李為帥

摘? 要：高壓開(kāi)關(guān)柜是配電網(wǎng)中的重要設(shè)備，數(shù)量龐大，其在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中故障頻發(fā)，直接影響設(shè)備乃至影響整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的安全穩(wěn)定性。電網(wǎng)設(shè)備檢修現(xiàn)如今實(shí)行的是狀態(tài)檢修模式，然而通過(guò)狀態(tài)檢修模式依然要求在設(shè)備停電的情況下來(lái)收集設(shè)備的狀態(tài)量，現(xiàn)如今此種做法與對(duì)供電部門(mén)的要求不相適應(yīng)。由此，通過(guò)不停電的方式來(lái)收集設(shè)備狀態(tài)量的研究已刻不容緩。文章主要探討了目前較為認(rèn)可的開(kāi)關(guān)柜不停電檢測(cè)新技術(shù)，分析了各技術(shù)的特點(diǎn)，并對(duì)相關(guān)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：高壓開(kāi)關(guān)柜;不停電檢測(cè)新技術(shù);狀態(tài)檢修

中圖分類(lèi)號(hào)：TM591? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）11-0143-03

Abstract： The high-voltage switch-gear is an important equipment in the power grid， with a large number of failures in the field operation process， which directly affects the safe and stable operation of the equipment and even the whole power grid. Grid equipment maintenance is currently carried out in the state maintenance mode. However， the state maintenance mode still requires the collection of the state quantity of the equipment in the case of power failure， which is not compatible with the requirements of the power supply department. Therefore， it is urgent to study how to collect the state quantity of equipment without power failure. This paper mainly discusses the new detection technology of switch-gear without power failure which is more recognized at present， analyzes the characteristics of each technology， and expounds the prospect of related technologies.

Keywords： high-voltage switch-gear; new technology of non-power failure detection; state overhaul

開(kāi)關(guān)柜是電力系統(tǒng)中數(shù)量最多的設(shè)備之一，在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程之中，開(kāi)關(guān)柜在安置和投運(yùn)過(guò)程中會(huì)因各種因素出現(xiàn)不同的問(wèn)題，以致極大地提高了電網(wǎng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性，其將直接導(dǎo)致設(shè)備不能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，更有甚者將導(dǎo)致有關(guān)供電地區(qū)大面積停電，極大降低了經(jīng)濟(jì)效益。

電網(wǎng)設(shè)備檢修現(xiàn)如今實(shí)行的是狀態(tài)檢修模式，然而通過(guò)狀態(tài)檢修模式依然要求在設(shè)備停電的情況下來(lái)收集設(shè)備的狀態(tài)量，現(xiàn)如今此種做法與對(duì)供電部門(mén)的要求不相適應(yīng)。由此，通過(guò)不停電的方式來(lái)收集設(shè)備狀態(tài)量的研究已刻不容緩。

本研究調(diào)研斷路器分合閘線(xiàn)圈電流測(cè)試技術(shù)、耦合電容檢測(cè)局放技術(shù)、無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)等新技術(shù)在開(kāi)關(guān)柜不停電檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用及相關(guān)工作原理，并分析了各技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 斷路器分合閘線(xiàn)圈電流測(cè)試技術(shù)

目前在對(duì)斷路器的例行試驗(yàn)中，通過(guò)低電壓分合閘試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)斷路器的狀態(tài)，而該測(cè)試規(guī)定的分合閘范圍較為寬泛，僅通過(guò)動(dòng)作電壓的高低來(lái)分析判斷斷路器的工作狀態(tài)，不能有效地反映出斷路器內(nèi)部潛在的缺陷，同時(shí)無(wú)法對(duì)故障進(jìn)行定位。

在高壓斷路器的合、分操作過(guò)程中，線(xiàn)圈電流的任何變化都直接反映了鐵心運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，并且有大量信息存在于直流電磁線(xiàn)圈的電流波形中。存在于線(xiàn)圈中的電流屬直流電流，其中的電流不是一成不變的，讓它會(huì)隨著每一次的分過(guò)程或者合過(guò)程而變化。

有很多十分重要的信息內(nèi)容存在于電磁鐵線(xiàn)圈之中，該電磁鐵以及所控制的閥門(mén)和脫扣器在實(shí)踐過(guò)程中的運(yùn)作情況可以由此波形直接反映得出，這對(duì)于監(jiān)測(cè)分合閘線(xiàn)圈電流影響甚大。斷路器操作部分的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況可以通過(guò)對(duì)合或分操作線(xiàn)圈電流的監(jiān)測(cè)來(lái)判斷。鐵心的運(yùn)動(dòng)行程可以通過(guò)線(xiàn)圈電流的波形來(lái)掌控，通過(guò)觀察電流波形以及電流信號(hào)的一些特征，以此得出鐵心運(yùn)動(dòng)的過(guò)程之中是否存在停頓、拒分、脫扣、拒合等問(wèn)題。

分合閘線(xiàn)圈電流包含了關(guān)于斷路器整個(gè)操作回路的極大信息[1]，圖1為典型的分合閘線(xiàn)圈動(dòng)作電流暫態(tài)波形，通常是由兩個(gè)波峰和一個(gè)波谷構(gòu)成，根據(jù)波峰波谷出現(xiàn)的時(shí)間位置，將波形劃分為五個(gè)階段，代表分合閘過(guò)程不同的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，通過(guò)與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)可能存在的潛在缺陷、并對(duì)缺陷進(jìn)行定位，能夠直觀、精確的反映出斷路器各部件的運(yùn)行狀態(tài)良好與否。

對(duì)于同型號(hào)正常分?jǐn)嗟臄嗦菲?，該暫態(tài)波形重復(fù)性很好，并且非常有規(guī)律通常是由兩個(gè)波峰和一個(gè)波谷構(gòu)成，根據(jù)波峰波谷出現(xiàn)的時(shí)間位置，將波形劃分為四個(gè)階段，各個(gè)階段具體如下：

（1）階段I，t=t0～t1，線(xiàn)圈在t0時(shí)刻通電，即分合閘命令下達(dá)時(shí)刻，t1為鐵芯開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻，即線(xiàn)圈電流逐漸上升，磁通上升至足以驅(qū)動(dòng)鐵芯運(yùn)動(dòng)時(shí)，鐵芯即將運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻。

（2）階段II，t=t1～t2，鐵芯開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，需要維持鐵芯運(yùn)動(dòng)的電磁力減小，電流逐漸下降，到達(dá)t2時(shí)刻，鐵芯已觸碰到操作機(jī)械負(fù)載、速度顯著下降或停止。

（3）階段III，t=t2～t3，當(dāng)鐵芯撞上分合閘鎖扣裝置鎖閂或閥門(mén)、鐵芯停止運(yùn)動(dòng)或有短暫的彈跳、電流開(kāi)始增大，使得分合閘彈簧開(kāi)始動(dòng)作;一段時(shí)間后電流保持緩慢增長(zhǎng)或穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)，開(kāi)端過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行。

（4）階段IV，t=t3～t4，電流開(kāi)斷階段，開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，使電流迅速減小，直到熄滅。

各個(gè)階段體現(xiàn)了整個(gè)分合閘過(guò)程不同的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，各階段波形的變化能夠很好地分析反映出斷路器各部件的運(yùn)行狀態(tài)良好與否。因此，采用斷路器分合閘線(xiàn)圈電流測(cè)試技術(shù)對(duì)斷路器開(kāi)關(guān)的操作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即可根據(jù)線(xiàn)圈電流甄別開(kāi)關(guān)柜中斷路器的工作狀態(tài)。

2 耦合電容檢測(cè)局放技術(shù)

電容耦合法是由英國(guó)南安普敦大學(xué)和我國(guó)西安交通大學(xué)共同研制的一種XLPE電纜局部放電在線(xiàn)檢測(cè)的方法。其原理優(yōu)勢(shì)在于在安裝電纜接頭的時(shí)候，將高頻電容耦合傳感器安裝在接頭內(nèi)，來(lái)保護(hù)電纜本體的外表層，有利于拉近與被檢測(cè)對(duì)象的距離[2]。此種方式有利于更好地運(yùn)用位于電纜本體金屬鋁護(hù)套斷口之外的半導(dǎo)電層和處于接頭內(nèi)部的預(yù)制橡膠應(yīng)力錐尾端，并且在這兩部分的半導(dǎo)電層外部纏繞包裹上金屬箔，并以此當(dāng)作電容的電極之一，而另一個(gè)電極則是電纜本體的導(dǎo)體線(xiàn)芯，該種方式是通過(guò)形成的電容來(lái)耦合電纜接頭的部分放電信號(hào)，圖2是它的結(jié)構(gòu)示意圖。

因?yàn)殡娙蓠詈戏▽?duì)電纜本體及附件的絕緣屬性不造成影響，相較常規(guī)的局放檢測(cè)方法，其靈敏度更高，更加適合電纜附件的局放檢測(cè)。

3 無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)

發(fā)電廠(chǎng)、變電站的主要設(shè)備，如高壓開(kāi)關(guān)柜、母線(xiàn)接頭，在較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作過(guò)程之中，常發(fā)生突然停電或設(shè)備被燒毀等嚴(yán)重問(wèn)題，其主要是由觸點(diǎn)和母線(xiàn)排連接處或其他部位接觸頭老化，電阻增大，溫度升高所導(dǎo)致。最近幾年，因電廠(chǎng)和變電站的開(kāi)關(guān)柜過(guò)熱引起火災(zāi)或大面積停電的事故頻發(fā)，而處理好開(kāi)關(guān)柜過(guò)熱的問(wèn)題正是避免此類(lèi)情況出現(xiàn)的重中之重。所以我們盡早排查熱故障問(wèn)題最好的方式就是對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)溫度的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠有效降低開(kāi)關(guān)柜的火災(zāi)和事故發(fā)生的概率，然而因開(kāi)關(guān)柜內(nèi)壓強(qiáng)較高、空間較小，不能人為地在內(nèi)測(cè)溫，所以實(shí)現(xiàn)高壓開(kāi)關(guān)柜穩(wěn)定運(yùn)作的主要方式則是對(duì)溫度實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。高壓開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫系統(tǒng)的溫度信號(hào)的傳輸方式主要分為無(wú)線(xiàn)傳輸和光纖傳輸。其中光纖傳輸以光纖作為傳輸媒介，同時(shí)光纖集極強(qiáng)的抗電磁干擾能力、本質(zhì)安全、電絕緣、體積較小、耐腐蝕性等優(yōu)勢(shì)于一身，然而在高壓開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫系統(tǒng)里，光纖須經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)柜鉆孔通過(guò)，但光纖極可能折斷，并且長(zhǎng)此以往，光纖表面容易被污染，從而致使沿光纖表面“爬電”，也就限制了光纖測(cè)溫系統(tǒng)在室外測(cè)溫。相比較而言，倘若采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式，在開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫系統(tǒng)高、低壓側(cè)之間就不需要用光纖或者電纜進(jìn)行連接，同時(shí)使得高壓絕緣的問(wèn)題得到很好的處理，無(wú)需考慮氣候因素，省略了瑣碎的布線(xiàn)問(wèn)題，有利于日后更好的維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)作。現(xiàn)如今，無(wú)線(xiàn)傳輸方式存在的最大問(wèn)題即如何維持其穩(wěn)定性及可靠性。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新興技術(shù)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[3]。

Zigbee無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)現(xiàn)如今被廣泛使用，此系統(tǒng)使開(kāi)關(guān)柜內(nèi)存在的絕緣風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題得到了有效地處理。ZigBee/IEEE 802. 15.4標(biāo)準(zhǔn)其目的在于降低功耗和降低成本，使其成為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的互通平臺(tái)，現(xiàn)如今越來(lái)越多人致力于此技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)及其研究。首先我們將數(shù)個(gè)溫度傳感器裝置于不同的被監(jiān)測(cè)部位，然后通過(guò)ZigBee技術(shù)傳回獲取的溫度數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究分析，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜運(yùn)作溫度。

由柜外的數(shù)據(jù)集中器、裝置在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的接觸式溫度采集器以及遠(yuǎn)程監(jiān)控站三者一并組成開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)ZigBee測(cè)溫系統(tǒng)。溫度采集器負(fù)責(zé)獲取溫度信號(hào)，隨后經(jīng)ZigBee無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)射，而處于柜外部的數(shù)據(jù)集中器負(fù)責(zé)接收，最后經(jīng)由RS485總線(xiàn)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控站。數(shù)據(jù)集中器能夠在同一時(shí)間段與在一定距離之內(nèi)數(shù)個(gè)溫度采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其最高記錄可至128個(gè);監(jiān)控主機(jī)也能夠同時(shí)與數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最多高達(dá)64個(gè)數(shù)據(jù)集中器，圖3為其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

該系統(tǒng)是在高壓設(shè)備上裝置無(wú)線(xiàn)溫度傳感器，也就是說(shuō)它與溫度監(jiān)測(cè)儀之間不存在關(guān)系，通過(guò)此系統(tǒng)使得高壓設(shè)備接點(diǎn)運(yùn)行溫度很難監(jiān)測(cè)的問(wèn)題迎刃而解。該方法適用于對(duì)開(kāi)關(guān)柜中關(guān)鍵點(diǎn)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)溫度的變化甄別一些關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要分析了斷路器分合閘線(xiàn)圈電流測(cè)試技術(shù)、耦合電容檢測(cè)局放技術(shù)、無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)三種新技術(shù)在開(kāi)關(guān)柜不停電檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用，分析了它們對(duì)于開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)檢測(cè)過(guò)程中的適用性。本文認(rèn)為，這三種方法對(duì)于開(kāi)關(guān)柜不停電狀態(tài)檢測(cè)均具有各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，若能將上述方法進(jìn)行有效融合，研發(fā)出不停電綜合檢測(cè)技術(shù)，將顯著提高高壓開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

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