陳青旺

（山西焦煤集團(tuán)介休正益煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032000）

引言

高壓開關(guān)柜主要擔(dān)負(fù)礦井采掘、通風(fēng)和運(yùn)輸系統(tǒng)的供電任務(wù)。隨著自動(dòng)化生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，供電需求也逐步提高。目前，對(duì)于高壓開關(guān)柜的發(fā)熱現(xiàn)象，傳統(tǒng)的人工檢測耗時(shí)、耗力，對(duì)發(fā)熱故障得不到有效解決，且監(jiān)測手段落后導(dǎo)致故障加劇。針對(duì)此現(xiàn)象，利用KYN 型高壓開關(guān)柜滿足靈活供電的同時(shí)，降低了運(yùn)行過程中的溫度，通過監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測，證明了KYN 型高壓開關(guān)柜運(yùn)行的可行性，保證了礦井供電系統(tǒng)的安全[1]。

1 原有礦井供電系統(tǒng)中高壓開關(guān)柜運(yùn)行存在的問題

在礦井供電系統(tǒng)的供配電過程中，高壓開關(guān)柜起到對(duì)電路線路開閉、控制的作用，是電網(wǎng)安全運(yùn)作的重要保障。一旦高壓開關(guān)柜出現(xiàn)故障，將會(huì)造成整個(gè)電路系統(tǒng)的癱瘓。目前，礦井高壓開關(guān)柜均為封閉式，內(nèi)部各種線路以及斷路器結(jié)構(gòu)都相互獨(dú)立且相互隔絕，為了安全運(yùn)行考慮，只有隔板上進(jìn)行了開孔，其他隔室則處于封閉的狀態(tài)，內(nèi)部器件運(yùn)行過程中產(chǎn)生的溫度不能被及時(shí)散發(fā)，致使高壓開關(guān)柜溫度較高，在長時(shí)間的高溫運(yùn)作下，降低了設(shè)備及零件的使用壽命，嚴(yán)重情況下導(dǎo)致高壓開關(guān)柜被燒毀。對(duì)于開放式高壓開關(guān)柜的溫度檢測，利用紅外測溫成像進(jìn)行測試已經(jīng)非常成熟，但是對(duì)于封閉式高壓開關(guān)柜的溫度檢測一直是難點(diǎn)，工作人員只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，對(duì)運(yùn)行過程中電路線路狀態(tài)以及溫度進(jìn)行測試是降低高壓安全柜故障的重要保障。

2 KYN 型高壓開關(guān)柜及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為保證礦井供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，正益礦采用KYN28-12-12 型高壓開關(guān)柜對(duì)原有高壓開關(guān)柜進(jìn)行替換升級(jí)，以解決設(shè)備運(yùn)行過程中的高溫現(xiàn)象，KYN28-12 高壓開關(guān)柜主要的作用是進(jìn)行供電系統(tǒng)配電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制、通斷的作用，其由四個(gè)單獨(dú)的隔室組成，開關(guān)柜在設(shè)計(jì)上具有靈活性，可以隨意進(jìn)行拆卸以及排列組合，以滿足各個(gè)環(huán)境下的配電要求，根據(jù)配電要求的不同，相應(yīng)的操作應(yīng)該規(guī)范化、嚴(yán)格化。

對(duì)于KYN 型高壓開關(guān)柜監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，主要是對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中各零件部位的溫度進(jìn)行監(jiān)測，通過對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，判斷設(shè)備是否處于高溫的運(yùn)行環(huán)境中，是否會(huì)影響電路系統(tǒng)的運(yùn)行以及電量的配電。

圖1 為監(jiān)測系統(tǒng)平臺(tái)功能示意圖，從圖中可以看出，監(jiān)測系統(tǒng)基于Web 開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)主要將溫度傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、存儲(chǔ)以及處理，隨后通過HTTP 請(qǐng)求，通過瀏覽器將處理后的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)界面向用戶顯示[1]。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)平臺(tái)功能示意圖

監(jiān)測平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)依賴于Web 開發(fā)技術(shù)以及MVC 開發(fā)模式實(shí)現(xiàn)，MVC 開發(fā)模式是一個(gè)具有分層架構(gòu)模式的軟件，用戶可利用其中視圖功能實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測處理數(shù)據(jù)的觀測，同時(shí)，用戶可利用處理器向?yàn)g覽器發(fā)送請(qǐng)求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)單元的控制功能，控制器通過獲取頁面請(qǐng)求選擇對(duì)應(yīng)的模塊反饋給用戶，以頁面視圖的形式展示。

下頁圖2 為監(jiān)測元件模型示意圖，模型主要包括接高壓電極、接地電極以及環(huán)氧樹脂空氣隙三部分。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)KYN 型高壓開關(guān)柜運(yùn)行過程中溫度的測量，在開關(guān)柜中安裝溫度傳感器，通過校準(zhǔn)檢測儀以及電源開關(guān)后，隨后增加電源電壓，直至電壓值達(dá)到50 kV。在電壓增加的過程中，持續(xù)觀察監(jiān)測儀的示數(shù)，觀測設(shè)備是否出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，如果檢測儀示數(shù)有變化，證明電路系統(tǒng)發(fā)生漏電，需要及時(shí)進(jìn)行排查，解決故障問題；如果系統(tǒng)中無漏電現(xiàn)象發(fā)生，則將電壓降為零，最后斷開電源，將監(jiān)測元件模型放入開關(guān)柜中，重新打開電源，增加電源電壓值，同時(shí)觀察檢測儀示數(shù)，在電壓值增加到50 kV 的過程中，檢測儀示數(shù)會(huì)有所變化，此時(shí)示波器會(huì)采集局部信號(hào)，根據(jù)不同工頻周期內(nèi)脈沖信號(hào)的不同，分析局部放大信號(hào)[2]。

圖2 監(jiān)測元件模型示意圖

3 KYN 型高壓開關(guān)柜監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用及運(yùn)行

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)KYN 型高壓開關(guān)柜運(yùn)行過程中溫度的監(jiān)測，選擇手車觸頭、母線排、電流互感器接頭、電纜接頭以及斷路器作為監(jiān)測點(diǎn)，其中手車觸頭安裝84 個(gè)溫度傳感器，母線排安裝42 個(gè)傳感器，電流互感器接頭安裝42 個(gè)傳感器，電纜接頭安裝36 個(gè)傳感器，斷路器安裝42 個(gè)傳感器。以表1 為基準(zhǔn)對(duì)設(shè)備零件進(jìn)行監(jiān)測，各部位故障特征如表1 所示。

表1 不同故障類別及部位的缺陷特征

以表1 位基準(zhǔn)，通過溫度傳感器實(shí)測以及監(jiān)測平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理功能，得到如圖3 所示的傳感器測溫誤差示意圖，為了充分表示誤差值，橫坐標(biāo)選擇為待測區(qū)域溫度，縱坐標(biāo)為已經(jīng)測量區(qū)域溫度與待測區(qū)域溫度差值，即溫度誤差，從曲線中可以看出，在溫度升高的過程中，溫度誤差值呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)溫度值達(dá)到48 ℃時(shí)，誤差值為2.3 ℃，在60～100 ℃范圍內(nèi)，溫度誤差值基本維持在1 ℃左右，誤差范圍較小，滿足測試要求[3]。

圖3 傳感器測溫誤差示意圖

在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，系統(tǒng)共報(bào)警5 次，5 次報(bào)警位置都為手車觸頭，經(jīng)過現(xiàn)場檢測，5 次故障中3 次是因?yàn)槭周囉|頭彈簧夾緊力不足使得觸頭發(fā)熱，剩余2 次是因?yàn)殡娎|頭與銅排壓接處出現(xiàn)氧化所致，經(jīng)過打磨處理后，發(fā)熱現(xiàn)象得到解決，5 次發(fā)熱現(xiàn)象都屬于一般缺陷。由此可見，采用KYN 型高壓開關(guān)柜與監(jiān)測系統(tǒng)相配合的方式可以有效降低高壓開關(guān)柜發(fā)熱的現(xiàn)象，且可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中溫度的監(jiān)測，可以及時(shí)進(jìn)行故障排查，保障了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

正益礦針對(duì)傳統(tǒng)的高壓開關(guān)柜運(yùn)行過程中發(fā)熱量高的問題，采用KYN28-12 型高壓開關(guān)柜進(jìn)行替換升級(jí)改造，KYN 型高壓開關(guān)柜可靈活進(jìn)行拆卸和排列組合，在滿足井下復(fù)雜環(huán)境下配電要求的同時(shí)改善設(shè)備易發(fā)熱難題?；赪eb 開發(fā)技術(shù)以及MVC開發(fā)模式實(shí)現(xiàn)了KYN 型高壓開關(guān)柜監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)際監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)手車觸頭出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，在報(bào)警系統(tǒng)的預(yù)警作用下，故障檢測效率提高，保證了礦井供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。