高壓開關柜智能監測儀的研究與實現

胡 軍 黃志浩 傅國強 趙冰顥

（廣東電網公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

1 典型案例

（1）2002年1月1日，齊魯石化公司塑料廠5BS配電室高壓開關柜60508開關發生閃爆，導致整個裝置停車，造成了巨大的經濟損失。

（2）2009年9月14日，某化肥廠在起動一臺貧液沗時，發生一起高壓開關柜爆炸，整個配電室停電事故，尿素系統被迫停車，嚴重影響生產。

（3）2005年7月4日和2006年9月13日，河南省淅川縣電業局局所屬荊關110KV變電站，發生兩次鎧裝型手車開關柜上下隔離觸頭運行中，在負荷電流約占觸頭額定通流容量1/3的情況下，嚴重發熱造成事故，被迫停電進行搶修。

2 存在問題與原因分析

（1）高壓開關柜防止誤入帶電間隔這一功能使得開關柜的柜門的開閉與接地開關有閉鎖關系，即只有合上接地開關后才能打開開關柜門。

（2）高壓開關柜驗電問題是一個多年來困擾電力安全生產的問題，目前推廣的全封閉型”五防”開關柜的機械”五防”閉鎖裝置，無法滿足安全規程”先驗電、后掛接地線”的要求。因為在執行停電工作時，在合接地開關前必須驗明設備已無電壓。然而封閉式高壓開關柜處于全封閉狀態，按照正常的操作方法，無法用攜帶式高壓驗電器對設備進行驗電，因此，就出現了強行解鎖打開開關柜柜門的方式驗電。

（3）目前開關柜上大量使用以氖燈作為顯示元件的高壓帶電顯示裝置，經過長時間的運行使用，發現失明率高，氖泡出現大量損壞。為了彌補缺陷，在帶電顯示裝置上裝設了氖燈運行/關閉開關，平時該開關處于關閉狀態，從而使得整個高壓帶電顯示裝置暫時退出運行。這種處理方式，失去了高壓帶電顯示裝置作為監視線路側帶電與否的作用。

（4）氖燈亮度低，特別是在明亮的環境里亮度受到沖刷，顯示性較差。

（5）老式帶有強制性電氣閉鎖的高壓帶電顯示裝置，閉鎖原理過于簡單，只是將A、B、C三相傳感器輸出的信號分別進行半波整流后直接復合在一起，去控制閉鎖回路。這種方式在系統出現單相接地或缺相的異常情況時，因閉鎖控制電壓的飄移可以導致裝置不能可靠閉鎖而發生帶電合接地開關的事故。

（6）目前安裝的氖燈式高壓帶電顯示裝置大多采用塑料外殼并安裝于高壓設備間隔內，一旦在操作過程中開關柜內部短路放弧，高溫電弧可能將裝置的塑料外殼熔化，傷及運行或檢修人員。

（7）自然通風散熱效果差。設計制造時柜體結構未充分考慮合理有效的自然通風散熱問題。在大負荷情況下，電器接頭接觸部分容易出現溫升過高現象。

3 提升措施

為了解決這些問題和不足，我們必須要采取一些措施，能夠保證高壓開關柜正常工作。

（1）必須要開關柜的工作參數進行監測，這樣能夠顯示開關柜是否在工作狀態，以防工作人員觸電現象。

工作參數：電流，電壓，功率，相位，系統頻率，電度，需量，三相電流與電壓2－63次分次諧波、諧波總量，分相顯示及統計電度量，三相電流、電壓、功率最大值、最小值、不平衡度及發生時間。

（2）在柜內底部安裝濕度及防凝露控制器。當傳感器檢測到柜內所處環境濕度超出設定值85%RH時，控制器自動接通加熱器升溫，提高柜內溫度，破壞凝露形成的條件，降低環境濕度。當濕度降至預設定值時，控制器自動停止加熱。

（3）顯示斷路器觸頭區域上下A、B、C六個觸頭運行溫度、柜內溫升和濕度信息。同時判別是否超出事先預設的溫度門檻值，如溫升超限，即發出報警觸點信號，啟動報警裝置和通風裝置。當傳感器測得手車柜三相上下隔離觸頭導電體上溫度大于600C時，裝置自動接通頂部泄壓孔外部平面抽風散熱裝置，進行通風散熱。當測得觸頭溫度低于550C時，排風散熱裝置自動停止工作。

（4）根據開關柜的工作環境溫度自動核定開關柜及電纜的載流量，出現異常時發出告警信號。保證開關柜在不同季節、不同環境下均能安全運行。

（5）為保持高壓室內清潔，變電站配備適當功率的吸塵器，定期進行地面除塵工作。

4 高壓開關柜智能監測儀的工作原理

為了滿足以上改進措施，我們公司研制了一套高壓開關柜智能監測儀。他是專門針對高低壓開關柜的特點而設計，不僅可以對開關柜的工作參數，工作環境和預留開關設備載留回路過熱進行全方位地在線監測，而且還能分析各種重要參數的變化趨勢，識別存在的故障，為設備的狀態維修提供依據。

當開關柜處于工作狀態時，監測儀會通過電壓互感器，電流互感器和溫濕度傳感器把電壓信號，電流信號和溫度信號等重要參數發送到裝置的CPU，而CPU將會通過24位高速高精度A/D轉換器把這些信號轉換成數字信號,裝在開關柜的監測儀就會把這些工作參數在面板上顯示出來。

當傳感器檢測到柜內所處環境濕度超出設定值85%RH時，控制器自動接通加熱器升溫；當濕度降至預設定值時，控制器自動停止加熱。

埋設在手車觸頭附近的熱敏電阻將溫度信號傳送給信號處理模塊，模塊中的CPU將隨熱量變化的電阻信號轉換成溫度數字信號，連同本傳感頭的編號一起通過無線發射模塊發送出去。裝在開關柜前面板上部的監測儀，接收并解調這個信號，顯示斷路器觸頭區域上下A、B、C六個觸頭運行溫度、柜內溫升和濕度信息。同時判別是否超出事先預設的溫度門檻值，如溫升超限，即發出報警觸點信號，啟動報警裝置和通風裝置。

結語

本文主要闡述高壓開關柜故障事件，高壓開關柜存在的問題和原因分析，并對其所表現出的問題提出改進措施，最后對其實現的方法進行介紹。結果證明，高壓開關柜智能監測儀參數測量精度高、功能強大、運行可靠、現場接線與操作非常方便，并且降低設備故障率，保證優質、穩定、連續、可靠地供電。

[1]王俊美.10kV高壓開關柜智能化在線監測系統研究[D].河南理工大學，2007.