插撥式帶電指示器的應用探討

陳宇浩+吳錦秋

摘 要：10kV配電網使用的開關柜由于廠家的不同，選用的帶電指示器種類、型號也各不相同。帶電指示器長時間運行，故障率也較高，在物資采購、及時更換等問題上都給運行維護人員帶來了很大的工作壓力，同時也給運行埋下了誤操作等安全隱患。通過近些年對帶電指示器故障類型進行統計并對故障原因逐一深入探索分析后，對故障頻出的顯示單元進行了改進，采用新型材料和更優的原理，延長了帶電指示器的壽命，降低了故障率；同時，針對顯示燈及顯示單元更換困難問題，改進了顯示燈及顯示單元。當帶電指示器故障時，顯示燈故障可以及時插拔更換顯示燈，顯示單元故障時也可以隨時插拔更換，快速消除隱患，也讓檢修人員簡便快捷地更換故障部件。

關鍵詞：10kV高壓開關柜；帶電指示器；顯示單元；顯示燈；插撥式安裝

按照《中國南方電網有限責任公司電力安全工作規程》的要求，為了顯示線路是否帶電，確保電氣操作正確無誤，保障電力系統安全穩定運行，我們在配網的高壓開關柜上均需要安裝帶電指示器，為運行維護人員提供依據線路是否帶電，確認線路的運行狀態，以防帶電合接地刀閘等惡性誤操作的發生。[1]

但是在實際工作中，帶電指示器在現場運行中經常出現故障，10kV高壓開關柜由于點多面廣，運行環境各不相同，大多數帶電指示器由于長時間運行或運行環境潮濕等原因，導致帶電指示器顯示單元燒壞或顯示燈不亮等現象。常常因帶電指示器的種類、規格型號各異，零零星星采購帶電指示器既繁瑣又耗時，導致失靈、損壞的帶電指示器不能及時更換，給運行檢修人員埋下了誤操作等安全隱患。[2]申請應急項目更換需要1-2個月的時間，若申請修理技改項目更需要12個月的時間。基于以上原因，本文對10kV帶電指示器進行了部件和結構的改進，既提高了帶電指示器的使用壽命，也讓損壞帶電指示器更換更加快捷方便，同時也大大降低了運行人員誤操作等事故事件的發生。

1 10kV帶電指示器故障統計分析

1.1 故障統計

南朗供電分局轄區內戶內戶外10kV高壓開關柜共有1010面，開關柜生產廠家13家，帶電指示器有8種不同類型規格型號。對南朗供電分局近三年帶電指示器的故障進行統計：2014年，帶電指示器故障發生78起；2015年，帶電指示器故障發生126起；2016年，帶電指示器故障發生176起。而且，隨著配電網建設的不斷擴張，不斷有新的設備的投入，10kV開關柜數量也不斷增加，按照現有的技術方法，將導致10kV帶電指示器故障的數量也大幅增長。

1.2 故障類型及原因分析

通過對南朗供電分局的帶電指示器故障類型進行統計之后，本文分析總結出主要的兩種類型故障：顯示單元故障，電路板單元故障。

1.2.1 顯示單元故障

（1）根據國家電力行業《高壓帶電顯示裝置技術規范》標準，帶電顯示裝置的顯示單元應能提供電壓狀態清晰可見的顯示，并且顯示單元中的顯示元件為長期工作制，它的連續工作壽命應不少于5萬小時，顯示單元應能耐受1萬次連續接通和斷開試驗而不發生損壞。[3]但是經過現場統計分析，對2016年南朗分局發生故障的帶電指示器進行統計，共需更換176個，其中顯示燈模塊失效的約占一半。顯示燈壽命短是帶電指示器故障的重要原因之一。

（2）在我們南朗管轄區域10kV開關柜帶電指示器顯示燈主要是氖泡型。作為指示燈用的氖泡，屬于氣體放電中的輝光放電，發電時陰極電流密度可在0.015-10mA/cm2，實際使用時工作電流小于2mA，具有耗電量小的優點；但是由于運行中的氖泡中的氖氣會因制造工藝和熱脹冷縮的原因發生泄漏，縮短了氖泡的使用壽命，在運行的過程中故障率較高。有部分廠家還會在帶電指示器上加裝控制氖泡的開關，僅在需要查看時才打開，延長其工作壽命；這樣的改進雖然有一定效果，但故障率還是較高，還有改進的空間[4]。

1.2.2 電路板單元故障

南朗分局地處于珠三角沿海地帶，氣候濕潤，尤其到春天的時候，更為潮濕。高壓開關柜每年都有幾個月在特別潮濕的環境中運行，由于高壓開關柜處于密封狀態，溫度較高，柜內常常會凝聚一些水蒸氣，同時使帶電指示器電路板也一樣集聚有部分水蒸氣。在長時間運行過程中，會使帶電指示器電路板部分焊接點霉銹，導致電路板電路不通電路板失效。通過缺陷分類統計分析后，發現這一因素造成帶電指示器失效也占有一定比例。

1.3 改進的必要性

總結以上情況，對10kV帶電指示器的顯示單元和電路板單元的改進尤為關鍵，為了讓帶電指示器更換快捷，提升線路運行可靠性，必須從根源上降低顯示單元和電路板單元的故障率。

2 面臨的檢修難題

2.1 帶電檢修

帶電指示器檢修使用帶電的工作方式并不復雜，一般情況下在0.4小時內可以完成1臺。按照現有的技術規范流程，我們檢修需要打開開關柜柜門，在柜門內側將帶電指示器拆除下來，對故障元件進行更換；但是，在不停電情況下打開柜門，柜門內分布著大量二次接線和一次帶電設備，工作人員很容易接觸到帶電設備，造成觸電人身事故。[5]這種方法具有時效性，但缺乏安全性。而且，現在的開關柜柜門一般都具有防觸電的閉鎖功能，線路在帶電沒有接地的情況下是無法開啟柜門的。以往的帶電檢修方法滿足不了現在的需求。

2.2 停電檢修

停電檢修能夠保證工作的安全性，但是需要經過調度人員的許可，需要有運行人員停電操作，并且布置安全措施，會耗費大量的時間。工作許可人許可工作后，工作負責人應向工作班成員交底工作內容、施工過程中存在的危險點及相關注意事項，完成各項安全措施的布置，這個過程也一樣耗費大量時間。工作結束時，工作負責人還要對檢修設備進行檢查，確認檢修工作已完成后，再向工作許可人申請終結工作票，并恢復設備運行，這樣也會進一步延長停電時間[6]。0.4小時可以完成的帶電指示器更換檢修的工作，停電檢修往往需要1-2個小時才能完成。這樣不僅降低了供電的可靠性，而且給用戶日常生產生活造成不便，導致用戶滿意度的下降，嚴重影響供電部門的形象。

3 改進措施

3.1 顯示單元改進

（1）由于顯示單元中氖泡容易燒壞，大大影響了顯示單元的使用壽命，針對這個故障原因，我們在了解市場上發光元件新型材料的相關信息，與氖泡進行對比研究，決定采用現在可靠性高、壽命更長的二極管代替氖泡。

（2）發光二極管與氖泡相比，具有工作電壓低（最低僅需一伏左右），工作電流小（最低僅零點幾毫安）即可發光，抗沖擊和抗震能力好，可靠性高，工作壽命長的特點（達到10萬小時以上）。因此，用發光二極管替換氖泡是比較理想的選擇[7]。

3.2 插撥式結構

（1）上面提到，當帶電指示器發生故障時，原有的帶電檢修方式無法確保安全性，而停電檢修降低了供電可靠性。針對這個情況，我們參考市面上一般帶電指示器顯示單元采用插拔式的結構，對電路板單元的結構進行改進，方便其進行帶電的更換。本文通過設計一種全新的帶電指示器結構，即插拔式結構，以解決這個問題。由圖1可以看出，改進后的整個帶電指示器主體被分為兩大部分，一部分是主殼體（包含安裝地和和二次接線端子），另一部分是顯示單元及電路板單元。主殼體設計如下：安裝底盒使用工具將固定卡子內嵌在柜門上，四周是塑料擋板組成的殼體，而正面無擋板，用于將顯示單元及電路板插入；帶電指示器的二次接線端子在殼體背面，方便各種電流和閉鎖信號線的接線，見圖2右圖。

（2）顯示單元及電路板主要由送變板、顯示板、電源板、試驗按鈕組成，其中電源板、送變板和顯示板負責將二次接線端子送來的電流信號經過濾波處理，補償放大、檢波處理，再進入可編程控制電路處理，最后供給二極管發光使用。同時，配合試驗按鈕實現自檢和解鎖的信號發送、傳遞和實施。

（3）結合圖3實物圖可以看出，當電路板單元發生故障時，檢修人員只需在柜門外撥出顯示元件或電路板單元，對故障部分進行更換；維修好后，在柜門外插上即完成檢修。采用插拔式結構后，檢修人員處理帶電指示器故障時不需要打開柜門，杜絕了檢修人員碰觸到開關柜內帶電一次設備和二次接線的風險。同時，不停電即可完成檢修，使檢修停電時間縮短為0，大大提高了供電可靠性和客戶滿意度。

4 取得成效

（1）根據詳細的設計資料，委托廠家生產出這種可插式帶電指示器，對南朗供電分局部分10kV高壓開關柜進行了帶電指示器的更換。運行了半年時間，試運行的可插式帶電指示器未發生故障。試運行可插式帶電指示器各項指標均符合設計要求，運行可靠穩定。

（2）經濟效益：按每更換一個帶電指示器需停電1小時，影響500戶用戶正常用電，按平均電價每度電0.67元計算，不計人工成本每更換一個帶電指示器損失335元，另外由于帶電指示器顯示失效而未能及時更換，造成誤操作事件引起的經濟損失更是無可估量的。綜合停電損失、人工成本、誤操作損失等損失因素，初步估算南朗轄區每年可以節支約4.8萬元。

（3）社會效益：通過對帶電指示器的技術改進，對帶電指示器主題檢修時無需打開柜門，保證安全和方便檢修，保障了檢修人員的人身性命安全，杜絕人身事故。此外，將檢修停電時間縮短為0，并且杜絕了因帶電指示器顯示失效引發的誤操作事件，大大提高了供電的可靠性，同時提高用戶對供電部門的滿意度，取得良好的社會效益。

5 結束語

結合實際生產中遇到的問題，本文對配網日常工作中使用率較高的10kV帶電指示器進行了技術改進，解決了安全生產現實需求，創造了經濟效益和社會效益。首先針對故障率較高的顯示單元，我們采用可靠性更高、壽命更長的二極管代替氖泡作為顯示燈；而重點是對10kV帶電指示器結構進行了技術改進創新，采用插撥式結構，改進了帶電檢修的安全性，同時提高了供電可靠性。日后將持續關注該帶電指示器的使用情況，對該帶電指示器進行持續改進。

參考文獻

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