電力系統中高低壓開關柜的檢驗技術

王俊杰

【摘 要】電力系統中高低壓開關柜是非常重要的電氣設備，其對于電力能源輸送有著決定性影響，為了保證高低壓開關柜的正常運行做好檢驗工作具有重要意義。為本主要對高低壓開關柜檢驗技術進行分析與探討。

【關鍵詞】電力系統；高低壓；開關柜；檢驗技術

近年來，我國電網投資力度不斷加大，基礎配電網建設得到顯著發展。但總體用電水平與國際先進水平相比仍然存在著差距，例如城鄉區域發展不均衡，供電質量亟待改善。提升輸配電能力，建設技術先進、環境友好的配電網是我國電力工業目前的首要任務。高低壓配電柜作為配電網的重要組成部分，其制造水平直接影響我國配電系統的穩定及質量。高低壓成套設備的發展已經到了瓶頸期，其標準化程度低及行業通用性弱已經成為制約行業發展的重大因素。

一、高低壓開關柜結構的簡單概述

隨著我國經濟的發展，居民的生活水平也在不斷提高，大功率用電器的普及在方便了人們生活的同時，對電網的負荷越來越大。因此需要加強電網的建設和管理，在城鄉電網的不斷改造升級過程中，需要用到相應的電氣設備，才能夠讓電網高效率的運轉，而高低壓開關成套設備也得到了大量的使用。其中高低壓開關柜的結構設計對電氣性能有著一定的影響，科學良好的設計，能夠提高設備性能，保障電網的正常運轉[1]。相反的不合理的設計會縮短高低壓開關的使用壽命，在長時間的運行過程中可能造成安全事故，影響電氣安全性能。因此在選擇高低壓開關柜的過程中，需要選擇那些質量可靠，設計合理的產品滿足設備的安全性能指標。

二、電力系統高低壓開關柜檢驗技術的應用

（一）局部放電檢測

局部放電的進行伴隨著光熱現象、電磁感應的現象。因此，需要針對在放電過程中的檢測現象、檢測結果進行分析，使用標準的數據判斷正常的電位位置和線路中的安全隱患。目前檢測技術主要分為以下幾類：第一，暫態地電壓：通常高壓開關柜的運行會伴隨局部放電現象。這是由于帶電粒子受到電流傳輸的影響中會迅速的由開關柜內導體傳遞至開關柜外，使傳輸過程中具有高頻電流波的特性。由于開關柜內的電流在受到集膚效應的影響，導致電流行波只能被聚集在開關柜外。第二，超高頻：超高頻檢測法是通過運用特殊的超高頻實驗設備，對開關柜中的電流行波的方法檢測。特別是需要對連續超高頻分量和及時分量進行檢測，在使用超高頻的檢測技術時，可以針對傳感器的數據進行分析，在分析中得出基本放電類型和局部放電位置[1]。第三，超聲波：主要是銅鼓對超聲波傳感器的運用。在使用傳感器的過程中，需要對其聲波頻率進行18～200kHz的采集，在采集過程中通常聲波會及時擊穿絕緣體結構，并根據擊穿信號位置來確定局部電流行波的大小。由于超聲波信號屬于機械波的一種，不會受到開關柜本身電流的影響。因此超聲波檢測技術也會被廣泛運用至實際操作中，通常會使用GIS檢測技術，且可通過幅值法的信號檢測技術進行位置定位。但在實際操作中超聲波的收集會伴隨噪聲的干擾，導致測量信號源的數據精準度不高，因此需要就其他方法協同使用。

（二）絕緣檢測

設備發生局部放電時一般會產生電磁、聲、熱及光信號，放量能量引起絕緣氣體或者固體材料分解時，還會發生一些列化學反應，產生一些氣體或固體產物。常用于局放信號檢測方法主要包括：第一，脈沖電流法。脈沖電流法操作簡單，可實現PD信號低頻段定量檢測，是國際上廣泛認可的方法，但不適用于在線監測。第二，特高頻法。特高頻法通過在柜內外安裝高頻傳感器，檢測由PD電流脈沖激發的電磁波信號，靈敏度高，抗干擾能力強，但電量標定問題還有待解決。第三，暫態地電壓法。暫態地電壓法通過檢測暫態電壓實現對PD信號的監測，但抗干擾能力較差，由于僅以暫態對地電壓為單一判據，檢測結構可靠性不是很高。第四，超聲波檢測法。超聲波檢測法通過提取傳播時間差來計算PD源的位置，應用靈活，但超聲波信號折反射會導致波形信號嚴重失真，對實際操作人員具有較高的要求。第五，氣體組分分析法。當高壓設備有局放發生時，電子碰撞作用會使絕緣介質發化學反應，產生一些特定的氣體成分。絕緣介質分解產生的氣體成分、濃度、速率等特性與局部狀況相關，氣體分解特性可反應出柜體絕緣狀態。

（三）溫度在線監測

第一，光纖監測，將光纖光柵傳感器放置在開關柜內的底部，進行溫度的檢測。該傳感系統工作時，調節儀可以發射出窄帶激光，再多路光開關的分散作用下達到各個傳感器，如果獲取到的波長和光柵芯摸的波長相等則處于發射狀態，激光在通過耦合器的多路光開關回到調解儀。調節儀就會獲取開關柜各元件的溫度參數，在通過A/D數模轉換模塊將信息數據發送給上位機。上位機內的軟件系統已將溫度信號通過顯示系統進行顯示，便可以直觀的獲取開關柜的溫度參數，并且上位機可以完成溫度數據的儲存、查詢、預警、分析等功能。光纖光柵溫度傳感的優點為靈敏度高、體積小、抗干擾性強，但其信號的發生需要高分辨率光譜，而造成成本高、結構復雜，對其施工時需要將所有線路全部斷開，并且光纖本身會影響到系統的絕緣性能[2]。第二，無線有源測溫技術。無線有源測溫技術的工作原理與一般的溫度測量技術基本相同，也就是采用了傳統的溫度傳感器獲取溫度信號，再使用無線數據傳輸方式，將信號傳輸給上位機。此次設計，溫度傳感器采用比較傳統的半導體或熱電偶式傳感器，其電源供電需要電池或感應線圈，電池供電方式比較容易實現，但更換電池是一項非常麻煩的工作，感應線圈供電則需要從設備一次測電路中感應出電壓供給傳感器，但一次側電流的變化會對溫度測量精度產生較大的影響，從而噪音也會增大。總之，無線有源傳感方式，結構簡單、技術成熟、使用方便、不用布線而造成麻煩，但傳感器的電源供電成為了該系統的主要難題。

（四）溫升試驗的提出

根據國家相關標準規定，需要對開關柜進行溫升試驗，通過試驗開關柜等載流性能分析驗證發熱和散熱兩個方面的數據。具體運行過程中，需要將額定電流持續輸入導電回路一定時間，然后對此時電路中的溫升進行分析，分析結論并對開關柜的使用效果進行評測。本文為更好地探究開關柜的溫度分布情況，確定溫度檢測器的合理布局。平均溫升簡易算法、熱爐方法和溫度場數值模擬算法這三種算法是開關柜內部熱量計算的主流計算方法。三種方法有各自的優劣性：平均溫升簡易算法計算流程簡單易操作，但是誤差相對較大；熱爐方法的計算核心是類比法，求解精度有待提高；當前的主流計算方法是溫度場數值模擬算法，其最大的優點是求解精度大大提高。但由于求解器精度有一定的限制，計算時對其模型進行了一定的簡化，忽略了風機以及整機模型，對計算結果有一定的影響。普遍認為在開關柜中，導致其發熱的主要因素分為兩個：載流導體和電接觸的焦耳損耗。

三、結束語

綜上所述，在線監測技術對于高壓開關柜的狀態波動和狀態異常檢修工作而言具有舉足輕重的意義和價值。通過利用傳感器等信息采集設備完成對于開關柜相關問題的監測，能夠更好地判斷一段時間內開關柜機組的運行穩定性，并以此為根基制定出周密、詳盡的檢修計劃和檢修開展方案，保證檢修工作能夠在安全環境下運行。

【參考文獻】

[1]張曉星，等.針-板缺陷開關柜局部放電與空氣分解組分的關聯特性.高電壓技術，2016.42（12）：3948-3954.

[2]付兆遠，高兆麗，焦方軍，等.開關柜帶電檢測技術的現場綜合應用研究[J].山東電力技術，2016，43（1）：50-53.