高壓開關柜不停電檢測典型新技術應用現狀探討

李為帥

摘? 要：高壓開關柜是配電網中的重要設備，數量龐大，其在現場運行過程中故障頻發，直接影響設備乃至影響整個電網運行時的安全穩定性。電網設備檢修現如今實行的是狀態檢修模式，然而通過狀態檢修模式依然要求在設備停電的情況下來收集設備的狀態量，現如今此種做法與對供電部門的要求不相適應。由此，通過不停電的方式來收集設備狀態量的研究已刻不容緩。文章主要探討了目前較為認可的開關柜不停電檢測新技術，分析了各技術的特點，并對相關技術發展進行了展望。

關鍵詞：高壓開關柜;不停電檢測新技術;狀態檢修

中圖分類號：TM591? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

開關柜是電力系統中數量最多的設備之一，在長期的實踐過程之中，開關柜在安置和投運過程中會因各種因素出現不同的問題，以致極大地提高了電網運行的不穩定性，其將直接導致設備不能夠安全穩定地運行，更有甚者將導致有關供電地區大面積停電，極大降低了經濟效益。

電網設備檢修現如今實行的是狀態檢修模式，然而通過狀態檢修模式依然要求在設備停電的情況下來收集設備的狀態量，現如今此種做法與對供電部門的要求不相適應。由此，通過不停電的方式來收集設備狀態量的研究已刻不容緩。

本研究調研斷路器分合閘線圈電流測試技術、耦合電容檢測局放技術、無線測溫技術等新技術在開關柜不停電檢測技術中的應用及相關工作原理，并分析了各技術的優缺點。

1 斷路器分合閘線圈電流測試技術

目前在對斷路器的例行試驗中，通過低電壓分合閘試驗來檢測斷路器的狀態，而該測試規定的分合閘范圍較為寬泛，僅通過動作電壓的高低來分析判斷斷路器的工作狀態，不能有效地反映出斷路器內部潛在的缺陷，同時無法對故障進行定位。

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

有很多十分重要的信息內容存在于電磁鐵線圈之中，該電磁鐵以及所控制的閥門和脫扣器在實踐過程中的運作情況可以由此波形直接反映得出，這對于監測分合閘線圈電流影響甚大。斷路器操作部分的實時運行狀況可以通過對合或分操作線圈電流的監測來判斷。鐵心的運動行程可以通過線圈電流的波形來掌控，通過觀察電流波形以及電流信號的一些特征，以此得出鐵心運動的過程之中是否存在停頓、拒分、脫扣、拒合等問題。

分合閘線圈電流包含了關于斷路器整個操作回路的極大信息[1]，圖1為典型的分合閘線圈動作電流暫態波形，通常是由兩個波峰和一個波谷構成，根據波峰波谷出現的時間位置，將波形劃分為五個階段，代表分合閘過程不同的運動過程，通過與歷史數據的對比分析，發現可能存在的潛在缺陷、并對缺陷進行定位，能夠直觀、精確的反映出斷路器各部件的運行狀態良好與否。

對于同型號正常分斷的斷路器，該暫態波形重復性很好，并且非常有規律通常是由兩個波峰和一個波谷構成，根據波峰波谷出現的時間位置，將波形劃分為四個階段，各個階段具體如下：

（1）階段I，t=t0～t1，線圈在t0時刻通電，即分合閘命令下達時刻，t1為鐵芯開始運動的時刻，即線圈電流逐漸上升，磁通上升至足以驅動鐵芯運動時，鐵芯即將運動的時刻。

（2）階段II，t=t1～t2，鐵芯開始運動，需要維持鐵芯運動的電磁力減小，電流逐漸下降，到達t2時刻，鐵芯已觸碰到操作機械負載、速度顯著下降或停止。

（3）階段III，t=t2～t3，當鐵芯撞上分合閘鎖扣裝置鎖閂或閥門、鐵芯停止運動或有短暫的彈跳、電流開始增大，使得分合閘彈簧開始動作;一段時間后電流保持緩慢增長或穩定的態勢，開端過程繼續進行。

（4）階段IV，t=t3～t4，電流開斷階段，開關輔助觸點斷開，使電流迅速減小，直到熄滅。

各個階段體現了整個分合閘過程不同的運動過程，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行狀態良好與否。因此，采用斷路器分合閘線圈電流測試技術對斷路器開關的操作狀態進行監測，即可根據線圈電流甄別開關柜中斷路器的工作狀態。

2 耦合電容檢測局放技術

電容耦合法是由英國南安普敦大學和我國西安交通大學共同研制的一種XLPE電纜局部放電在線檢測的方法。其原理優勢在于在安裝電纜接頭的時候，將高頻電容耦合傳感器安裝在接頭內，來保護電纜本體的外表層，有利于拉近與被檢測對象的距離[2]。此種方式有利于更好地運用位于電纜本體金屬鋁護套斷口之外的半導電層和處于接頭內部的預制橡膠應力錐尾端，并且在這兩部分的半導電層外部纏繞包裹上金屬箔，并以此當作電容的電極之一，而另一個電極則是電纜本體的導體線芯，該種方式是通過形成的電容來耦合電纜接頭的部分放電信號，圖2是它的結構示意圖。

因為電容耦合法對電纜本體及附件的絕緣屬性不造成影響，相較常規的局放檢測方法，其靈敏度更高，更加適合電纜附件的局放檢測。

3 無線測溫技術

發電廠、變電站的主要設備，如高壓開關柜、母線接頭，在較長時間的運作過程之中，常發生突然停電或設備被燒毀等嚴重問題，其主要是由觸點和母線排連接處或其他部位接觸頭老化，電阻增大，溫度升高所導致。最近幾年，因電廠和變電站的開關柜過熱引起火災或大面積停電的事故頻發，而處理好開關柜過熱的問題正是避免此類情況出現的重中之重。所以我們盡早排查熱故障問題最好的方式就是對高壓開關柜的溫度實行實時監控。

對開關柜內觸點溫度的運行情況進行實時監測，能夠有效降低開關柜的火災和事故發生的概率，然而因開關柜內壓強較高、空間較小，不能人為地在內測溫，所以實現高壓開關柜穩定運作的主要方式則是對溫度實行實時監測。高壓開關柜測溫系統的溫度信號的傳輸方式主要分為無線傳輸和光纖傳輸。其中光纖傳輸以光纖作為傳輸媒介，同時光纖集極強的抗電磁干擾能力、本質安全、電絕緣、體積較小、耐腐蝕性等優勢于一身，然而在高壓開關柜測溫系統里，光纖須經高壓開關柜鉆孔通過，但光纖極可能折斷，并且長此以往，光纖表面容易被污染，從而致使沿光纖表面“爬電”，也就限制了光纖測溫系統在室外測溫。相比較而言，倘若采用無線傳輸方式，在開關柜測溫系統高、低壓側之間就不需要用光纖或者電纜進行連接，同時使得高壓絕緣的問題得到很好的處理，無需考慮氣候因素，省略了瑣碎的布線問題，有利于日后更好的維護系統運作。現如今，無線傳輸方式存在的最大問題即如何維持其穩定性及可靠性。無線傳感器網絡作為一種新興技術，已經成為國內外研究的熱點[3]。

Zigbee無線測溫系統現如今被廣泛使用，此系統使開關柜內存在的絕緣風險問題得到了有效地處理。ZigBee/IEEE 802. 15.4標準其目的在于降低功耗和降低成本，使其成為無線傳感器網絡的互通平臺，現如今越來越多人致力于此技術的無線傳感器網絡的開發及其研究。首先我們將數個溫度傳感器裝置于不同的被監測部位，然后通過ZigBee技術傳回獲取的溫度數據，在此基礎上進行研究分析，最終實現實時監測開關柜運作溫度。

由柜外的數據集中器、裝置在開關柜內的接觸式溫度采集器以及遠程監控站三者一并組成開關柜無線ZigBee測溫系統。溫度采集器負責獲取溫度信號，隨后經ZigBee無線通訊網絡發射，而處于柜外部的數據集中器負責接收，最后經由RS485總線傳輸至遠程監控站。數據集中器能夠在同一時間段與在一定距離之內數個溫度采集器進行數據傳輸，其最高記錄可至128個;監控主機也能夠同時與數個數據集中器進行數據傳輸，最多高達64個數據集中器，圖3為其系統結構圖。

該系統是在高壓設備上裝置無線溫度傳感器，也就是說它與溫度監測儀之間不存在關系，通過此系統使得高壓設備接點運行溫度很難監測的問題迎刃而解。該方法適用于對開關柜中關鍵點的溫度進行監測，根據溫度的變化甄別一些關鍵點的運行狀態。

4 結束語

本文主要分析了斷路器分合閘線圈電流測試技術、耦合電容檢測局放技術、無線測溫技術三種新技術在開關柜不停電檢測技術中的應用，分析了它們對于開關柜狀態檢測過程中的適用性。本文認為，這三種方法對于開關柜不停電狀態檢測均具有各自獨特的優勢，若能將上述方法進行有效融合，研發出不停電綜合檢測技術，將顯著提高高壓開關柜狀態檢測的準確性。

參考文獻：

[1]李旭東，楊中彪，等.斷路器分合閘線圈電流檢測在電力系統中的應用[J].山東工業技術，2016（22）：173-173.

[2]徐子立，周峰，等.開關柜內電子式電壓互感器屏蔽結構的優化設計[J].高壓電器，2019（8）：81-85.

[3]鄧世杰.中置式開關柜的無線測溫方法[J].高壓電器，2010（11）：103-106.