電力系統一次設備智能化升級改造分析及應用

李宇輝

摘? 要：該文主要介紹了電力系統中使用的老舊一次設備如何通過升級改造，實現智能化，以此來滿足當下的要求，并就電力系統中的一次機械設備的相關技術發展趨勢進行展望，為促進電力行業一次機械設備在高新技術應用提供一些參考。

關鍵詞：電動操作;無線測溫;主動防護;弧光保護;智能監測

中圖分類號：TM591? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

電力系統智能自動化是今后的發展方向。為了匹配電網中電力系統的運行監控、用戶負荷監控和故障報警功能，需要實時獲取系統中的一次設備（成套中壓開關設備、斷路器及變壓器等）運行信息，因此要求中壓開關柜（即一次系統中的機械設備）提高智能化程度，保證能夠對設備運行時的溫度進行監測與反饋報警、對監測數據進行處理與分析。

1 電力系統中的一次開關柜

電力系統中的一次開關柜是電力系統中直接用于生產、使用電能的一種電氣設備，是相對于二次設備（如控制回路等）流經電壓更高的電氣設備。通常情況，這一設備能實現電路的接通和斷開，進而保證系統的良好運行。

2 電力系統中一次開關柜的升級改造應用

2.1 一次設備斷路器的電動操作升級改造應用

一次開關柜內部元器件斷路器手車增加電動搖入搖出操作功能，是設備實現智能化五遙的過程中不可或缺的一部分。斷路器手車的電動操作如圖1所示，能夠以馬達帶動整個傳動機構運行完成斷路器手車電動搖進/搖出的操作。當馬達停轉或失效時，該設備中的離合機構自動分離，芯軸的運動脫離蝸輪蝸桿傳動，即采用手動搖進/搖出手車。電機驅動手車控制單元為保護斷路器手車電動底盤車開發的多功能控制器， 在驅動電機運轉受阻（如安裝不到位或機構因其他原因導致不暢）達到保護條件時，立即對電機進行制動，并逆向驅動電機解除悶車卡死狀態，讓電動轉手動成為可能。它還能獨立完成電機驅動與各種運行狀態間的切換工作，可替代原控制方式中的多個自保持繼電器與中間繼電器，減少電氣節點，增加系統的可靠性，并且便于維護[1]。

2.2 一次設備開關柜接地開關的升級改造應用

一次開關柜內部接地開關實現自動化操作是變電站智能化實現無人值守的必要因素。接地刀閘增加電動操作是為了實現設備就地或遠方合閘或分閘操作。該結構的特點有5個。1）利用離合器對傳動系統隨時進行分離或接合。2）當馬達正常工作時，蝸輪蝸桿配合傳動，促使離合機構聯接，帶動整個傳動機構運行，使操作桿傳動，完成合閘或分閘的操作。3）當馬達停轉或失效時，操作離合機構分離，芯軸的運動脫離蝸輪蝸桿傳動，隨時可以采用手動合閘或分閘的操作。4）為防止斷路器在運行狀態下，誤合接地刀閘。5）防止接地刀閘在合閘狀態下，斷路器進入工作位置導致誤合閘的情況發生。因此僅當斷路器手車處于隔離/試驗位置時，才可實現就地或遠方操作，實現接地刀閘電動操作合閘或電動操作分閘方式。斷路器電動操作改造示意圖如圖2所示。

2.3 一次設備開關柜的安全運行升級改造應用分析

在中壓系統中，電弧故障很大概率會導致母線三相弧光短路，系統大多沒有合適的母線保護，而進線開關沒有速斷保護或速斷時限很長，開關柜內電弧故障會造成嚴重的后果。電弧事故中故障電弧會釋放驚人的能量，對故障及相鄰的開關設備及附近的運行人員造成嚴重的傷害。為避免無法阻止的電弧故障對設備及人員的傷害，通過對真空滅弧室與Is-快速限流器的創新組合，推出了主動型快速滅弧器。當系統運行發生電弧故障時，快速滅弧器4 ms內快速三相金屬接地，將電弧熄滅，事故可立即處理修復，設備恢復運行。

2.4 一次設備中斷路器智能升級應用分析

為了幫助解決客戶存在的問題、滿足客戶對在線監測功能的需求，可對電力系統的核心元器件斷路器進行智能化改造。可實現主回路關鍵部分運行溫度的實時監測、斷路器參數的實時監測以及智能的全電機驅動等功能，是支持狀態檢修維護的遠程狀態監測系統。智能改造方案主要由智能監控單元、儲能電機監控單元、線圈監控單元和具有測溫功能的智能觸臂4個部分組成。在進行改造時，將智能監控單元直接固定安裝在一次電力設備的低壓倉室網格板上，將儲能電機監控單元、線圈監控單元通過二次電纜與智能監控單元相連，同時將智能觸臂連接在原斷路器的極柱上。實現同時檢測觸頭溫升和斷路器二次元件和機械參數的功能。

智能監控單元是該改造方案的核心元件，其功能主要包括對開關柜內部主回路的關鍵接點的運行溫度進行實時監測、判斷開關柜的內部溫度是否超標、提高設備的安全穩定運行程度。能夠監測儲能電機的儲能時間和電流以及斷路器合/分閘時間及速度，從而提前發現電機的故障隱患，為斷路器診斷及保養提供參考信息[2]。斷路器智能觸臂部分是帶有溫度探測與信號發射單元的智能觸臂，用來采集觸頭的實時溫度。溫度信號的傳輸是利用無線射頻技術進行無線傳輸，將安裝在高壓處的測溫點與MDC4單元徹底隔離。溫度監測模塊采用耐受溫度高達125 ℃的技術方案，完全滿足開關柜實際運行環境的要求，溫度監測模塊的供電采用感應CT自取電的方式，有效地延長了使用壽命且安全可靠。儲能電機監控單元，即儲能電機，配合斷路器二次元件及機械特性監測子單元，完成對斷路器的電機儲能的電壓/電流儲能工作，完成對儲能時間的監測和計算并輸出相應的波形，實現實時監測的功能。線圈監控單元即分/合閘線圈，閉鎖電磁鐵等線圈繼電器設備，配合MDC4內斷路器二次元件及機械特性，監測子單元完成對動作電壓/電流、分/合閘時間、分/合閘速度的監測。

2.5 紅外線溫度傳感技術在一次設備中的應用分析

開關柜內導電連接點是最薄弱的環節之一，很多因素的存在都會導致接觸條件惡化，接觸電阻增加。直接導致接觸點的溫度升高，加劇接觸表面的氧化，使局部熔焊或接觸松動處產生火花，甚至電弧放電。因此高壓電器在負載電流過大時，會因溫升過高導致電力設備損壞，影響整個電力系統的正常工作，甚至造成巨大的經濟損失。通過紅外線溫度傳感器對開關設備內的關鍵導電體進行無接觸式、快速、可靠的溫度檢測（最多可同時檢測12個設備點）。對于及時、準確地測出電力設備關鍵點的溫度、對于發現并排除故障具有重大意義。如圖3所示。

紅外溫度監控方案可實現的功能及特點有4個。1） 溫度監測過程，是完全非接觸式的，不影響開關柜工作運行。2）能夠最早發現過熱設備點，提高設備安全性。3）設定高溫控制值后，超過該溫度的報警信息能夠送至遠程控制中心。4）直接對現有的中壓開關柜進行改造安裝，不需要檢查其他接觸點，降低維護費用。

3 結語

電力系統一次設備技術升級改造的應用： 按照“防火耐爆、本質安全、一鍵順控、智能巡檢、狀態感知、免（少）維護、標準設備、綠色環保”等要求進行設備更換、設計優化，全面提升一次設備的質量和智能化水平。一次設備智能改造應用以實現變電站“全面監視、遠程順控、主動預警、智能決策、實物ID應用”等高級應用功能為目標，提升變電站監視、操作、巡視、預警、決策和現場管控的智能化水平。

參考文獻

[1]鄧雷.電氣設備的絕緣在線監測與狀態維修[J].自動化應用，2018（2）：104-105.

[2]卓會丹，朱廣帥.中壓開關柜智能化技術的研究[J].黑龍江科技信息，2014（26）：112.