KYN28 型高壓開關柜在礦井供電系統中的應用

陳青旺

（山西焦煤集團介休正益煤業有限公司， 山西 晉中 032000）

引言

高壓開關柜主要擔負礦井采掘、通風和運輸系統的供電任務。隨著自動化生產水平的不斷發展，供電需求也逐步提高。目前，對于高壓開關柜的發熱現象，傳統的人工檢測耗時、耗力，對發熱故障得不到有效解決，且監測手段落后導致故障加劇。針對此現象，利用KYN 型高壓開關柜滿足靈活供電的同時，降低了運行過程中的溫度，通過監測系統的監測，證明了KYN 型高壓開關柜運行的可行性，保證了礦井供電系統的安全[1]。

1 原有礦井供電系統中高壓開關柜運行存在的問題

在礦井供電系統的供配電過程中，高壓開關柜起到對電路線路開閉、控制的作用，是電網安全運作的重要保障。一旦高壓開關柜出現故障，將會造成整個電路系統的癱瘓。目前，礦井高壓開關柜均為封閉式，內部各種線路以及斷路器結構都相互獨立且相互隔絕，為了安全運行考慮，只有隔板上進行了開孔，其他隔室則處于封閉的狀態，內部器件運行過程中產生的溫度不能被及時散發，致使高壓開關柜溫度較高，在長時間的高溫運作下，降低了設備及零件的使用壽命，嚴重情況下導致高壓開關柜被燒毀。對于開放式高壓開關柜的溫度檢測，利用紅外測溫成像進行測試已經非常成熟，但是對于封閉式高壓開關柜的溫度檢測一直是難點，工作人員只能根據經驗進行判斷，對運行過程中電路線路狀態以及溫度進行測試是降低高壓安全柜故障的重要保障。

2 KYN 型高壓開關柜及監測系統的設計

為保證礦井供配電系統的安全穩定運行，正益礦采用KYN28-12-12 型高壓開關柜對原有高壓開關柜進行替換升級，以解決設備運行過程中的高溫現象，KYN28-12 高壓開關柜主要的作用是進行供電系統配電，同時實現控制、通斷的作用，其由四個單獨的隔室組成，開關柜在設計上具有靈活性，可以隨意進行拆卸以及排列組合，以滿足各個環境下的配電要求，根據配電要求的不同，相應的操作應該規范化、嚴格化。

對于KYN 型高壓開關柜監測系統的實現，主要是對設備運行過程中各零件部位的溫度進行監測，通過對采集的溫度數據進行處理得到設備的運行參數，判斷設備是否處于高溫的運行環境中，是否會影響電路系統的運行以及電量的配電。

圖1 為監測系統平臺功能示意圖，從圖中可以看出，監測系統基于Web 開發技術實現，系統主要將溫度傳感器監測到的數據進行接收、存儲以及處理，隨后通過HTTP 請求，通過瀏覽器將處理后的數據通過計算機界面向用戶顯示[1]。

圖1 監測系統平臺功能示意圖

監測平臺的實現依賴于Web 開發技術以及MVC 開發模式實現，MVC 開發模式是一個具有分層架構模式的軟件，用戶可利用其中視圖功能實現對監測處理數據的觀測，同時，用戶可利用處理器向瀏覽器發送請求，進而實現對服務單元的控制功能，控制器通過獲取頁面請求選擇對應的模塊反饋給用戶，以頁面視圖的形式展示。

下頁圖2 為監測元件模型示意圖，模型主要包括接高壓電極、接地電極以及環氧樹脂空氣隙三部分。為了實現對KYN 型高壓開關柜運行過程中溫度的測量，在開關柜中安裝溫度傳感器，通過校準檢測儀以及電源開關后，隨后增加電源電壓，直至電壓值達到50 kV。在電壓增加的過程中，持續觀察監測儀的示數，觀測設備是否出現漏電現象，如果檢測儀示數有變化，證明電路系統發生漏電，需要及時進行排查，解決故障問題；如果系統中無漏電現象發生，則將電壓降為零，最后斷開電源，將監測元件模型放入開關柜中，重新打開電源，增加電源電壓值，同時觀察檢測儀示數，在電壓值增加到50 kV 的過程中，檢測儀示數會有所變化，此時示波器會采集局部信號，根據不同工頻周期內脈沖信號的不同，分析局部放大信號[2]。

圖2 監測元件模型示意圖

3 KYN 型高壓開關柜監測系統的應用及運行

為了實現對KYN 型高壓開關柜運行過程中溫度的監測，選擇手車觸頭、母線排、電流互感器接頭、電纜接頭以及斷路器作為監測點，其中手車觸頭安裝84 個溫度傳感器，母線排安裝42 個傳感器，電流互感器接頭安裝42 個傳感器，電纜接頭安裝36 個傳感器，斷路器安裝42 個傳感器。以表1 為基準對設備零件進行監測，各部位故障特征如表1 所示。

表1 不同故障類別及部位的缺陷特征

以表1 位基準，通過溫度傳感器實測以及監測平臺的數據處理功能，得到如圖3 所示的傳感器測溫誤差示意圖，為了充分表示誤差值，橫坐標選擇為待測區域溫度，縱坐標為已經測量區域溫度與待測區域溫度差值，即溫度誤差，從曲線中可以看出，在溫度升高的過程中，溫度誤差值呈現先增加后降低的趨勢，當溫度值達到48 ℃時，誤差值為2.3 ℃，在60～100 ℃范圍內，溫度誤差值基本維持在1 ℃左右，誤差范圍較小，滿足測試要求[3]。

圖3 傳感器測溫誤差示意圖

在現場應用過程中，系統共報警5 次，5 次報警位置都為手車觸頭，經過現場檢測，5 次故障中3 次是因為手車觸頭彈簧夾緊力不足使得觸頭發熱，剩余2 次是因為電纜頭與銅排壓接處出現氧化所致，經過打磨處理后，發熱現象得到解決，5 次發熱現象都屬于一般缺陷。由此可見，采用KYN 型高壓開關柜與監測系統相配合的方式可以有效降低高壓開關柜發熱的現象，且可實現對設備運行過程中溫度的監測，可以及時進行故障排查，保障了供電系統的穩定性。

4 結論

正益礦針對傳統的高壓開關柜運行過程中發熱量高的問題，采用KYN28-12 型高壓開關柜進行替換升級改造，KYN 型高壓開關柜可靈活進行拆卸和排列組合，在滿足井下復雜環境下配電要求的同時改善設備易發熱難題。基于Web 開發技術以及MVC開發模式實現了KYN 型高壓開關柜監測系統的應用，實際監測過程中發現手車觸頭出現過熱現象，在報警系統的預警作用下，故障檢測效率提高，保證了礦井供電系統的安全穩定運行。