一種非接觸式高壓帶電檢測裝置在寶興電站的運用

熊繼宏，曾 燃，張 洋

（四川華能寶興河水電有限責任公司，四川 雅安 625000）

1 引言

寶興水電站位于四川省雅安市寶興河流域，裝機容量3×65 MW，2009 年開始投運。電站13.8 kV高壓開關柜內高壓帶電檢測裝置均采用的是由環氧樹脂澆注制成的支柱絕緣子式高壓傳感器，這種傳統的高壓帶電顯示閉鎖裝置是利用支柱式高壓電容來獲取高壓信號，高壓電容與帶電體直接連接，在惡劣環境下容易造成電容擊穿。在經過長時間的運行后，此設備出現故障的可能性升高，可能會影響運行人員對設備帶電情況的判斷。其次，近幾年已發生多起因開關柜直接接觸式高壓帶電檢測裝置故障而引起的設備跳閘事故[1]。于是，為了提高設備可靠性，決定更換目前的帶電檢測裝置。

2 目前的帶電顯示裝置

2.1 結構及原理

電站目前采用的高壓帶電顯示裝置主要是由接觸式傳感器和顯示器構成。傳感器內部是芯棒式電容，由高強介質功能性材料制成，上端通過法蘭連接高壓導線，下端連接二次連接端，外部殼體是由環氧樹脂澆注而成，從而組成支柱絕緣子式傳感器。而顯示器又分別由指示線路和閉鎖線路構成。二次電容、限流電阻、直鍵開關和氖燈組成指示線路，變壓器、橋式整流電路、勵磁線圈等組成閉鎖線路。傳感器中的芯棒式電容由于上端連接高壓導線，下端通過二次連接端與指示線路中的二次電容串聯，形成電容分壓回路，指示器由此獲得電壓信號來判斷設備是否帶電，閉鎖線路則通過獲得的電壓信號控制閉鎖電磁鎖。

圖1 接觸式帶電顯示裝置示意圖

2.2 缺點

由于接觸式帶電顯示裝置的高壓電容與高壓導體連接，所以具有以下缺點：

（1）在安裝和檢修時，需要進行局部放電試驗。

（2）當遇到裝置老化、受潮或其他因素導致裝置絕緣降低時，容易造成電容擊穿，損壞裝置，造成運行人員的誤判，甚至引發安全事故。

3 新型非接觸式帶電顯示裝置

3.1 原理

在尋找替代的帶電檢測裝置時，發現市面上有一種新型非接觸式帶電檢測裝置，與傳統接觸式帶電顯示裝置不同的是，非接觸式高壓帶電檢測裝置的傳感器，由直接接觸帶電導體的芯棒式電容變為非接觸感應式電容[2]，即通過感應帶電導體附近的電場來準確反映高壓帶電體是否帶電。

當裝置處在交變電場中時，電容式傳感器表面的電荷量與電場強度E(t)成正比，Q（t）=KE（t）；其中K為比例系數。C=εS/d.（ε為極板間介質的介電常數，S為極板面積，d為極板間的距離。）[3]

因此該裝置通過測量非接觸感應式電容的電壓，可以計算出電場強度的大小，以此判斷導體是否帶電。

3.2 產品選型

對電站現場各個開關柜查看測量，翻閱相關標準，并聽取運行人員的建議，新的帶電檢測裝置需要滿足以下要求：

（1）采用非接觸式帶電檢測裝置，規避電容擊穿的風險；

（2）由于現場屏柜較多，各個屏柜內空間及滿足安全需求的安裝位置不盡相同，所以在調試以及使用過程中，當安裝間距較大時，可方便地調節靈敏度，滿足運行要求；

（3）在現場運行中，因帶電導體較多，設備需要較強的抗干擾能力，能夠可靠地在高壓電氣設備中運行；

（4）為了提高可靠性，裝置采用廠內供給的直流220 V 電源，考慮到極端情況下直流電源消失，可能會給運行人員造成誤判，為防止誤判可在內部裝設內供電源以避免因二次電源斷電造成的安全隱患；

（5）為了避免因裝置本身硬件損壞導致的裝置誤指示，裝置應有軟、硬件系統自檢功能，可以方便現場巡檢人員檢查功能完好性，更準確地判斷一次設備帶電情況。

根據上述需求，經過篩選，決定選用RDXN-FQ1型非接觸式高壓帶電檢測裝置。

3.3 產品結構

RDXN-FQ1 型非接觸式高壓帶電檢測裝置包含一組三相傳感器和一個高壓帶電顯示器。三相傳感器的接收面分別正面對準三相帶電導體，不與高壓帶電導體直接接觸，并保持一定的安全距離。它在接收高壓帶電導體的電場信號后，將之傳送給顯示器的放大邏輯控制電路進行處理，控制高壓帶電指示燈亮或熄滅，輸出強制閉鎖信號或解除閉鎖信號。

圖2 RDXN-FQ1 型非接觸式高壓帶電檢測裝置結構圖

3.4 產品安裝

確定所需帶電顯示裝置型號后，決定在某臺13.8 kV 機組出口CT 柜內安裝一套RDXN-FQ1 非接觸式高壓帶電檢測裝置用于測試。安裝位置距離過遠會影響帶電檢測裝置的準確性，安裝位置距離過近會造成安全絕緣距離不夠[4、5]。RDXN-FQ1 傳感器安全測量距離見表1。根據傳感器安全距離要求和現場開關柜內實際情況，三相傳感器安裝在距離一次設備180 mm 的支架上，裝上傳感器后不會對開關柜的絕緣設計造成影響。

表1 RDXN-FQ1 傳感器安全測量

每相傳感器需正對該相一次設備高壓銅牌，用于檢測該相一次設備帶電情況。另外，為帶電顯示裝置接入外部220 V 直流電源，用于帶電顯示裝置常規電源供給。由于該檢測裝置與帶電設備不直接接觸，所以安裝時無需做局放試驗，在后續檢修也無需做局放試驗。

4 使用效果

RDXN-FQ1 型非接觸式高壓帶電檢測裝置在投入運行使用期間，工作正常，狀態穩定，并表現出以下優勢：

（1）安全性高。由于該裝置不直接與帶電設備接觸，克服了絕緣支柱式傳感器電容量值容易發生變化的問題，消除了因故障時產生的過電壓擊穿支柱絕緣式傳感器和因支柱絕緣式傳感器絕緣下降引起的接地故障等隱患，也消除了二次系統可能被引入高壓的安全隱患。且裝置的閉鎖十分可靠。當檢測到設備帶電時，裝置將會輸出強制閉鎖信號，顯示器上“閉鎖”指示燈亮。當被測設備一相或兩相失電時，持續輸出強制閉鎖信號，顯示器準確指示帶電相。確保了運行人員對設備狀態的判斷，防止誤操作的發生，保證了設備和人員的安全。

（2）可靠性強。由于裝置采用了多級隔離、濾波及抗干擾措施，即使在復雜的電場環境中依舊能夠準確識別相序。同時，裝置內部具有自供電源，以保證二次電源斷電的情況下仍能保持一段時間的工作。內部電池在高壓帶電指示狀態時，工作時間約為100 h。

（3）使用方便。裝置具備靈敏度調節功能，可調節傳感器的靈敏度，以彌補安裝時導致的誤差，裝置還帶有自檢功能，能夠對硬件和軟件進行自檢，便于檢測其完好性，避免由于硬件損壞導致裝置誤指示。

目前帶電顯示裝置具有帶電顯示、帶電時強制閉鎖的功能，在后續考慮是否將該功能狀態接入監控系統，供運行人員遠程監控[6]。

5 結語

寶興電站通過應用非接觸式高壓帶電檢測裝置，不僅較好的實現了穩定可靠的高壓帶電顯示及相關閉鎖，而且還避免了原有接觸式高壓帶電顯示裝置與帶電體直接接觸可能造成的各種安全性問題，同時也降低了后續維護成本，使電站整體的安全水平有了較大提升，值得推廣使用。