高压开关柜触头温度监测系统改造技术

李杨华

摘 要：高压开关柜是电厂主要的配电设备之一。开关柜发热现象作为开关柜使用中的常见故障之一，严重影响着电网的安全运行。为此，针对某高压开关柜因触头易发热，进而引起停电事故这一现象，提出了对开关柜触头加装测温装置改造的方案，并对其改造前、后的运行情况进行了比较分析。结果表明，采用六点测温装置能很好地解决高电压下触头温度测量困难的问题，且成本较低。

关键词：开关柜；触头；改造方案；六点测温装置

中图分类号：TP274 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.120

高压开关柜是化工企业变电站中非常重要的一类电气设备，它可以对配电以及电能设备做到合理控制，使该设备能顺利运行，从而确保工程的正常发展。电网系统对电能质量要求提高的同时，相应地对高压开关柜的安全性和可靠性也提出了更高的要求。开关柜发热现象已成为开关柜使用中的常见疑难杂症，它关系着电网的安全运行。因此，找出可靠的手段在线监测触头运行温度，及时发现并排除系统的故障具有重要的现实意义。本文对高压开关柜触头加装测温装置的改造方案进行了实例分析，仅供参考。

1 改造前的运行情况

某化工厂自备电厂开关柜的断路器为少油断路器，由于运行年限较长、设备老化、开关柜触头发热、轨道变形，导致触头接触松紧程度不一致，在运行中因电流较大，触头容易发热，极易发生动静触头黏连的严重事故。据统计，2012—2014年共发生因开关触头发热引起的停电事故8次，每次处理事故化工生产都要限产甚至停产，甚至需要整个供电系统停电，还可能引发跳闸事故，一些大型设备（煅烧炉、锅炉、汽轮机、蒸氨塔等）因突然断电，导致设备变形弯曲，中间物料停留在设备里面沉淀腐蚀，这对设备危害极其严重。

2 改造方案

2.1 技术方案

高压开关设备是电力系统中重要的控制和保护设备，一旦该夹具以零件凹轮廓为定位基准，定位可靠，每次装夹位高压开关设备本身出现故障，就可能引发电力系统更大的故障，严重时会造成重大的损失。根据国内外多项统计结果看，对于高压断路器而言，10 kV电压等级开关占全部开关总数的2/3，开关设备故障率占所有开关设备的63.2%，而对于10 kV高压开关柜而言，触头发热是仅次于开关分、合闸线圈烧毁的第二大缺陷。因此，对10 kV高压开关柜的断路器、隔离开关触头的温度进行在线测量是非常有必要的。针对触头发热问题，我厂在更换新开关柜时在高压开关柜的每相触头上都加装了六点测温装置，这样能直观地监测到开关运行中触头的温度，能及时发现隐患，为生产运行提供了安全保障。

2.2 测温装置的外形

测温装置的外形如图1所示。

2.3 结构及工作原理

温度监测仪采用主动式工作方式，由主机、检测器、光电转换器及感应电源四部分构成。检测器与感应电源同处在高压区，光电转换器与主机装在开关柜上，处于地电位。检测器与光电转换器之间采用红外线通过空气传送数据。

图2为其原理图。

2.4 测温装置在高压开关柜中的作用

温度作为衡量热的技术指标，对其进行监测和控制是非常重要的一项工作。如果柜子承载的电流过大或柜内电气接头/触头接触电阻过大，则会造成局部过热、超温的现象，引发绝缘击穿甚至设备烧坏的重大事故。因此，需要对柜内温升故障高发点进行切实有效的实时监测，无线测温采用无线电波方式进行温度信号传输，从根本上解决了测温装置与高压接点确虫点的电气绝缘问题。

2.5 测温装置的技术特点分析

2.5.1 高压隔离

实现高压设备在线监测，首先要解决高压隔离问题。一般而言，解决这个问题有2个途径，即空间隔离和光纤隔离。在空间隔离方面，信号可由光传送或无线电传送，本文采用红外光线进行信号传送，它具有隔离彻底、结构简单、抗干扰能力强、工作可靠等特点；通过光纤隔离存在着沿面放电问题，需要有较长的沿面爬电距离。

2.5.2 抗干扰措施

高压开关柜运行在高电压、大电流的状态，系统事故瞬间还出现了强烈的电磁暂态过程，这些都造成了强电场、磁场及强电磁干扰，这对微电子系统和微弱信号处理非常不利。为了消除这些干扰，采用了软、硬件抗干扰措施。在软件设计上，应用了数字编码、解码技术，剔除了干扰信号，并使用了软件滤波技术；在硬件上，采用金属屏蔽，加强了各级滤波，消除了高频干扰。检测器与测温点处于同一电位，减小了电场的影响。此外，为了消除随机干扰，利用触头温度变化相对缓慢的特点，对检测点信号反复接收、多次采集，消除了异常数据，以保证数据可靠。通过以上综合措施，设备有了较好的抗干扰能力，测量数据稳定可靠。

2.5.3 供电方式

为了消除强电场的影响，温度检测器与测温点处同一高电位，检测器工作电源无法从外部供给，只能由内部产生，因此，在主导电回路上安装了感应线圈作为电源。但因开关柜工作电流变化大，为了保证感应线圈能提供较为稳定的电源，利用铁芯磁饱和原理，选择了适当的铁芯截面，小电流时铁芯正常励磁，大电流时铁芯饱和，从而提供了变化幅度较小的电源，再通过电子稳压装置，向检测器提供稳定可靠的电能。

2.5.4 热稳定性问题

温度检测器安装在主导电回路上，测量点温度可达120 ℃以上，这就要求检测器有良好的热稳定性。由于测温探头与检测器之间用导线连接，检测器可远离高温区，安装在导电回路温度较低处（一般可在80 ℃以下），从而降低了检测器耐高温的要求。同时，选用了热稳定性较好的元器件，并在模拟信号通道上合理设置温度补偿，使系统达到了较高的热稳定性。本监测仪在测量点温度为30～120 ℃，环境温度为80 ℃以下时，稳定性可控制在±2 ℃以内（与热电偶测量值相比）。

3 加装测温装置后的运行情况

3.1 运行情况

改造后，开关柜运行至今已有2年，没有发生过一起由触头发热引起的事故发生，大大减轻了员工的劳动强度，达到了预期效果，有力保障了生产的安全性。

3.2 改造后的经济效益

改造后，可避免每发生一次全厂性失电停产造成的约80万元的直接经济损失，对大型设备的使用寿命影响也大大减小。高压开关柜加装六点测温装置后，能有效保证电气系统的安全、平稳运行，为生产负荷连续运行奠定坚实的基础。

4 结束语

综上所述，高压开关柜的触头发热故障对供电系统危害极大，因此，本文对某高压开关柜触头加装测温装置改造进行了一定的分析和研究。實践证明，采用六点测温装置能很好地解决高电压下触头温度测量困难的问题，而选择适当的抗干扰措施及元器件能使监测装置既有较好的技术性能，且成本较低。目前，触头温度在线监测装置在化工企业中得到了逐步应用。

参考文献

[1]郑春芳.浅谈高压开关柜触头温度在线监测装置在神东矿区的应用[J].价值工程，2012，31（22）.

[2]李赫.变电站高压开关柜温度监测系统的设计与实现[D].长春：吉林大学，2014.

〔编辑：张思楠〕