电力系统中高低压开关柜的检验技术

王俊杰

【摘 要】电力系统中高低压开关柜是非常重要的电气设备，其对于电力能源输送有着决定性影响，为了保证高低压开关柜的正常运行做好检验工作具有重要意义。为本主要对高低压开关柜检验技术进行分析与探讨。

【关键词】电力系统；高低压；开关柜；检验技术

近年来，我国电网投资力度不断加大，基础配电网建设得到显著发展。但总体用电水平与国际先进水平相比仍然存在着差距，例如城乡区域发展不均衡，供电质量亟待改善。提升输配电能力，建设技术先进、环境友好的配电网是我国电力工业目前的首要任务。高低压配电柜作为配电网的重要组成部分，其制造水平直接影响我国配电系统的稳定及质量。高低压成套设备的发展已经到了瓶颈期，其标准化程度低及行业通用性弱已经成为制约行业发展的重大因素。

一、高低压开关柜结构的简单概述

随着我国经济的发展，居民的生活水平也在不断提高，大功率用电器的普及在方便了人们生活的同时，对电网的负荷越来越大。因此需要加强电网的建设和管理，在城乡电网的不断改造升级过程中，需要用到相应的电气设备，才能够让电网高效率的运转，而高低压开关成套设备也得到了大量的使用。其中高低压开关柜的结构设计对电气性能有着一定的影响，科学良好的设计，能够提高设备性能，保障电网的正常运转[1]。相反的不合理的设计会缩短高低压开关的使用寿命，在长时间的运行过程中可能造成安全事故，影响电气安全性能。因此在选择高低压开关柜的过程中，需要选择那些质量可靠，设计合理的产品满足设备的安全性能指标。

二、电力系统高低压开关柜检验技术的应用

（一）局部放电检测

局部放电的进行伴随着光热现象、电磁感应的现象。因此，需要针对在放电过程中的检测现象、检测结果进行分析，使用标准的数据判断正常的电位位置和线路中的安全隐患。目前检测技术主要分为以下几类：第一，暂态地电压：通常高压开关柜的运行会伴随局部放电现象。这是由于带电粒子受到电流传输的影响中会迅速的由开关柜内导体传递至开关柜外，使传输过程中具有高频电流波的特性。由于开关柜内的电流在受到集肤效应的影响，导致电流行波只能被聚集在开关柜外。第二，超高频：超高频检测法是通过运用特殊的超高频实验设备，对开关柜中的电流行波的方法检测。特别是需要对连续超高频分量和及时分量进行检测，在使用超高频的检测技术时，可以针对传感器的数据进行分析，在分析中得出基本放电类型和局部放电位置[1]。第三，超声波：主要是铜鼓对超声波传感器的运用。在使用传感器的过程中，需要对其声波频率进行18～200kHz的采集，在采集过程中通常声波会及时击穿绝缘体结构，并根据击穿信号位置来确定局部电流行波的大小。由于超声波信号属于机械波的一种，不会受到开关柜本身电流的影响。因此超声波检测技术也会被广泛运用至实际操作中，通常会使用GIS检测技术，且可通过幅值法的信号检测技术进行位置定位。但在实际操作中超声波的收集会伴随噪声的干扰，导致测量信号源的数据精准度不高，因此需要就其他方法协同使用。

（二）绝缘检测

设备发生局部放电时一般会产生电磁、声、热及光信号，放量能量引起绝缘气体或者固体材料分解时，还会发生一些列化学反应，产生一些气体或固体产物。常用于局放信号检测方法主要包括：第一，脉冲电流法。脉冲电流法操作简单，可实现PD信号低频段定量检测，是国际上广泛认可的方法，但不适用于在线监测。第二，特高频法。特高频法通过在柜内外安装高频传感器，检测由PD电流脉冲激发的电磁波信号，灵敏度高，抗干扰能力强，但电量标定问题还有待解决。第三，暂态地电压法。暂态地电压法通过检测暂态电压实现对PD信号的监测，但抗干扰能力较差，由于仅以暂态对地电压为单一判据，检测结构可靠性不是很高。第四，超声波检测法。超声波检测法通过提取传播时间差来计算PD源的位置，应用灵活，但超声波信号折反射会导致波形信号严重失真，对实际操作人员具有较高的要求。第五，气体组分分析法。当高压设备有局放发生时，电子碰撞作用会使绝缘介质发化学反应，产生一些特定的气体成分。绝缘介质分解产生的气体成分、浓度、速率等特性与局部状况相关，气体分解特性可反应出柜体绝缘状态。

（三）温度在线监测

第一，光纤监测，将光纤光栅传感器放置在开关柜内的底部，进行温度的检测。该传感系统工作时，调节仪可以发射出窄带激光，再多路光开关的分散作用下达到各个传感器，如果获取到的波长和光栅芯摸的波长相等则处于发射状态，激光在通过耦合器的多路光开关回到调解仪。调节仪就会获取开关柜各元件的温度参数，在通过A/D数模转换模块将信息数据发送给上位机。上位机内的软件系统已将温度信号通过显示系统进行显示，便可以直观的获取开关柜的温度参数，并且上位机可以完成温度数据的储存、查询、预警、分析等功能。光纤光栅温度传感的优点为灵敏度高、体积小、抗干扰性强，但其信号的发生需要高分辨率光谱，而造成成本高、结构复杂，对其施工时需要将所有线路全部断开，并且光纤本身会影响到系统的绝缘性能[2]。第二，无线有源测温技术。无线有源测温技术的工作原理与一般的温度测量技术基本相同，也就是采用了传统的温度传感器获取温度信号，再使用无线数据传输方式，将信号传输给上位机。此次设计，温度传感器采用比较传统的半导体或热电偶式传感器，其电源供电需要电池或感应线圈，电池供电方式比较容易实现，但更换电池是一项非常麻烦的工作，感应线圈供电则需要从设备一次测电路中感应出电压供给传感器，但一次侧电流的变化会对温度测量精度产生较大的影响，从而噪音也会增大。总之，无线有源传感方式，结构简单、技术成熟、使用方便、不用布线而造成麻烦，但传感器的电源供电成为了该系统的主要难题。

（四）温升试验的提出

根据国家相关标准规定，需要对开关柜进行温升试验，通过试验开关柜等载流性能分析验证发热和散热两个方面的数据。具体运行过程中，需要将额定电流持续输入导电回路一定时间，然后对此时电路中的温升进行分析，分析结论并对开关柜的使用效果进行评测。本文为更好地探究开关柜的温度分布情况，确定温度检测器的合理布局。平均温升简易算法、热炉方法和温度场数值模拟算法这三种算法是开关柜内部热量计算的主流计算方法。三种方法有各自的优劣性：平均温升简易算法计算流程简单易操作，但是误差相对较大；热炉方法的计算核心是类比法，求解精度有待提高；当前的主流计算方法是温度场数值模拟算法，其最大的优点是求解精度大大提高。但由于求解器精度有一定的限制，计算时对其模型进行了一定的简化，忽略了风机以及整机模型，对计算结果有一定的影响。普遍认为在开关柜中，导致其发热的主要因素分为两个：载流导体和电接触的焦耳损耗。

三、结束语

综上所述，在线监测技术对于高压开关柜的状态波动和状态异常检修工作而言具有举足轻重的意义和价值。通过利用传感器等信息采集设备完成对于开关柜相关问题的监测，能够更好地判断一段时间内开关柜机组的运行稳定性，并以此为根基制定出周密、详尽的检修计划和检修开展方案，保证检修工作能够在安全环境下运行。

【参考文献】

[1]张晓星，等.针-板缺陷开关柜局部放电与空气分解组分的关联特性.高电压技术，2016.42（12）：3948-3954.

[2]付兆遠，高兆丽，焦方军，等.开关柜带电检测技术的现场综合应用研究[J].山东电力技术，2016，43（1）：50-53.