母线送电前短路接地检测装置的研制
2020-03-04李彩云谢贵金
李彩云，谢贵金
（国网四川省电力公司德阳供电公司，德阳 618000）
1 装置概述
1.1 概念
（1）短接线：指用来将电气设备短路或接地的导线，以防止人身发生触电危险，一般包括接地线、个人保安线、接地刀闸等。
（2）短接线拆除误判：指操作人员经检查认为电气设备上的短接线已全部拆除，经监护人复核或多次检查发现仍有遗留的情况，由此造成的误判。而漏拆短接线会造成电气设备带短接线合闸送电，产生很大的短路电流，对人身、电网、设备造成严重的损坏，故将其列为“恶性误操作”之一。
（3）母线：指35kV及以下室内开关柜内的母线。
1.2 装置简介
1.2.1 仪器仪表的选择
仪器选择的目标：可检测绝缘电阻，量程达到兆欧级别；能加压至1000V以上；重量最轻，便于携带。
经过研究有三种表计可以实施，对其进行评估：
方案一：基于高压数字兆欧表的检测装置。200元左右；测量量程GΩ；重量550克。从经济性+可靠性+操作难易程度+安全性四方面综合得分=3+5+5+5=18，综合得分18分。
方案二：基于机械式摇表的检测装置。200元左右；测量量程MΩ；重量1050克；从经济性+可靠性+操作难易程度+安全性四方面综合得分=5+3+1+1=10，综合得分10分。
方案三：基于万用表的检测装置。300元左右；测量量程kΩ；重量500克；经济性+可靠性+操作难易程度+安全性四方面综合得分=1+1+5+5=12，综合得分12分。
通过以上对比评估，高压数字兆欧表是检测装置是最佳仪器仪表。由高压数字兆欧表做成的测量仪器设计图如图1所示，实物图如图2所示。
图1 测量仪器机壳设计图
图2 测量仪器实物图
1.2.2 自检及报警装置的设计
为使检测结果更直观，为仪器加装了灯光报警装置，在检测到有短接线或接地线时红灯会发亮告警。另外为其设计一自检系统，当空开在合位进行自检测试，若装置正常，自检指示绿灯发亮，如图3所示。
绿灯与红灯采用的是5mm发光二极管。电阻R阻值选择520千欧。
图3 测量仪器自检装置
5mm发光二极管正常工作电压3V，工作电流1～20mA，而数字兆欧表最高工作电压2500V，如要选择限流电阻R，按如下计算：
电阻值为小于R=U/I=（2500-3）÷0.02A=124.85kΩ且大于R=U/I=（2500-3）÷0.001A=2.5MΩ，
本次电阻选择：520kΩ，符合选材要求。
1.2.3 装置原理及简介
测量原理图如图4所示：
图4 母线送电前短路接地检测装置示意图
在检测结果为正常无故障时，数字兆欧表显示为无穷大，若有短接线，红灯发亮，数字兆欧表显示电阻约为0.56MΩ。
图5 母线送电前短路接地检测装置示意图
图6 母线送电前短路接地检测装置实物
母线送电前短路接地检测装置，设计图如图5所示，由测试部分及测量仪构成，实物图如图6所示：测试部分由环氧树脂杆、引线、工作触头组成；测量仪器采用基于机内电池作为电源，经DC-DC变换的高压电路测试母线相间及对地绝缘阻值，通过绝缘阻值的大小判断母线是否存在短路接地故障。为了确保测试的正确性，设计装置自检系统，若自检指示绿灯亮表示装置正常，可以进行测试。测试过程中工作人员在地面手持环氧树脂测试杆完成母线短路接地情况的测试。如果母线一旦存在短路或接地情况，仪器的灯光报警装置立即发出告警信号，提示工作人员再次对母线进行检查，拆除遗留的短接线或者接地线，反之如果测试装置无告警并显示母线绝缘阻值无穷大则表明母线无短路接地情况。
1.2.4 装置验收
变电站柜内母线一般有两种，分别为10kV、35kV，通过对以上两种电压等级的杆体做工频耐压试验结果进行对比，使其其相应的电压等级母线，并粘贴合格证。试验结果如表1所示：
表1 试验结果
2 效果检查
2.1 试验检查
试验检查时，利用三根扁铁模拟三根母排，用软铜线模拟短接线对装置进行试验。有短接线时，数字式兆欧表的显示约为0.56MΩ，反之则显示为无穷大，如图7所示，试验结果满足要求。
图7 试验结果
2.2 现场的应用检查
在某35kV变电站10kVⅡ段母线集中检修的工作中，我们运行人员改变传统的验收工作方法，采用母线送电前短路接地检测装置进行复核；在未告知验收人员10kVⅡ段母线PT间隔柜存在个人保安线的情况下，将短路接地检测装置安装在母线上，测试结果发现我们的检测装置给验收人员“有接地短路线的存在”的提示，于是运行人员对停电范围内的母线进行检查，发现检修人员故意疏忽留下的个人接地保安线，由于柜内光线环境和视觉死角等原因，运行人员在初次验收时并未发现此隐患。但是该装置成功的检测出了这一隐患，发现了该遗漏保安线，避免了短接线拆除误判。
3 效益分析
3.1 经济效益分析
（1）使用新研制的短路接地检测装置以后，由于将母线短接线复核时间成功控制在10分钟内，如表2所示（时间均为min）。
对检修设备提前恢复送电，为此对研制周期内在某变电运维班组为设备送电省的时间进行统计：某35kV变电站10kVⅡ段集中检修，计划停电时间12小时，实际停电时间11小时，时间差1小时；某35kV变电站10kVⅠ段集中检修，计划停电时间12小时，实际停电时间10.5小时，时间差1小时；某110kV变电站10kVⅡ段集中检修，计划停电时间14小时，实际停电时间12.6小时，时间差1.4小时；某110kV变电站10kVⅠ段集中检修，计划停电时间14小时，实际停电时间12.5小时，时间差1.5小时。
表2
该运维班的日均负荷为258万度，共有24段母线，平均一段母线所带的日均负荷为258÷24=10.75万度，那么活动期内可以提高电量为10.75（万度）÷24×7.2=3.225万度。
电价按照城市居民平均电价0.56元/度，折合成人民币为
S1=3.225×10000×0.56=18060元
（2）由于采用短路接地检测装置只需要2个人就可以准确的复核，不需要大量的人手，因此在检查期内，某运维班共节约人力20人/次，共减少出勤时间90小时。将此工作节约的时间转换为人力成本：
计算结果：S2=22.34×90=2010.6元
综上所述，该运维班在一个研制周期内所节约的总成本：
S=S1+S2-S3（制作成本）=18060+2010.6-860=19210.6元。
3.2 安全效益和社会效益分析
母线送电前短路接地检测装置的研制，杜绝了带短路接地送电的误操作事故发生，有力的保障了人身、电网、设备的安全，减轻了班组的工作压力，降低了运维人员的劳动强度，
还减少了设备停电的时间，间接提高了售电量，有利于保证了公司服务水平。
4 装置总结及下一步研究方向
4.1 总结和创新点
母线送电前短路接地检测装置与验电器的功能遥相呼应。在停电过程中使用验电器可以防止带电合地刀的事故；在送电过程中使用本检测装置可以防止带地线送电的事故。此装置的成功研制和应用，在系统内尚属首例，开创了先河。
4.2 下一步研究方向
（1）将此检测装置应用到其他变电设备。
（2）增加声报警器，在检测出短路接地情况时发出声告警信号。
（3）完善其报警信息，使其更智能化，可以准确的告知人员接地线或短路线的位置。
总之，此母线送电前短路接地检测装置的成功研制，创造性地解决了生产中的实际问题，可以减员增效，减少事故发生，切实提高管理效率，因此需要进一步加强对其的研究。
