高压开关柜不停电检测典型新技术应用现状探讨

李为帅

摘  要：高压开关柜是配电网中的重要设备，数量庞大，其在现场运行过程中故障频发，直接影响设备乃至影响整个电网运行时的安全稳定性。电网设备检修现如今实行的是状态检修模式，然而通过状态检修模式依然要求在设备停电的情况下来收集设备的状态量，现如今此种做法与对供电部门的要求不相适应。由此，通过不停电的方式来收集设备状态量的研究已刻不容缓。文章主要探讨了目前较为认可的开关柜不停电检测新技术，分析了各技术的特点，并对相关技术发展进行了展望。

关键词：高压开关柜;不停电检测新技术;状态检修

中图分类号：TM591         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）11-0143-03

Abstract： The high-voltage switch-gear is an important equipment in the power grid， with a large number of failures in the field operation process， which directly affects the safe and stable operation of the equipment and even the whole power grid. Grid equipment maintenance is currently carried out in the state maintenance mode. However， the state maintenance mode still requires the collection of the state quantity of the equipment in the case of power failure， which is not compatible with the requirements of the power supply department. Therefore， it is urgent to study how to collect the state quantity of equipment without power failure. This paper mainly discusses the new detection technology of switch-gear without power failure which is more recognized at present， analyzes the characteristics of each technology， and expounds the prospect of related technologies.

Keywords： high-voltage switch-gear; new technology of non-power failure detection; state overhaul

开关柜是电力系统中数量最多的设备之一，在长期的实践过程之中，开关柜在安置和投运过程中会因各种因素出现不同的问题，以致极大地提高了电网运行的不稳定性，其将直接导致设备不能够安全稳定地运行，更有甚者将导致有关供电地区大面积停电，极大降低了经济效益。

电网设备检修现如今实行的是状态检修模式，然而通过状态检修模式依然要求在设备停电的情况下来收集设备的状态量，现如今此种做法与对供电部门的要求不相适应。由此，通过不停电的方式来收集设备状态量的研究已刻不容缓。

本研究调研断路器分合闸线圈电流测试技术、耦合电容检测局放技术、无线测温技术等新技术在开关柜不停电检测技术中的应用及相关工作原理，并分析了各技术的优缺点。

1 断路器分合闸线圈电流测试技术

目前在对断路器的例行试验中，通过低电压分合闸试验来检测断路器的状态，而该测试规定的分合闸范围较为宽泛，仅通过动作电压的高低来分析判断断路器的工作状态，不能有效地反映出断路器内部潜在的缺陷，同时无法對故障进行定位。

在高压断路器的合、分操作过程中，线圈电流的任何变化都直接反映了铁心运动细节，并且有大量信息存在于直流电磁线圈的电流波形中。存在于线圈中的电流属直流电流，其中的电流不是一成不变的，让它会随着每一次的分过程或者合过程而变化。

有很多十分重要的信息内容存在于电磁铁线圈之中，该电磁铁以及所控制的阀门和脱扣器在实践过程中的运作情况可以由此波形直接反映得出，这对于监测分合闸线圈电流影响甚大。断路器操作部分的实时运行状况可以通过对合或分操作线圈电流的监测来判断。铁心的运动行程可以通过线圈电流的波形来掌控，通过观察电流波形以及电流信号的一些特征，以此得出铁心运动的过程之中是否存在停顿、拒分、脱扣、拒合等问题。

分合闸线圈电流包含了关于断路器整个操作回路的极大信息[1]，图1为典型的分合闸线圈动作电流暂态波形，通常是由两个波峰和一个波谷构成，根据波峰波谷出现的时间位置，将波形划分为五个阶段，代表分合闸过程不同的运动过程，通过与历史数据的对比分析，发现可能存在的潜在缺陷、并对缺陷进行定位，能够直观、精确的反映出断路器各部件的运行状态良好与否。

对于同型号正常分断的断路器，该暂态波形重复性很好，并且非常有规律通常是由两个波峰和一个波谷构成，根据波峰波谷出现的时间位置，将波形划分为四个阶段，各个阶段具体如下：

（1）阶段I，t=t0～t1，线圈在t0时刻通电，即分合闸命令下达时刻，t1为铁芯开始运动的时刻，即线圈电流逐渐上升，磁通上升至足以驱动铁芯运动时，铁芯即将运动的时刻。

（2）阶段II，t=t1～t2，铁芯开始运动，需要维持铁芯运动的电磁力减小，电流逐渐下降，到达t2时刻，铁芯已触碰到操作机械负载、速度显著下降或停止。

（3）阶段III，t=t2～t3，当铁芯撞上分合闸锁扣装置锁闩或阀门、铁芯停止运动或有短暂的弹跳、电流开始增大，使得分合闸弹簧开始动作;一段时间后电流保持缓慢增长或稳定的态势，开端过程继续进行。

（4）阶段IV，t=t3～t4，电流开断阶段，开关辅助触点断开，使电流迅速减小，直到熄灭。

各个阶段体现了整个分合闸过程不同的运动过程，各阶段波形的变化能够很好地分析反映出断路器各部件的运行状态良好与否。因此，采用断路器分合闸线圈电流测试技术对断路器开关的操作状态进行监测，即可根据线圈电流甄别开关柜中断路器的工作状态。

2 耦合电容检测局放技术

电容耦合法是由英国南安普敦大学和我国西安交通大学共同研制的一种XLPE电缆局部放电在线检测的方法。其原理优势在于在安装电缆接头的时候，将高频电容耦合传感器安装在接头内，来保护电缆本体的外表层，有利于拉近与被检测对象的距离[2]。此种方式有利于更好地运用位于电缆本体金属铝护套断口之外的半导电层和处于接头内部的预制橡胶应力锥尾端，并且在这两部分的半导电层外部缠绕包裹上金属箔，并以此当作电容的电极之一，而另一个电极则是电缆本体的导体线芯，该种方式是通过形成的电容来耦合电缆接头的部分放电信号，图2是它的结构示意图。

因为电容耦合法对电缆本体及附件的绝缘属性不造成影响，相较常规的局放检测方法，其灵敏度更高，更加适合电缆附件的局放检测。

3 无线测温技术

发电厂、变电站的主要设备，如高压开关柜、母线接头，在较长时间的运作过程之中，常发生突然停电或设备被烧毁等严重问题，其主要是由触点和母线排连接处或其他部位接触头老化，电阻增大，温度升高所导致。最近几年，因电厂和变电站的开关柜过热引起火灾或大面积停电的事故频发，而处理好开关柜过热的问题正是避免此类情况出现的重中之重。所以我们尽早排查热故障问题最好的方式就是对高压开关柜的温度实行实时监控。

对开关柜内触点温度的运行情况进行实时监测，能够有效降低开关柜的火灾和事故发生的概率，然而因开关柜内压强较高、空间较小，不能人为地在内测温，所以实现高压开关柜稳定运作的主要方式则是对温度实行实时监测。高压开关柜测温系统的温度信号的传输方式主要分为无线传输和光纤传输。其中光纤传输以光纤作为传输媒介，同时光纤集极强的抗电磁干扰能力、本质安全、电绝缘、体积较小、耐腐蚀性等优势于一身，然而在高压开关柜测温系统里，光纤须经高压开关柜钻孔通过，但光纤极可能折断，并且长此以往，光纤表面容易被污染，从而致使沿光纤表面“爬电”，也就限制了光纤测温系统在室外测温。相比较而言，倘若采用无线传输方式，在开关柜测温系统高、低压侧之间就不需要用光纤或者电缆进行连接，同时使得高压绝缘的问题得到很好的处理，无需考虑气候因素，省略了琐碎的布线问题，有利于日后更好的维护系统運作。现如今，无线传输方式存在的最大问题即如何维持其稳定性及可靠性。无线传感器网络作为一种新兴技术，已经成为国内外研究的热点[3]。

Zigbee无线测温系统现如今被广泛使用，此系统使开关柜内存在的绝缘风险问题得到了有效地处理。ZigBee/IEEE 802. 15.4标准其目的在于降低功耗和降低成本，使其成为无线传感器网络的互通平台，现如今越来越多人致力于此技术的无线传感器网络的开发及其研究。首先我们将数个温度传感器装置于不同的被监测部位，然后通过ZigBee技术传回获取的温度数据，在此基础上进行研究分析，最终实现实时监测开关柜运作温度。

由柜外的数据集中器、装置在开关柜内的接触式温度采集器以及远程监控站三者一并组成开关柜无线ZigBee测温系统。温度采集器负责获取温度信号，随后经ZigBee无线通讯网络发射，而处于柜外部的数据集中器负责接收，最后经由RS485总线传输至远程监控站。数据集中器能够在同一时间段与在一定距离之内数个温度采集器进行数据传输，其最高记录可至128个;监控主机也能够同时与数个数据集中器进行数据传输，最多高达64个数据集中器，图3为其系统结构图。

该系统是在高压设备上装置无线温度传感器，也就是说它与温度监测仪之间不存在关系，通过此系统使得高压设备接点运行温度很难监测的问题迎刃而解。该方法适用于对开关柜中关键点的温度进行监测，根据温度的变化甄别一些关键点的运行状态。

4 结束语

本文主要分析了断路器分合闸线圈电流测试技术、耦合电容检测局放技术、无线测温技术三种新技术在开关柜不停电检测技术中的应用，分析了它们对于开关柜状态检测过程中的适用性。本文认为，这三种方法对于开关柜不停电状态检测均具有各自独特的优势，若能将上述方法进行有效融合，研发出不停电综合检测技术，将显著提高高压开关柜状态检测的准确性。

参考文献：

[1]李旭东，杨中彪，等.断路器分合闸线圈电流检测在电力系统中的应用[J].山东工业技术，2016（22）：173-173.

[2]徐子立，周峰，等.开关柜内电子式电压互感器屏蔽结构的优化设计[J].高压电器，2019（8）：81-85.

[3]邓世杰.中置式开关柜的无线测温方法[J].高压电器，2010（11）：103-106.