基于一体化集成的智能柱上开关高可靠性分析与设计研究

李斐刚

摘要：电力的供应质量直接影响到用户的使用感受，以及社会经济的发展程度，因此，为了提高用电质量，必须要实现一、二次设备的一体化。针对当前柱上开关在使用过程中存在的问题，本文提出了一种基于一体化集成的智能柱上开关，它不仅具有极高的可靠性，还能解决密封和机构卡涩等问题。通过结合现代通信技术，能够实现柱上开关的智能化和集成化，为电能的高质量供应提供保障。

关键词：一体化、一次设备、二次设备、柱上开关、配电网自动化

1引言

在实际的电网运行中，柱上开关由于密封材料等的问题，会出现各种故障，给电力系统的稳定运行带来的障碍。因此，设计一款高可靠性的一、二次一体化集成的智能柱上开关意义非常重大。

2一次柱上开关的高可靠性设计

2.1结构设计

在传统的柱上开关中，开关的操动机构处于正面，由于受到日照、雨水等的影响，密封处容易老化，长时间使用后会影响到开关本体的灵敏性。考虑到密封处的影响，本设计方案为将柱上开关的机构室盖板设计在底部，而且整个壳体使用了整体压铸的工艺制作而成，减少了各个面由于贴合的不紧密带来的密封性问题，而且机构处的盖板由于处于背阴面，可以有效避免阳光以及雨水等外部环境的影响而造成密封件老化的问题。目前这种设计思路也逐渐被越来越多的厂家接受并在实际工作中进行了较为广泛的应用。通过实际使用中也证明了这种结构设计，密封性老化的问题得到了很好的解决。

2.2绝缘设计

产品设计时应重视电场分布尽可能均匀，避免 形成局部电场集中的情况。例如：对于母排端头，用成形铣 刀将头加工成圆角;可以在断路器触头外加装金属屏蔽罩，或在触头盒浇注时加金属屏蔽网，能够有效的均匀电场分布，抑制极值，进一步提高绝缘水平。

引起绝缘性能退化的因素包括：SF6气体的泄漏、箱体密封不良导致容器内壁出现凝露、绝缘部件出现老化或裂纹等。可采取相应的措施，如：气箱使用不锈钢制造并采用气密焊接工艺，密封部位采用预制异形槽，保障密封圈压缩量;密封箱体放入适量干燥剂，气箱内的绝缘零部件都要严格按规定的温度、烘烤时间进行烘烤，减少含水量;当SF6开关设备抽真空、 充气时，用高纯N2或SF6气体清洗充气管道;将绝缘部件内部机械应力降至最低，设置必要的金属屏蔽措施，减少局放引起的绝缘老化及裂纹。通过以上措施，将有效提高绝缘可靠性。

2.3密封设计

操作手柄的旋转轴使用的是迷宫密封形式，这种密封形式由于在旋转的轴周围设置数量较多的环形密封齿，在每个齿之间都有一个截流间隙和膨胀的空腔，能够形成比较曲折的间隙，在各个环形密封齿的位置形成节流效应而达到密封的效果。由于密封泄漏量的设计直接影响到密封的性能，因此，需要根据，迷宫的截面积、流通的流速等因素来计算迷宫口部的流量。

当气体通过迷宫时，由于惯性的影响，会在迷宫里形成收缩，收缩后的其它最小面积计算公式为：Sc=Cc*S

上式中，Sc為迷宫的口部断面积，Cc为其它的收缩系数。

随着气体通过密封的腔时，气体的流速也会发生一些变化，具体速度会变化为Vc=Cd*V

上式中，Cd为速度系数，V为在理想状态下气体通过时的流速。

结合上述两个公式可知，在迷宫的孔口处，气体的实际流量为Sc*Vc=Cc*Cd*S*V，Sc*Vc为Q，指气体的流量，以Cc*Cd为迷宫的孔口流量系数，设为字母a，上式可简化为Q=a*S*V。

3二次FTU的高可靠性设计

3.1FTU一体化功能集成设计

通过对柱上开关的FTU功能集成化设计，实现配电的多种功能实现，比如配电自动化的测量、保护、电力设备的监测等，在进行FTU一体化功能设计时，要考虑如下一些功能：

①实现测量和保护等常规的功能;

②对单相接地故障进行判断的功能;

③对谐波进行测量并进行分析的功能。

通过以上三个功能的实现，能有效防止整个电网内故障的出现，对提高整个电网的质量有着非常重要的促进作用。

3.2FTU全方位状态监测设计

在柱上开关中，操动机构由于动作频繁等原因，属于故障高发区。常见的故障形式有分合闸的线圈烧毁、电动机堵死或者活动机构卡涩等现象。通过对FTU进行全方位状态的监测，可以及时发现故障，提高柱上开关的运行可靠性，主要体现在以下三个方面：

①对分合闸线圈电流监测;

②对储能电动机的电流进行监测;

③对运行环境的温度和湿度进行监测。

4一、二次整体的高可靠性设计

4.1一、二次连接方式设计

本设计的构想图如下，使用26芯航空插座用于传输储能和分合闸的控制负荷开关信号，6芯防开路航空插座的目的是传输相电流和零序电流的信号。通过这种结构能实现柱上开关各种传感信息以及信息的扩展对应。

为了避免材料的老化，航空插头的材料具备耐高温、抗辐射合抗腐蚀等功能。在一次合二次电气连接方面具有较高的可靠性。

4.2一、二次信号线在线状态监测设计

对一、二次信号在线状态的监测设计要包含以下几个方面：

①对传感类的信号状态进行监测;

②对有源类的信号进行监测;

③对其它信号进行监测，比如柱上开关常开合常闭的触点监测、对线路中各处实时的连接状态确认等。

5结语

通过对一次和二次一体化集成智能柱上开关可靠性提升的方法进行了探讨，了解到对于传统柱上开关，对操动结构进行改造，能实现密封和卡涩等问题。另外通过应用现代传感技术，实现对柱上开关实时的监测，确保能及时发现故障，并及时进行解决，避免故障的进一步恶化。通过一、二次的连接接口统一化，实现柱上开关的的高度集成，为促进电网的供电质量稳定性提升带来保障。

参考文献：

【1】谭健强.一种远程柱上开关指针可视装置研究，中国高新科技，2019-02（38）;62-64

【2】李崇基.柱上开关电流互感器输出防开路接线箱，科技创新导报，2017-34;74-75