一种非接触式高压带电检测装置在宝兴电站的运用

熊继宏，曾 燃，张 洋

（四川华能宝兴河水电有限责任公司，四川 雅安 625000）

1 引言

宝兴水电站位于四川省雅安市宝兴河流域，装机容量3×65 MW，2009 年开始投运。电站13.8 kV高压开关柜内高压带电检测装置均采用的是由环氧树脂浇注制成的支柱绝缘子式高压传感器，这种传统的高压带电显示闭锁装置是利用支柱式高压电容来获取高压信号，高压电容与带电体直接连接，在恶劣环境下容易造成电容击穿。在经过长时间的运行后，此设备出现故障的可能性升高，可能会影响运行人员对设备带电情况的判断。其次，近几年已发生多起因开关柜直接接触式高压带电检测装置故障而引起的设备跳闸事故[1]。于是，为了提高设备可靠性，决定更换目前的带电检测装置。

2 目前的带电显示装置

2.1 结构及原理

电站目前采用的高压带电显示装置主要是由接触式传感器和显示器构成。传感器内部是芯棒式电容，由高强介质功能性材料制成，上端通过法兰连接高压导线，下端连接二次连接端，外部壳体是由环氧树脂浇注而成，从而组成支柱绝缘子式传感器。而显示器又分别由指示线路和闭锁线路构成。二次电容、限流电阻、直键开关和氖灯组成指示线路，变压器、桥式整流电路、励磁线圈等组成闭锁线路。传感器中的芯棒式电容由于上端连接高压导线，下端通过二次连接端与指示线路中的二次电容串联，形成电容分压回路，指示器由此获得电压信号来判断设备是否带电，闭锁线路则通过获得的电压信号控制闭锁电磁锁。

图1 接触式带电显示装置示意图

2.2 缺点

由于接触式带电显示装置的高压电容与高压导体连接，所以具有以下缺点：

（1）在安装和检修时，需要进行局部放电试验。

（2）当遇到装置老化、受潮或其他因素导致装置绝缘降低时，容易造成电容击穿，损坏装置，造成运行人员的误判，甚至引发安全事故。

3 新型非接触式带电显示装置

3.1 原理

在寻找替代的带电检测装置时，发现市面上有一种新型非接触式带电检测装置，与传统接触式带电显示装置不同的是，非接触式高压带电检测装置的传感器，由直接接触带电导体的芯棒式电容变为非接触感应式电容[2]，即通过感应带电导体附近的电场来准确反映高压带电体是否带电。

当装置处在交变电场中时，电容式传感器表面的电荷量与电场强度E(t)成正比，Q（t）=KE（t）；其中K为比例系数。C=εS/d.（ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离。）[3]

因此该装置通过测量非接触感应式电容的电压，可以计算出电场强度的大小，以此判断导体是否带电。

3.2 产品选型

对电站现场各个开关柜查看测量，翻阅相关标准，并听取运行人员的建议，新的带电检测装置需要满足以下要求：

（1）采用非接触式带电检测装置，规避电容击穿的风险；

（2）由于现场屏柜较多，各个屏柜内空间及满足安全需求的安装位置不尽相同，所以在调试以及使用过程中，当安装间距较大时，可方便地调节灵敏度，满足运行要求；

（3）在现场运行中，因带电导体较多，设备需要较强的抗干扰能力，能够可靠地在高压电气设备中运行；

（4）为了提高可靠性，装置采用厂内供给的直流220 V 电源，考虑到极端情况下直流电源消失，可能会给运行人员造成误判，为防止误判可在内部装设内供电源以避免因二次电源断电造成的安全隐患；

（5）为了避免因装置本身硬件损坏导致的装置误指示，装置应有软、硬件系统自检功能，可以方便现场巡检人员检查功能完好性，更准确地判断一次设备带电情况。

根据上述需求，经过筛选，决定选用RDXN-FQ1型非接触式高压带电检测装置。

3.3 产品结构

RDXN-FQ1 型非接触式高压带电检测装置包含一组三相传感器和一个高压带电显示器。三相传感器的接收面分别正面对准三相带电导体，不与高压带电导体直接接触，并保持一定的安全距离。它在接收高压带电导体的电场信号后，将之传送给显示器的放大逻辑控制电路进行处理，控制高压带电指示灯亮或熄灭，输出强制闭锁信号或解除闭锁信号。

图2 RDXN-FQ1 型非接触式高压带电检测装置结构图

3.4 产品安装

确定所需带电显示装置型号后，决定在某台13.8 kV 机组出口CT 柜内安装一套RDXN-FQ1 非接触式高压带电检测装置用于测试。安装位置距离过远会影响带电检测装置的准确性，安装位置距离过近会造成安全绝缘距离不够[4、5]。RDXN-FQ1 传感器安全测量距离见表1。根据传感器安全距离要求和现场开关柜内实际情况，三相传感器安装在距离一次设备180 mm 的支架上，装上传感器后不会对开关柜的绝缘设计造成影响。

表1 RDXN-FQ1 传感器安全测量

每相传感器需正对该相一次设备高压铜牌，用于检测该相一次设备带电情况。另外，为带电显示装置接入外部220 V 直流电源，用于带电显示装置常规电源供给。由于该检测装置与带电设备不直接接触，所以安装时无需做局放试验，在后续检修也无需做局放试验。

4 使用效果

RDXN-FQ1 型非接触式高压带电检测装置在投入运行使用期间，工作正常，状态稳定，并表现出以下优势：

（1）安全性高。由于该装置不直接与带电设备接触，克服了绝缘支柱式传感器电容量值容易发生变化的问题，消除了因故障时产生的过电压击穿支柱绝缘式传感器和因支柱绝缘式传感器绝缘下降引起的接地故障等隐患，也消除了二次系统可能被引入高压的安全隐患。且装置的闭锁十分可靠。当检测到设备带电时，装置将会输出强制闭锁信号，显示器上“闭锁”指示灯亮。当被测设备一相或两相失电时，持续输出强制闭锁信号，显示器准确指示带电相。确保了运行人员对设备状态的判断，防止误操作的发生，保证了设备和人员的安全。

（2）可靠性强。由于装置采用了多级隔离、滤波及抗干扰措施，即使在复杂的电场环境中依旧能够准确识别相序。同时，装置内部具有自供电源，以保证二次电源断电的情况下仍能保持一段时间的工作。内部电池在高压带电指示状态时，工作时间约为100 h。

（3）使用方便。装置具备灵敏度调节功能，可调节传感器的灵敏度，以弥补安装时导致的误差，装置还带有自检功能，能够对硬件和软件进行自检，便于检测其完好性，避免由于硬件损坏导致装置误指示。

目前带电显示装置具有带电显示、带电时强制闭锁的功能，在后续考虑是否将该功能状态接入监控系统，供运行人员远程监控[6]。

5 结语

宝兴电站通过应用非接触式高压带电检测装置，不仅较好的实现了稳定可靠的高压带电显示及相关闭锁，而且还避免了原有接触式高压带电显示装置与带电体直接接触可能造成的各种安全性问题，同时也降低了后续维护成本，使电站整体的安全水平有了较大提升，值得推广使用。