配電避雷器集成化智能檢測裝置及其應(yīng)用技術(shù)

張 敏，覃 煜，王紅斌，方 健，尹 曠，林 翔，鄒三紅

（廣州供電局電力試驗(yàn)研究院，廣東 廣州 510080）

0 引 言

在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，避雷器屬于一種保護(hù)裝置。設(shè)備主要的風(fēng)險(xiǎn)來自于感應(yīng)雷和直擊雷。如果沒有和架空線連接，出現(xiàn)故障的機(jī)率較大，會產(chǎn)生雷電感應(yīng)，從而嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備，影響用戶的正常用電。基于此，可以采用避雷器智能檢測裝置避免此類情況的發(fā)生。

1 配電避雷器集成化智能檢測裝置研究要點(diǎn)

1.1 功能需求

為了有效提高配電避雷器的檢測效率，構(gòu)建了集成化智能檢測裝置系統(tǒng)。將電阻和電壓實(shí)驗(yàn)集成在一起，并進(jìn)行電流實(shí)驗(yàn)和電壓實(shí)驗(yàn)。此外，將試驗(yàn)引線、電源以及控制軟件進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)，通過智能機(jī)械臂進(jìn)行自動化接線，完成所有需要完成的試驗(yàn)項(xiàng)目。智能檢測裝置系統(tǒng)能夠自動進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目的調(diào)整和測量，逐步完善所有的試驗(yàn)項(xiàng)目，并且無需更換接線。設(shè)計(jì)接線機(jī)械臂需要完善它的功能，如需要實(shí)現(xiàn)兩種特定型號的避雷器參數(shù)設(shè)定，根據(jù)設(shè)定參數(shù)調(diào)整機(jī)械臂的行程，實(shí)現(xiàn)對避雷針的定位操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)天氣匯報(bào)、播放音頻和使用條件預(yù)告等功能。

1.2 研究重點(diǎn)

配電避雷針集成化智能檢測裝置要想自動完成所有試驗(yàn)項(xiàng)目，搭建時需要注意以下內(nèi)容：（1）開發(fā)綜合測試系統(tǒng)，適用于所有避雷器的試驗(yàn)項(xiàng)目，能夠?qū)υ囼?yàn)電源和檢測功能進(jìn)行研究，將兩者整合，通過檢測設(shè)備的重量提高精確度；（2）實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂自動接線功能；（3）重點(diǎn)設(shè)計(jì)集中控制系統(tǒng)，研制一套綜合性測試軟件，以實(shí)現(xiàn)自動檢測接線、控制試驗(yàn)、自動生成報(bào)告功能；（4）研制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫用于數(shù)據(jù)保存，對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和分析；（5）開發(fā)一款能夠自動拆接線試驗(yàn)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)配電避雷器的檢測全過程，自動完成自動拆接線功能。

2 配電避雷器集成化智能檢測裝置的研制過程

配電避雷器系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖，如圖1所示。將避雷器放置在避雷器平臺的指定位置并進(jìn)行定位，根據(jù)避雷器的具體尺寸進(jìn)行設(shè)定。利用智能化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動記錄，然后進(jìn)行存儲，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的在線檢測和查詢。配電避雷器集成化智能檢測裝置和機(jī)械臂互為一體，兩者要相互作用才能完成系統(tǒng)的檢測。

圖1 配電避雷器平面設(shè)計(jì)

2.1 單元夾鉗

實(shí)現(xiàn)自動檢測的關(guān)鍵，是設(shè)計(jì)機(jī)械臂自動安裝夾鉗的動作方式，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂自動抓取/釋放功能。如圖2所示，機(jī)械臂主要由夾鉗開口、磁鐵、導(dǎo)線、電極夾鉗定位磁力座、夾鉗壓扣以及夾爪定位孔組成。其中，電極夾鉗定位磁力座有兩部分——母頭和公頭。夾鉗的夾口角度要特備設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)為120°開合的夾角才可以夾緊，并能夠進(jìn)行準(zhǔn)確定位。通過電極夾鉗定位磁力座多夾鉗進(jìn)行定位，通過機(jī)柜上的母頭和夾鉗上的公頭相互配合，共同對夾鉗進(jìn)行定位操作，通過公頭和母頭上的磁鐵保證夾鉗的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。夾鉗壓扣需要通過機(jī)械臂夾爪的力量將夾鉗口張開；夾爪定位孔是對夾爪進(jìn)行定位。需注意，夾鉗使用的導(dǎo)線需要采用特殊類的硅膠電纜，因此具有耐壓耐彎曲的作用，能夠提高電纜的柔性。配置收卷裝置配合電纜，便于夾鉗通過電纜線進(jìn)行自動收縮功能。

圖2 機(jī)械臂夾鉗

2.2 機(jī)械臂夾爪

機(jī)械臂夾爪由電動夾爪和夾爪定位銷兩部分組成。將夾爪定位銷插入定位孔中，對夾鉗進(jìn)行準(zhǔn)確定位，然后通過電動夾爪的滾動帶動夾鉗壓扣，促使夾爪張開。通過機(jī)械臂的來回移動帶動夾鉗移動，直到到達(dá)需要夾緊觸點(diǎn)的位置，如圖3所示。

圖3 機(jī)械臂夾爪

2.3 機(jī)械臂夾緊狀態(tài)

機(jī)械臂需要通過夾爪抓取夾鉗，然后在工作范圍內(nèi)進(jìn)行移動，如圖4所示。

圖4 機(jī)械臂夾爪對夾鉗抓取

表1 機(jī)械臂夾鉗技術(shù)參數(shù)

3 配電避雷器集成化智能檢測裝置應(yīng)用技術(shù)

3.1 技術(shù)模塊

配電避雷器集成化智能檢測裝置可以進(jìn)行電壓、電阻、電流試驗(yàn)，將這些檢測功能集成在一起可以構(gòu)成集成化智能檢測系統(tǒng)，如圖5所示。

集控單元作為整個系統(tǒng)的核心，試驗(yàn)前會根據(jù)設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，并與控制模塊相互配合完成檢測工作。在集控單元中設(shè)置對應(yīng)的測試參數(shù)，將檢測單元的功能切換模塊切換到對應(yīng)的項(xiàng)目中，然后通過控制引線單元完成自動換線操作。電源單元需要根據(jù)測試項(xiàng)目輸出對應(yīng)的電源，當(dāng)完成一個項(xiàng)目測試后，系統(tǒng)會根據(jù)測試的參數(shù)進(jìn)入下一個測試項(xiàng)目，直到完成所有的測試項(xiàng)目，最終實(shí)現(xiàn)自動化測試過程。

圖5 配電避雷器集成化智能檢測裝置單元組成

3.2 配電避雷器自動檢測裝置接線

配電避雷器自動檢測裝置接線中的試驗(yàn)引線，既需要考慮耐壓實(shí)驗(yàn)的絕緣能力，又需要考慮局部放電的無局放要求。圖6的試驗(yàn)引線中，既包含了高壓引線，又有低壓引線，首尾引線各1根，主要高壓引線的最高試驗(yàn)電壓為100 kV。按50 kV的設(shè)計(jì)要求，芯線和內(nèi)屏蔽層之間的絕緣強(qiáng)度為1.5 kV。低壓引線電壓為2.5 kV，芯線和內(nèi)屏蔽線的絕緣強(qiáng)度為1.5 kV。

圖6 配電避雷器自動檢測裝置接線

3.3 切換單元的功能

切換單元設(shè)計(jì)需要滿足高電壓和無局放的特殊要求，實(shí)現(xiàn)套管在高壓加壓、低壓加壓之間的來回切換。當(dāng)切換到高壓時，需要檢測引線的無局放功能。功能介紹如表2所示。

表2 切換單元功能表

3.4 集成式電源單元和檢測單元

電源單元能夠提供試驗(yàn)系統(tǒng)中需要的工作電源，包含無局放試驗(yàn)變壓器、直流耐壓電源等。根據(jù)項(xiàng)目需要，集成式電源單元可以提供不同方案的電源組合。檢測單元主要用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和測量，其中一個重要模塊——直流耐壓測量模塊用于測試避雷器的直流泄露電流。當(dāng)泄露的電流超過1 000 μA時，儀器會自動降壓到標(biāo)準(zhǔn)電壓，自動完成泄露電流的檢測。交流參數(shù)測量模塊主要測量避雷器在工頻電壓下的全電流、阻性電流、容性電流等。采用高精度采樣技術(shù)和處理電路，通過高精度傳感器使測試的數(shù)據(jù)更加可靠。

4 結(jié) 論

在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，配電避雷針設(shè)備起著關(guān)鍵的保護(hù)作用，但是因?yàn)榉N類多、質(zhì)量差別大，容易出現(xiàn)故障，不易于管理。通過研制配電避雷器智能檢測裝置進(jìn)行電阻、電壓的檢測實(shí)驗(yàn)，利用智能接線機(jī)完成自動接線，檢測避雷器中的所有項(xiàng)目進(jìn)行，自動完成數(shù)據(jù)分析并生成報(bào)告，整個過程不需要人工干預(yù)，真正實(shí)現(xiàn)了智能化。