高壓開關(guān)柜的設(shè)計與有效應(yīng)用

馬文博

摘要：近年來，我國對電能的需求不斷增加，電力行業(yè)發(fā)展迅速。電力設(shè)備設(shè)施是有效提供電力能源的重要工具，其中高壓開關(guān)柜則是一種常見電力設(shè)備，所以為了符合大眾用電的需求量，就需要對高壓開關(guān)柜進行良好的設(shè)計和應(yīng)用分析。文章闡述了從高壓開關(guān)柜和其電力系統(tǒng)的概況及高壓開關(guān)柜從設(shè)計到高壓開關(guān)柜應(yīng)用的重要性，進而為電力行業(yè)未來的發(fā)展奠定夯實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜;電力設(shè)備設(shè)施;電力能源;電力系統(tǒng);電力行業(yè)

引言

高壓開關(guān)柜是指用于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉(zhuǎn)換和消耗中起通斷、控制或保護等作用。高壓開關(guān)柜屬于電壓等級在3.6kV到550kV的電器產(chǎn)品。高壓開關(guān)柜是高壓設(shè)備中的一種，它和高壓隔離開關(guān)與接地開關(guān)、高壓負荷開關(guān)、高壓自動重合與分段器，高壓操作機構(gòu)、高壓防爆配電裝置等都屬于高壓設(shè)備。

1開關(guān)柜局部放電檢測技術(shù)

高壓開關(guān)柜中由于設(shè)計、制造、安裝和運行維護等方面仍存在著不同程度的問題，導(dǎo)致開關(guān)柜在運行時可能出現(xiàn)局部放電，例如絕緣爬距及空氣間隙不夠，緊固螺栓松動或銹蝕，互感器內(nèi)部氣隙或裂紋、支持瓷柱質(zhì)量差等，此外污穢和潮濕也可能引起開關(guān)柜內(nèi)部絕緣子、套管及母線沿面放電。開關(guān)柜局部放電產(chǎn)生的電磁波在開關(guān)柜外表面感應(yīng)出暫態(tài)地電壓信號，利用電容耦合傳感器能夠檢測測出局放的幅值及脈沖數(shù)量。暫態(tài)地電壓其主要特征為頻帶范圍為3～100MHz，電磁波沿開關(guān)柜表面?zhèn)鞑ィ煌圃鞆S家同類型的開關(guān)柜會有相同的衰減路徑。由于開關(guān)柜結(jié)構(gòu)封閉，局放在柜內(nèi)及各柜間的傳播規(guī)律不明，現(xiàn)場許多情況下暫態(tài)地電壓檢測結(jié)果不能判斷放電信號的具體來源。電氣設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電的過程中，會伴隨產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象，即在局部放電發(fā)生的區(qū)域由于脈沖電流的作用瞬間受熱膨脹，形成一個近似爆破的效果，當(dāng)局放結(jié)束后表面膨脹效果消失。由于放電區(qū)域體積變化引起的介質(zhì)疏密變化形成超聲波，波形特征上表現(xiàn)為一連串的脈沖形式。超聲波以球面波的形式從局部放電點向四周傳播，針對開關(guān)柜內(nèi)部產(chǎn)生的局部放電，超聲波在傳播過程中會遇到不同的介質(zhì)，從而在柜體內(nèi)部經(jīng)過一系列的折反射，最后通過柜體縫隙傳播出來。針對開關(guān)柜內(nèi)的局部放電超聲信號可以利用非接觸式超聲傳感器沿柜體縫隙處進行檢測，通過檢測到的信號周期最大值、有效值、頻率成分、信號波形等特征，同時結(jié)合聆聽耳機中超聲信號的聲音特征對放電信號進行綜合檢測判斷。通過特高頻傳感器對開關(guān)柜中局放時產(chǎn)生的特高頻信號（300MHz～1.5GHz）進行檢測，獲得局放信號的幅值、相位等信息。特高頻信號只能從高壓柜縫隙、觀察窗、散熱孔等非金屬連續(xù)部位傳出。特高頻檢測法由于其抗干擾能力強、PRPD/PRPS波形特征明顯等特征可識別缺陷類型，在開關(guān)柜局放帶電檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。

2高壓開關(guān)柜的設(shè)計

2.1溫度采集系統(tǒng)設(shè)計

高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，實現(xiàn)對高壓開關(guān)柜內(nèi)溫度實時監(jiān)測、傳輸和存儲。高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器組、ZigBee網(wǎng)絡(luò)、存儲器、電源模塊、PIC單片機、復(fù)位單元、時鐘單元、通訊單元、中央監(jiān)控室等組成。其中PIC單片機對采集ZigBee網(wǎng)絡(luò)反饋的溫度數(shù)據(jù)進行運算處理，同時通過通訊單元將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到中央監(jiān)控室的工業(yè)計算機;ZigBee網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)傳感器組信號和PIC單片機之間的數(shù)據(jù)傳輸;多個高精度溫度傳感器組成的傳感器組用于測試高壓開關(guān)柜溫度數(shù)據(jù);存儲器用于存儲高壓開關(guān)柜的溫度實時數(shù)據(jù)。

2.2高壓開關(guān)柜中真空斷路器的設(shè)計

高壓開關(guān)柜中斷路器主要是可以起到開關(guān)器件的作用。而且在高壓開關(guān)柜正常運行的狀態(tài)體系，斷路器是對斷開回路的負荷電流進行接收。如果發(fā)生故障問題，斷路器會和繼電保護裝置互相協(xié)作，將發(fā)生故障的電流及時斷開，避免重大故障問題的發(fā)生，并保證其斷路器具備安全的防跳性能，進一步實現(xiàn)對電氣回路的控制。

2.3高壓開關(guān)柜測溫技術(shù)

高壓開關(guān)柜內(nèi)部處于高電壓、強磁場和強輻射的復(fù)雜運行工況致使傳統(tǒng)檢修方式（事故后維修和定期檢修）限制了測溫技術(shù)的發(fā)展[4]。國內(nèi)外關(guān)于高壓開關(guān)柜測溫方式缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，市場上也沒有壟斷性的產(chǎn)品，各個廠家根據(jù)自身實踐經(jīng)驗和研發(fā)能力開發(fā)不同類型的測溫產(chǎn)品。目前，市場上主要的測溫手段有示溫臘片變色法、光纖技術(shù)測溫法、紅外手持設(shè)備測溫法等，以下對上述方法進行詳細介紹。示溫臘片變色法測試溫度是根據(jù)示溫臘片在不同溫度環(huán)境下顯示不同顏色的物理過程。測試時把示溫臘片粘貼在高壓開關(guān)柜需要測試的部位，通過人工觀察示溫臘片顏色的變化來確定測試點溫度范圍。當(dāng)溫度超過示溫臘片的測試范圍時，示溫臘片會自然脫落。示溫臘片變色法測試溫度需要工作人員定期查看，在測試過程中人員工作量大、成本高、穩(wěn)定性低、實時性較差。示溫臘片變色法測試溫度方法在早期的高壓開關(guān)及其它類型電氣設(shè)備溫度測試過程中具有一定的應(yīng)用空間，但隨著測溫技術(shù)和電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，示溫臘片已經(jīng)慢慢退出溫度測試領(lǐng)域，目前只有在極少的領(lǐng)域應(yīng)用。光纖測溫法是利用光在光纖中的喇曼效應(yīng)改變光波波長的特性，喇曼效應(yīng)信號的強弱與溫度有直接關(guān)系。當(dāng)寬帶光進入光纖，經(jīng)過光柵返回一定波長的光，該波長與被測溫度有一定變換關(guān)系，經(jīng)測量反射光波長可確定被測物體溫度。光纖測溫一般依托光纖傳感器，傳感器輸出與溫度成比例的信號，采用埋入/表面安裝方式。光纖測溫法的測試精度和實時性較好，具有一定的市場空間，但該方式測溫成本較高、維護困難，不利于大范圍推廣應(yīng)用。紅外手持設(shè)備測溫法利用被測物體溫度高于絕對零度時向外界散射紅外能量的原理。散射的紅外能量與物體表面溫度相關(guān)，通過測試散射的能量并計算就能得到物體表面的溫度。紅外手持設(shè)備測溫法為非接觸式測溫方式，測試精度較高，但巡檢間隔時間較長，不利于及時和實時發(fā)現(xiàn)被測物體溫度的變化情況。

3高壓開關(guān)柜的效果

該散熱性能好的高壓開關(guān)柜，通過在開關(guān)柜本體上開設(shè)透氣孔，使外界空氣可以流入柜體的內(nèi)部，置換出柜內(nèi)的高溫空氣。通過設(shè)置擋板，有效防止了在雨天等情況時雨水通過透氣孔進入到高壓開關(guān)柜內(nèi)部引起故障的問題;通過在開關(guān)柜本體上開設(shè)通風(fēng)孔，在通風(fēng)孔內(nèi)安裝固定架和散熱風(fēng)機組成的散熱裝置，使散熱風(fēng)機可以轉(zhuǎn)動將高壓開關(guān)柜內(nèi)部的高溫空氣吹出;通過設(shè)置防塵罩，避免了由于開關(guān)柜本體不密封造成灰塵從通風(fēng)孔進入到高壓開關(guān)柜內(nèi)部的問題，且可以通過拉動卡桿與L形塊分離，使L形塊和防塵罩組成的防塵裝置可以拆卸，防止防塵罩在阻擋較多灰塵后造成堵塞不通風(fēng)影響散熱的情況，避免了由于高壓開關(guān)柜內(nèi)部電壓較高，造成控制柜內(nèi)部溫度進一步升高。

結(jié)束語

綜上所述，柜體的散熱和通風(fēng)是高壓開關(guān)柜內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮的重要因素，通過上述開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的設(shè)計，能很好地使柜內(nèi)熱量散出，避免因溫度過高而產(chǎn)生故障，有一定的實際應(yīng)用價值。

參考文獻

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