變電站高壓室斷路器智能化改造研究與應(yīng)用

陶可鵬 倪惠浩 何雄輝

摘要：變電站高壓室是主網(wǎng)中的重要組成部分，其特點(diǎn)是內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全距離短，故障缺陷及安全隱患較多。根據(jù)國家能源局“十三五”規(guī)劃要求，推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，現(xiàn)對變電站高壓室斷路器進(jìn)行了智能化改造，實(shí)現(xiàn)了全電動操作、在線監(jiān)測、智能分析及故障報(bào)警等功能，提高了智能化運(yùn)維和安全操作水平。

關(guān)鍵詞：高壓室;斷路器;在線監(jiān)測;智能化

0? ? 引言

隨著“云大物移智”等新一代智能技術(shù)的快速發(fā)展，我國已將智能技術(shù)提升到國家發(fā)展戰(zhàn)略層面。根據(jù)國家能源局“十三五”規(guī)劃要求，推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，南方電網(wǎng)公司也提出了構(gòu)建智能、高效、可靠電網(wǎng)體系的發(fā)展計(jì)劃。智能電網(wǎng)包括智能發(fā)、輸、變、配、用電、調(diào)度六大環(huán)節(jié)，其中變電環(huán)節(jié)占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，其核心目標(biāo)是建設(shè)智能變電站，而智能變電站最基本、關(guān)鍵條件之一是智能化開關(guān)柜，開關(guān)柜智能化是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。

本文對變電站高壓室斷路器進(jìn)行了智能化改造，使其具有全電動操作、在線監(jiān)測、智能分析及故障報(bào)警等功能。利用先進(jìn)的智能技術(shù)不僅可以提高開關(guān)柜設(shè)備可靠性，減少現(xiàn)場操作風(fēng)險(xiǎn)，確保人身安全，還可節(jié)約成本與減少停電時間，達(dá)到提高安全生產(chǎn)水平和電網(wǎng)運(yùn)營效益的目標(biāo)。

1? ? 技術(shù)方案

某變電站10 kV高壓室小車式斷路器改造主要包括以下部分：小車式斷路器程序化操作電動底盤改造，小車式斷路器的狀態(tài)在線可視監(jiān)測，斷路器梅花觸頭的溫度在線監(jiān)測，斷路器分合閘機(jī)械特性、動作電壓和電流檢測，斷路器室、母線室、電纜室等可視化視頻和熱成像資料接收。

（1）拉出斷路器手車，拆除原有底盤小車，改造前中門，安裝電動操作機(jī)構(gòu)，改造開關(guān)柜的二次接線，安裝電動操作機(jī)構(gòu)控制器，在開關(guān)柜的接地開關(guān)操作軸上安裝電動操作機(jī)構(gòu)，電動底盤車結(jié)構(gòu)如圖1所示，增加電動地刀控制器及相關(guān)二次走線，以實(shí)現(xiàn)電動底盤車及電動接地刀的電動控制。

（2）增加底盤車手動優(yōu)先聯(lián)鎖功能、電動地刀手動操作優(yōu)先聯(lián)鎖功能、電動關(guān)門操作聯(lián)鎖功能，整體更改開關(guān)柜儀表門及端子室內(nèi)的二次控制線，然后調(diào)試斷路器小車及接地開關(guān)的手電動聯(lián)動，現(xiàn)場進(jìn)行回路電阻、工頻耐壓試驗(yàn)，手動電動分、合閘試驗(yàn)。

（3）完善電動底盤的相關(guān)二次控制回路，該站主變變低測控裝置的遙控接點(diǎn)數(shù)量足夠，只需對10 kV主變進(jìn)線柜的接線進(jìn)行改造并完善遙控回路。10 kV保護(hù)測控裝置為南瑞科技NSR系列保護(hù)，遙控接點(diǎn)數(shù)量不夠，需增加遙控板卡以及更換CPU插件，完善遠(yuǎn)方遙控回路，并對站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)、保信系統(tǒng)及主站端進(jìn)行擴(kuò)容調(diào)試。

（4）通過紅外位移傳感器采集并分析柜內(nèi)開關(guān)機(jī)構(gòu)開距、反彈、超程、分合閘時間、分合閘速度等機(jī)械特性指標(biāo)，利用霍爾元件采集分合閘線圈電流波形、儲能電機(jī)電流、電動底盤車電機(jī)電流等電氣特性指標(biāo)，其在線監(jiān)測數(shù)據(jù)界面如圖2所示。

（5）通過測溫傳感器采集開關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵部位溫度，通過超溫分析、溫升趨勢分析及對比歷史記錄判斷整個開關(guān)柜的健康狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)某部位的溫度處于異常升高狀態(tài)時，測溫裝置能夠觸發(fā)高溫報(bào)警指令，保證及時發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)異常發(fā)熱狀況和損壞部位。

（6）接收斷路器室、母線室、電纜室等可視化視頻和熱成像資料，將其傳輸?shù)街悄茱@示裝置上，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的操作監(jiān)控與動態(tài)監(jiān)視，便于觀測人員掌握高壓室開關(guān)柜內(nèi)情況、斷路器和接地開關(guān)的分合、避雷器和絕緣子等重要運(yùn)行元器件的外觀狀態(tài)等。

對高壓室開關(guān)柜進(jìn)行智能化改造時，相應(yīng)母線需依次停電。建議停電時間安排在節(jié)假日，在該開關(guān)柜停電期間，調(diào)度部門需做好合理安排，把停電損失降至最少。

本技術(shù)方案可以實(shí)現(xiàn)電動控制斷路器手車搖入搖出，運(yùn)行人員的倒閘等操作可由手動操作升級為電動操作，最大限度地提升人員的安全;可通過視頻服務(wù)器監(jiān)控開關(guān)、母線室、電纜室狀態(tài);通過實(shí)時感知動觸指觸頭溫度，并自動進(jìn)行開關(guān)柜健康狀態(tài)分析，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的潛在缺陷，及時消缺以確保設(shè)備和系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行，降低非預(yù)期停電的風(fēng)險(xiǎn)。

2? ? 主要創(chuàng)新點(diǎn)

（1）電動手動可靠操作。采用高工藝水平的智能蝸輪蝸桿傳動設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)智能操控和傳動平穩(wěn)輸出，使斷路器觸頭結(jié)合、分離迅速平穩(wěn)，動作可靠，同時可實(shí)現(xiàn)手動和電動在任何工況下的自由切換，監(jiān)測電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流和時間，準(zhǔn)確預(yù)測早期故障，使電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)始終處于健康狀態(tài)。

（2）柜內(nèi)狀態(tài)可視捕捉。采用自帶補(bǔ)光LED燈的廣角攝像頭，即使在封閉無光的柜內(nèi)環(huán)境也能清晰捕捉開關(guān)狀態(tài)，遠(yuǎn)程操作完成后，可在后臺通過手動切換到相應(yīng)的開關(guān)柜柜內(nèi)視頻畫面，遠(yuǎn)程實(shí)時在線判斷動作是否到位，真正實(shí)現(xiàn)無人操控，提高工作效率，攝像機(jī)具有360°旋轉(zhuǎn)功能，視頻畫面清晰無死角。

（3）電氣性能實(shí)時檢測。通過對現(xiàn)有斷路器線圈、儲能電機(jī)等部件進(jìn)行升級改造，實(shí)現(xiàn)對斷路器的分合閘機(jī)械特性、動作電壓和電流的實(shí)時檢測，掌握其運(yùn)行特性和發(fā)展趨勢，辨識其存在的故障，預(yù)測并避免可能發(fā)生的問題，提高可靠性，降低故障率，延長生命周期，減少檢修維護(hù)費(fèi)用。

（4）溫度報(bào)警故障判斷。通過加裝紅外和可見光雙視測溫裝置，對大電流設(shè)備母線室無法觀察到的部位進(jìn)行紅外測溫和可見光檢查，并設(shè)置報(bào)警溫度，及時發(fā)現(xiàn)異常發(fā)熱狀況和損壞部位，是保證高壓開關(guān)柜安全運(yùn)行的重要手段。

（5）智能終端高效傳輸。將斷路器的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸至智能終端，實(shí)時掌控?cái)嗦菲鬟\(yùn)行狀態(tài)，有利于對其主要性能參數(shù)開展有效的狀態(tài)監(jiān)測，制定相關(guān)控制指標(biāo)，提高狀態(tài)檢修的科學(xué)性。

3? ? 結(jié)語

本文通過對變電站高壓室斷路器進(jìn)行智能化改造，將斷路器原來存在安全風(fēng)險(xiǎn)的手動操作改成電動操作，安全可靠且實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測、智能分析及故障報(bào)警等功能，能實(shí)時掌控?cái)嗦菲鞯倪\(yùn)行狀態(tài)，無需停電檢查，就能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備部位發(fā)熱、損傷和電氣參數(shù)超標(biāo)等異常現(xiàn)象。高壓室斷路器智能化改造是電力技術(shù)發(fā)展的趨勢，其對保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有較大的意義，不僅提高了供電可靠性，還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，必將在電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)得到推廣應(yīng)用。

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收稿日期：2019-11-06

作者簡介：陶可鵬（1993—），男，廣東江門人，碩士研究生，主要從事110 kV及以上變電站一次電氣設(shè)備的檢修、維護(hù)工作。