基于一體化集成的智能柱上開關高可靠性分析與設計研究

李斐剛

摘要：電力的供應質量直接影響到用戶的使用感受，以及社會經濟的發展程度，因此，為了提高用電質量，必須要實現一、二次設備的一體化。針對當前柱上開關在使用過程中存在的問題，本文提出了一種基于一體化集成的智能柱上開關，它不僅具有極高的可靠性，還能解決密封和機構卡澀等問題。通過結合現代通信技術，能夠實現柱上開關的智能化和集成化，為電能的高質量供應提供保障。

關鍵詞：一體化、一次設備、二次設備、柱上開關、配電網自動化

1引言

在實際的電網運行中，柱上開關由于密封材料等的問題，會出現各種故障，給電力系統的穩定運行帶來的障礙。因此，設計一款高可靠性的一、二次一體化集成的智能柱上開關意義非常重大。

2一次柱上開關的高可靠性設計

2.1結構設計

在傳統的柱上開關中，開關的操動機構處于正面，由于受到日照、雨水等的影響，密封處容易老化，長時間使用后會影響到開關本體的靈敏性。考慮到密封處的影響，本設計方案為將柱上開關的機構室蓋板設計在底部，而且整個殼體使用了整體壓鑄的工藝制作而成，減少了各個面由于貼合的不緊密帶來的密封性問題，而且機構處的蓋板由于處于背陰面，可以有效避免陽光以及雨水等外部環境的影響而造成密封件老化的問題。目前這種設計思路也逐漸被越來越多的廠家接受并在實際工作中進行了較為廣泛的應用。通過實際使用中也證明了這種結構設計，密封性老化的問題得到了很好的解決。

2.2絕緣設計

產品設計時應重視電場分布盡可能均勻，避免 形成局部電場集中的情況。例如：對于母排端頭，用成形銑 刀將頭加工成圓角;可以在斷路器觸頭外加裝金屬屏蔽罩，或在觸頭盒澆注時加金屬屏蔽網，能夠有效的均勻電場分布，抑制極值，進一步提高絕緣水平。

引起絕緣性能退化的因素包括：SF6氣體的泄漏、箱體密封不良導致容器內壁出現凝露、絕緣部件出現老化或裂紋等。可采取相應的措施，如：氣箱使用不銹鋼制造并采用氣密焊接工藝，密封部位采用預制異形槽，保障密封圈壓縮量;密封箱體放入適量干燥劑，氣箱內的絕緣零部件都要嚴格按規定的溫度、烘烤時間進行烘烤，減少含水量;當SF6開關設備抽真空、 充氣時，用高純N2或SF6氣體清洗充氣管道;將絕緣部件內部機械應力降至最低，設置必要的金屬屏蔽措施，減少局放引起的絕緣老化及裂紋。通過以上措施，將有效提高絕緣可靠性。

2.3密封設計

操作手柄的旋轉軸使用的是迷宮密封形式，這種密封形式由于在旋轉的軸周圍設置數量較多的環形密封齒，在每個齒之間都有一個截流間隙和膨脹的空腔，能夠形成比較曲折的間隙，在各個環形密封齒的位置形成節流效應而達到密封的效果。由于密封泄漏量的設計直接影響到密封的性能，因此，需要根據，迷宮的截面積、流通的流速等因素來計算迷宮口部的流量。

當氣體通過迷宮時，由于慣性的影響，會在迷宮里形成收縮，收縮后的其它最小面積計算公式為：Sc=Cc*S

上式中，Sc為迷宮的口部斷面積，Cc為其它的收縮系數。

隨著氣體通過密封的腔時，氣體的流速也會發生一些變化，具體速度會變化為Vc=Cd*V

上式中，Cd為速度系數，V為在理想狀態下氣體通過時的流速。

結合上述兩個公式可知，在迷宮的孔口處，氣體的實際流量為Sc*Vc=Cc*Cd*S*V，Sc*Vc為Q，指氣體的流量，以Cc*Cd為迷宮的孔口流量系數，設為字母a，上式可簡化為Q=a*S*V。

3二次FTU的高可靠性設計

3.1FTU一體化功能集成設計

通過對柱上開關的FTU功能集成化設計，實現配電的多種功能實現，比如配電自動化的測量、保護、電力設備的監測等，在進行FTU一體化功能設計時，要考慮如下一些功能：

①實現測量和保護等常規的功能;

②對單相接地故障進行判斷的功能;

③對諧波進行測量并進行分析的功能。

通過以上三個功能的實現，能有效防止整個電網內故障的出現，對提高整個電網的質量有著非常重要的促進作用。

3.2FTU全方位狀態監測設計

在柱上開關中，操動機構由于動作頻繁等原因，屬于故障高發區。常見的故障形式有分合閘的線圈燒毀、電動機堵死或者活動機構卡澀等現象。通過對FTU進行全方位狀態的監測，可以及時發現故障，提高柱上開關的運行可靠性，主要體現在以下三個方面：

①對分合閘線圈電流監測;

②對儲能電動機的電流進行監測;

③對運行環境的溫度和濕度進行監測。

4一、二次整體的高可靠性設計

4.1一、二次連接方式設計

本設計的構想圖如下，使用26芯航空插座用于傳輸儲能和分合閘的控制負荷開關信號，6芯防開路航空插座的目的是傳輸相電流和零序電流的信號。通過這種結構能實現柱上開關各種傳感信息以及信息的擴展對應。

為了避免材料的老化，航空插頭的材料具備耐高溫、抗輻射合抗腐蝕等功能。在一次合二次電氣連接方面具有較高的可靠性。

4.2一、二次信號線在線狀態監測設計

對一、二次信號在線狀態的監測設計要包含以下幾個方面：

①對傳感類的信號狀態進行監測;

②對有源類的信號進行監測;

③對其它信號進行監測，比如柱上開關常開合常閉的觸點監測、對線路中各處實時的連接狀態確認等。

5結語

通過對一次和二次一體化集成智能柱上開關可靠性提升的方法進行了探討，了解到對于傳統柱上開關，對操動結構進行改造，能實現密封和卡澀等問題。另外通過應用現代傳感技術，實現對柱上開關實時的監測，確保能及時發現故障，并及時進行解決，避免故障的進一步惡化。通過一、二次的連接接口統一化，實現柱上開關的的高度集成，為促進電網的供電質量穩定性提升帶來保障。

參考文獻：

【1】譚健強.一種遠程柱上開關指針可視裝置研究，中國高新科技，2019-02（38）;62-64

【2】李崇基.柱上開關電流互感器輸出防開路接線箱，科技創新導報，2017-34;74-75