配電設(shè)備異常放電檢測(cè)裝置研制

王新宇，任 正，鄭博文，趙振宇

（國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

1 現(xiàn)狀分析

電網(wǎng)中設(shè)備種類繁多，一次設(shè)備大部分結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為金屬，金屬設(shè)備端部長(zhǎng)期運(yùn)行中，不可避免的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)污染、銹蝕等情況，在電磁環(huán)境發(fā)生變化等條件下，易發(fā)生異常放電情況，嚴(yán)重者會(huì)造成開關(guān)跳閘、設(shè)備損壞，甚至引發(fā)設(shè)備燃燒、爆炸等危險(xiǎn)情況。有研究表明，電弧是電氣火災(zāi)的罪魁禍?zhǔn)字?，?dāng)電弧電流大于0.5 A 時(shí)就可能引起火災(zāi)，當(dāng)電弧電流達(dá)到2～10 A 時(shí)，就能產(chǎn)生2000 ℃以上的高溫，高溫能量在開關(guān)柜等有限空間內(nèi)聚集，很容易出現(xiàn)燃燒、爆炸。而高溫高壓下，電氣設(shè)備產(chǎn)生的有毒氣體也可能對(duì)設(shè)備運(yùn)維人員造成人身傷害。因此加強(qiáng)設(shè)備內(nèi)部異常放電監(jiān)測(cè)，是保障配電網(wǎng)安全運(yùn)行、可靠供電的重要方式。

近年來因設(shè)備絕緣破壞造成異常放電引發(fā)事故的情況多發(fā)，如：潮濕環(huán)境中封閉式開關(guān)柜排風(fēng)不暢導(dǎo)致進(jìn)出線電氣連接處金具表面凝露誘發(fā)異常放電；部分電纜溝封堵不嚴(yán)，灰塵通過柜底縫隙進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部，導(dǎo)致設(shè)備積污，誘發(fā)放電；配電箱及保護(hù)屏柜內(nèi)部元件有時(shí)也會(huì)因絕緣老化造成異常放電。如圖1所示。

圖1 部分異常放電損毀的設(shè)備

2 原因分析

通過統(tǒng)計(jì)分析配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境及放電損壞情況，查找事故原因，總結(jié)并歸納出以下幾方面：

配電設(shè)備故障須人工現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)，無法遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。正常運(yùn)行的配電設(shè)備大多運(yùn)行于封閉空間，缺乏異常放電檢測(cè)的傳感器，當(dāng)發(fā)生異常放電情況，需要人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定位排查，不易快速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，耗時(shí)耗力且容易延誤搶修時(shí)機(jī)，導(dǎo)致事故風(fēng)險(xiǎn)增加甚至故障擴(kuò)散引發(fā)大面積停電。

配電設(shè)備安裝位置空間狹小，光線昏暗。由于傳統(tǒng)檢修運(yùn)維手段多為人工現(xiàn)場(chǎng)排查設(shè)備故障及隱患點(diǎn)，受限于空間及光線問題，事故排查存在較大“盲區(qū)”，需要更加靈活的輔助檢測(cè)設(shè)備，適用于各種配電設(shè)備不同安裝位置及運(yùn)行環(huán)境，以便于對(duì)設(shè)備故障及隱患點(diǎn)進(jìn)行全面排查。

異常放電檢測(cè)設(shè)備成本高，使用不便捷。目前用于異常放電檢測(cè)的設(shè)備多為紫外成像類儀器，其成本高昂，便攜性差，工作環(huán)境適用性單一，手持?jǐn)z像的方式也不適用于配電設(shè)備空間狹小、光線昏暗的檢測(cè)環(huán)境，存在視覺盲區(qū)，急需一套高效且價(jià)格低廉的異常放電信號(hào)檢測(cè)裝置，克服使用高成本低適用問題，提高檢測(cè)安全性、準(zhǔn)確性及快速性。

3 對(duì)策實(shí)施

本項(xiàng)目的技術(shù)方案主要是開發(fā)一套低成本、高效率的配電設(shè)備異常放電檢測(cè)裝置，利用紫外光探頭檢測(cè)放電過程中產(chǎn)生的紫外光，通過光傳導(dǎo)技術(shù)、光譜分析技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)字轉(zhuǎn)換傳輸技術(shù)等，將傳感器采集的光信號(hào)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)光譜分析及數(shù)字轉(zhuǎn)換后，分揀出異常放電信號(hào)達(dá)到異常放電檢測(cè)目的。其整體結(jié)構(gòu)及樣機(jī)如圖2、圖3所示。具體方案如下。

圖2 整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 裝置樣機(jī)

3.1 本地檢測(cè)模式

考慮到長(zhǎng)期帶電運(yùn)行的配電設(shè)備無人值守問題，裝置設(shè)計(jì)了本地檢測(cè)模式，如圖4～5所示，將紫外光探測(cè)部分長(zhǎng)期駐留在檢測(cè)區(qū)域，通過敷設(shè)光纖傳輸信號(hào)至檢測(cè)后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備異常放電信號(hào)，可實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)提醒運(yùn)維人員，并根據(jù)設(shè)備ⅠD快速定位故障點(diǎn)。

圖4 本地檢測(cè)模

圖5 本地檢測(cè)分析后臺(tái)界面

3.2 便攜檢測(cè)模式

確定故障點(diǎn)后，運(yùn)維人員到場(chǎng)處理故障時(shí)受限于配電設(shè)備安裝位置空間狹小，光線昏暗等條件，不便于故障排查的問題，因此，裝置設(shè)計(jì)了便攜檢測(cè)模式，可由運(yùn)維人員攜帶至現(xiàn)場(chǎng)，隨時(shí)隨地進(jìn)行檢測(cè)，如圖6～7所示。采用多級(jí)伸縮桿結(jié)構(gòu)，桿首端配有紫外光探頭，檢測(cè)到的放電信號(hào)通過尾端的光纖傳輸至便攜分析箱，提高測(cè)試安全性的同時(shí)增加不同應(yīng)用場(chǎng)景的適應(yīng)性，從根本上解決了工作場(chǎng)地空間狹小、光線昏暗等不便于排查的問題及測(cè)試人員安全距離問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常放電便攜式檢測(cè)。

圖6 便攜檢測(cè)模式示意圖

圖7 便攜式檢測(cè)

3.3 分體設(shè)計(jì)一機(jī)多用

為降低裝置成本，充分發(fā)揮裝置各部分的功能，增加使用的便捷性，該裝置采用分體式設(shè)計(jì)，每一部分都能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的功能，使得其能應(yīng)用于不同場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，如圖8 所示。同時(shí)，設(shè)置了紫外光探頭和可見光探頭，在檢測(cè)異常放電發(fā)出的紫外光信號(hào)的同時(shí)，還兼顧檢測(cè)由電弧引燃的可見光火警信號(hào)，具體參數(shù)如表1 所示，增強(qiáng)裝置的適用性，有效降低檢測(cè)成本。

表1 弧光探頭參數(shù)

圖8 裝置各部分

4 效果評(píng)價(jià)

配電設(shè)備異常放電檢測(cè)裝置采用分體式結(jié)構(gòu)、多用途探測(cè)器和多用途傳感器，創(chuàng)新探測(cè)器結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新光源采集方式，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)電氣設(shè)備異常放電的安全、可靠探測(cè)，大大降低檢測(cè)成本，使得檢測(cè)過程變得簡(jiǎn)單、安全、可靠，大大推進(jìn)一次設(shè)備放電檢測(cè)的普及化，對(duì)改善配電網(wǎng)供電可靠性、保障工作人員安全，能夠起到很好的作用，在檢測(cè)性能及安全方面均有較高的保障。

該裝置開發(fā)成本低廉，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，堅(jiān)固耐用，由于光纖壽命較長(zhǎng)，該裝置可作為良好的放電檢測(cè)無源傳感器長(zhǎng)期應(yīng)用于系統(tǒng)中配電設(shè)備異常放電檢測(cè)，對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效補(bǔ)充，從而更好地判斷故障點(diǎn)。