高壓開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造技術(shù)

李楊華

摘 要：高壓開關(guān)柜是電廠主要的配電設(shè)備之一。開關(guān)柜發(fā)熱現(xiàn)象作為開關(guān)柜使用中的常見故障之一，嚴(yán)重影響著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。為此，針對(duì)某高壓開關(guān)柜因觸頭易發(fā)熱，進(jìn)而引起停電事故這一現(xiàn)象，提出了對(duì)開關(guān)柜觸頭加裝測(cè)溫裝置改造的方案，并對(duì)其改造前、后的運(yùn)行情況進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明，采用六點(diǎn)測(cè)溫裝置能很好地解決高電壓下觸頭溫度測(cè)量困難的問題，且成本較低。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜；觸頭；改造方案；六點(diǎn)測(cè)溫裝置

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.120

高壓開關(guān)柜是化工企業(yè)變電站中非常重要的一類電氣設(shè)備，它可以對(duì)配電以及電能設(shè)備做到合理控制，使該設(shè)備能順利運(yùn)行，從而確保工程的正常發(fā)展。電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量要求提高的同時(shí)，相應(yīng)地對(duì)高壓開關(guān)柜的安全性和可靠性也提出了更高的要求。開關(guān)柜發(fā)熱現(xiàn)象已成為開關(guān)柜使用中的常見疑難雜癥，它關(guān)系著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，找出可靠的手段在線監(jiān)測(cè)觸頭運(yùn)行溫度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除系統(tǒng)的故障具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)高壓開關(guān)柜觸頭加裝測(cè)溫裝置的改造方案進(jìn)行了實(shí)例分析，僅供參考。

1 改造前的運(yùn)行情況

某化工廠自備電廠開關(guān)柜的斷路器為少油斷路器，由于運(yùn)行年限較長(zhǎng)、設(shè)備老化、開關(guān)柜觸頭發(fā)熱、軌道變形，導(dǎo)致觸頭接觸松緊程度不一致，在運(yùn)行中因電流較大，觸頭容易發(fā)熱，極易發(fā)生動(dòng)靜觸頭黏連的嚴(yán)重事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012—2014年共發(fā)生因開關(guān)觸頭發(fā)熱引起的停電事故8次，每次處理事故化工生產(chǎn)都要限產(chǎn)甚至停產(chǎn)，甚至需要整個(gè)供電系統(tǒng)停電，還可能引發(fā)跳閘事故，一些大型設(shè)備（煅燒爐、鍋爐、汽輪機(jī)、蒸氨塔等）因突然斷電，導(dǎo)致設(shè)備變形彎曲，中間物料停留在設(shè)備里面沉淀腐蝕，這對(duì)設(shè)備危害極其嚴(yán)重。

2 改造方案

2.1 技術(shù)方案

高壓開關(guān)設(shè)備是電力系統(tǒng)中重要的控制和保護(hù)設(shè)備，一旦該夾具以零件凹輪廓為定位基準(zhǔn)，定位可靠，每次裝夾位高壓開關(guān)設(shè)備本身出現(xiàn)故障，就可能引發(fā)電力系統(tǒng)更大的故障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成重大的損失。根據(jù)國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，對(duì)于高壓斷路器而言，10 kV電壓等級(jí)開關(guān)占全部開關(guān)總數(shù)的2/3，開關(guān)設(shè)備故障率占所有開關(guān)設(shè)備的63.2%，而對(duì)于10 kV高壓開關(guān)柜而言，觸頭發(fā)熱是僅次于開關(guān)分、合閘線圈燒毀的第二大缺陷。因此，對(duì)10 kV高壓開關(guān)柜的斷路器、隔離開關(guān)觸頭的溫度進(jìn)行在線測(cè)量是非常有必要的。針對(duì)觸頭發(fā)熱問題，我廠在更換新開關(guān)柜時(shí)在高壓開關(guān)柜的每相觸頭上都加裝了六點(diǎn)測(cè)溫裝置，這樣能直觀地監(jiān)測(cè)到開關(guān)運(yùn)行中觸頭的溫度，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，為生產(chǎn)運(yùn)行提供了安全保障。

2.2 測(cè)溫裝置的外形

測(cè)溫裝置的外形如圖1所示。

2.3 結(jié)構(gòu)及工作原理

溫度監(jiān)測(cè)儀采用主動(dòng)式工作方式，由主機(jī)、檢測(cè)器、光電轉(zhuǎn)換器及感應(yīng)電源四部分構(gòu)成。檢測(cè)器與感應(yīng)電源同處在高壓區(qū)，光電轉(zhuǎn)換器與主機(jī)裝在開關(guān)柜上，處于地電位。檢測(cè)器與光電轉(zhuǎn)換器之間采用紅外線通過空氣傳送數(shù)據(jù)。

圖2為其原理圖。

2.4 測(cè)溫裝置在高壓開關(guān)柜中的作用

溫度作為衡量熱的技術(shù)指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制是非常重要的一項(xiàng)工作。如果柜子承載的電流過大或柜內(nèi)電氣接頭/觸頭接觸電阻過大，則會(huì)造成局部過熱、超溫的現(xiàn)象，引發(fā)絕緣擊穿甚至設(shè)備燒壞的重大事故。因此，需要對(duì)柜內(nèi)溫升故障高發(fā)點(diǎn)進(jìn)行切實(shí)有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，無線測(cè)溫采用無線電波方式進(jìn)行溫度信號(hào)傳輸，從根本上解決了測(cè)溫裝置與高壓接點(diǎn)確蟲點(diǎn)的電氣絕緣問題。

2.5 測(cè)溫裝置的技術(shù)特點(diǎn)分析

2.5.1 高壓隔離

實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，首先要解決高壓隔離問題。一般而言，解決這個(gè)問題有2個(gè)途徑，即空間隔離和光纖隔離。在空間隔離方面，信號(hào)可由光傳送或無線電傳送，本文采用紅外光線進(jìn)行信號(hào)傳送，它具有隔離徹底、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠等特點(diǎn)；通過光纖隔離存在著沿面放電問題，需要有較長(zhǎng)的沿面爬電距離。

2.5.2 抗干擾措施

高壓開關(guān)柜運(yùn)行在高電壓、大電流的狀態(tài)，系統(tǒng)事故瞬間還出現(xiàn)了強(qiáng)烈的電磁暫態(tài)過程，這些都造成了強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)及強(qiáng)電磁干擾，這對(duì)微電子系統(tǒng)和微弱信號(hào)處理非常不利。為了消除這些干擾，采用了軟、硬件抗干擾措施。在軟件設(shè)計(jì)上，應(yīng)用了數(shù)字編碼、解碼技術(shù)，剔除了干擾信號(hào)，并使用了軟件濾波技術(shù)；在硬件上，采用金屬屏蔽，加強(qiáng)了各級(jí)濾波，消除了高頻干擾。檢測(cè)器與測(cè)溫點(diǎn)處于同一電位，減小了電場(chǎng)的影響。此外，為了消除隨機(jī)干擾，利用觸頭溫度變化相對(duì)緩慢的特點(diǎn)，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)反復(fù)接收、多次采集，消除了異常數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)可靠。通過以上綜合措施，設(shè)備有了較好的抗干擾能力，測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

2.5.3 供電方式

為了消除強(qiáng)電場(chǎng)的影響，溫度檢測(cè)器與測(cè)溫點(diǎn)處同一高電位，檢測(cè)器工作電源無法從外部供給，只能由內(nèi)部產(chǎn)生，因此，在主導(dǎo)電回路上安裝了感應(yīng)線圈作為電源。但因開關(guān)柜工作電流變化大，為了保證感應(yīng)線圈能提供較為穩(wěn)定的電源，利用鐵芯磁飽和原理，選擇了適當(dāng)?shù)蔫F芯截面，小電流時(shí)鐵芯正常勵(lì)磁，大電流時(shí)鐵芯飽和，從而提供了變化幅度較小的電源，再通過電子穩(wěn)壓裝置，向檢測(cè)器提供穩(wěn)定可靠的電能。

2.5.4 熱穩(wěn)定性問題

溫度檢測(cè)器安裝在主導(dǎo)電回路上，測(cè)量點(diǎn)溫度可達(dá)120 ℃以上，這就要求檢測(cè)器有良好的熱穩(wěn)定性。由于測(cè)溫探頭與檢測(cè)器之間用導(dǎo)線連接，檢測(cè)器可遠(yuǎn)離高溫區(qū)，安裝在導(dǎo)電回路溫度較低處（一般可在80 ℃以下），從而降低了檢測(cè)器耐高溫的要求。同時(shí)，選用了熱穩(wěn)定性較好的元器件，并在模擬信號(hào)通道上合理設(shè)置溫度補(bǔ)償，使系統(tǒng)達(dá)到了較高的熱穩(wěn)定性。本監(jiān)測(cè)儀在測(cè)量點(diǎn)溫度為30～120 ℃，環(huán)境溫度為80 ℃以下時(shí)，穩(wěn)定性可控制在±2 ℃以內(nèi)（與熱電偶測(cè)量值相比）。

3 加裝測(cè)溫裝置后的運(yùn)行情況

3.1 運(yùn)行情況

改造后，開關(guān)柜運(yùn)行至今已有2年，沒有發(fā)生過一起由觸頭發(fā)熱引起的事故發(fā)生，大大減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了預(yù)期效果，有力保障了生產(chǎn)的安全性。

3.2 改造后的經(jīng)濟(jì)效益

改造后，可避免每發(fā)生一次全廠性失電停產(chǎn)造成的約80萬元的直接經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)大型設(shè)備的使用壽命影響也大大減小。高壓開關(guān)柜加裝六點(diǎn)測(cè)溫裝置后，能有效保證電氣系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，為生產(chǎn)負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高壓開關(guān)柜的觸頭發(fā)熱故障對(duì)供電系統(tǒng)危害極大，因此，本文對(duì)某高壓開關(guān)柜觸頭加裝測(cè)溫裝置改造進(jìn)行了一定的分析和研究。實(shí)踐證明，采用六點(diǎn)測(cè)溫裝置能很好地解決高電壓下觸頭溫度測(cè)量困難的問題，而選擇適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施及元器件能使監(jiān)測(cè)裝置既有較好的技術(shù)性能，且成本較低。目前，觸頭溫度在線監(jiān)測(cè)裝置在化工企業(yè)中得到了逐步應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕