箱式變電站線(xiàn)纜耦合式帶電指示器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

沈曉峰，任堂正，周 青，張 輝，徐友剛

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

箱式變電站線(xiàn)纜耦合式帶電指示器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

沈曉峰，任堂正，周 青，張 輝，徐友剛

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

現(xiàn)有箱式變電站線(xiàn)纜帶電指示器存在電纜中電流較小或者電纜中僅存在電壓不存在電流時(shí)無(wú)法工作、需要頻繁更換電池等問(wèn)題。設(shè)計(jì)了一種箱式變電站(箱變)耦合式帶電指示器，該指示器采用靜電感應(yīng)原理，利用電纜表面的靜電場(chǎng)作為系統(tǒng)工作的能量來(lái)源以及判斷電纜是否帶電的依據(jù)。該指示器具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)二次接線(xiàn)、免維護(hù)等特點(diǎn)，對(duì)于提高箱式變電站的運(yùn)維水平具有一定促進(jìn)作用。

箱式變電站；帶電指示器；靜電感應(yīng)；耦合

箱式變電站作為連接電網(wǎng)與電力用戶(hù)的重要設(shè)施，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)提高供電可靠性有著十分重要的意義?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中，箱變普遍采用電纜進(jìn)線(xiàn)方式，由于電纜外層包覆有絕緣層，變電檢修人員難以直接判斷出電纜是否帶電，給箱變的運(yùn)維檢修工作帶來(lái)了一定的安全隱患。

常見(jiàn)箱變的線(xiàn)纜帶電指示器分為接觸式和非接觸式兩種，這兩種指示器多采用電流互感器或者電池作為能量來(lái)源[1-2]。使用電流互感器作為能量來(lái)源的帶電指示器，由于只有當(dāng)線(xiàn)纜中流過(guò)較大電流時(shí)才能為設(shè)備提供足夠的能量，當(dāng)線(xiàn)纜上電流較小時(shí)，即使線(xiàn)纜上存在很高的電壓，該類(lèi)指示器仍無(wú)法正常工作，存在較大的安全隱患。使用電池作為能量來(lái)源的指示器，每隔一定時(shí)間就要到現(xiàn)場(chǎng)更換電池，存在維護(hù)工作繁重的問(wèn)題[3]。

針對(duì)這種情況，提出并研制了一種新型箱變線(xiàn)纜耦合式帶電指示器[4]，它可安裝在電纜頭(肘頭、T型電纜接頭和T-Ⅱ型電纜接頭)上，利用高壓電纜產(chǎn)生的靜電場(chǎng)作為能量來(lái)源以及電纜帶電與否的判斷依據(jù)。該指示器無(wú)輔助能源及二次接線(xiàn)，避免了利用電流互感器進(jìn)行供電時(shí)電纜中電流較小導(dǎo)致帶電指示器無(wú)法正常工作的問(wèn)題以及采用電池供電時(shí)頻繁更換電池造成維護(hù)工作量大的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)組成與工作原理

本箱變線(xiàn)纜耦合式帶電指示器由取電傳感器、保護(hù)電路、充電電路、開(kāi)關(guān)電路、帶電指示電路等部分組成。當(dāng)電纜帶電運(yùn)行時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的靜電場(chǎng)，由于取電傳感器平行安裝在電纜表面，根據(jù)靜電感應(yīng)原理，取電傳感器的金屬片上會(huì)感應(yīng)出電荷，感應(yīng)出的電荷經(jīng)過(guò)保護(hù)電 路到達(dá)充電電路，當(dāng)充電電路中的電荷累積到一定程度時(shí)，開(kāi)關(guān)電路打開(kāi)使帶電指示電路工作，帶電指示器上的指示燈點(diǎn)亮。

由于充電電路中存儲(chǔ)的電荷量有限，當(dāng)帶電指示電路中的指示燈導(dǎo)通時(shí)，存儲(chǔ)于充電電路中的電荷被快速釋放，充電電路中的電壓降低，開(kāi)關(guān)電路關(guān)閉，導(dǎo)致帶電指示電路中的氖泡熄滅。之后，若電纜持續(xù)帶電，則充電電路會(huì)再次充電，與之相應(yīng)，帶電指示電路中的氖泡會(huì)再次被點(diǎn)亮。此過(guò)程周而復(fù)始，導(dǎo)致帶電指示電路被周期性點(diǎn)亮。從宏觀上看，當(dāng)電纜帶電運(yùn)行時(shí)，帶電指示器上的指示燈連續(xù)閃爍，為變電運(yùn)檢人員提供警示；相應(yīng)的，當(dāng)電纜不帶電時(shí)，該帶電指示器失去能量來(lái)源，指示燈處于熄滅狀態(tài)，此時(shí)工作人員可以對(duì)箱變進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。

該箱變線(xiàn)纜耦合式帶電指示器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)工作電源的的獲取以及帶電情況的指示，并提高該帶電指示器在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的穩(wěn)定性和易用性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上進(jìn)行了多方面考慮。

2.1 外觀設(shè)計(jì)

帶電指示器工作于箱變電纜進(jìn)線(xiàn)處，工作環(huán)境惡劣，因此需要具備一定的防塵功能。本帶電指示器內(nèi)部采用環(huán)氧樹(shù)脂灌注密封，有效避免了空氣中浮塵進(jìn)入設(shè)備造成的工作不穩(wěn)定情況。同時(shí)，為了便于安裝，在設(shè)備外殼上設(shè)計(jì)了長(zhǎng)度可調(diào)的絕緣綁扎帶，使用時(shí)只需要將設(shè)備綁扎在需要測(cè)量的電纜上即可。同時(shí)，為了便于對(duì)相別進(jìn)行區(qū)分，帶電指示器表面貼有標(biāo)識(shí)，用黃綠紅三種顏色分別指示ABC三相。

2.2 保護(hù)電路設(shè)計(jì)

電網(wǎng)中的輸電線(xiàn)路相互連通，在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)槔讚艋蛘咴O(shè)備投切，在箱變的進(jìn)線(xiàn)電纜中產(chǎn)生過(guò)電壓。為了減少該過(guò)電壓對(duì)帶電指示器的影響，避免因電壓過(guò)高導(dǎo)致內(nèi)部電路損壞，在取電傳感器后面增加了TVS瞬變抑制高效能保護(hù)器件[5]。當(dāng)取電傳感器感應(yīng)到過(guò)電壓時(shí)，保護(hù)電路中的瞬態(tài)抑制二極管在極短的時(shí)間內(nèi)由高阻狀態(tài)變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，將能量迅速釋放掉，將電壓鉗制在規(guī)定的范圍內(nèi)，對(duì)后置電路起到有效的保護(hù)作用。

2.3 帶電指示電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)利用指示燈的不同狀態(tài)對(duì)電纜帶電情況進(jìn)行區(qū)分。為了提高指示燈的工作壽命，本系統(tǒng)采用了氖泡作為發(fā)光器件，由于氖泡的發(fā)光原理為其中的氖氣發(fā)生輝光放電發(fā)光，有效避免了普通指示燈長(zhǎng)時(shí)間工作后燈絲斷裂導(dǎo)致指示燈損壞等情況的發(fā)生。此外，為了避免流過(guò)氖泡的電流過(guò)大，在氖泡前端串聯(lián)一個(gè)電阻，對(duì)電流進(jìn)行限制。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)分析

(1)抗干擾能力強(qiáng)。該指示器的絕緣橡膠扎帶選用耐高溫材料，設(shè)備內(nèi)部采用優(yōu)質(zhì)環(huán)氧樹(shù)脂灌封，能在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)久使用。

(2)解決了“電不可見(jiàn)”問(wèn)題。該裝置采用靜電感應(yīng)原理，以高壓設(shè)備周?chē)碾妶?chǎng)能作為能量來(lái)源，達(dá)到以閃光顯示設(shè)備帶電的目的。當(dāng)被測(cè)設(shè)備帶電運(yùn)行時(shí)，該裝置的發(fā)光管在遮光罩內(nèi)閃爍發(fā)光，具有直觀、清晰、醒目的特點(diǎn)。

(3)可靠性高，壽命長(zhǎng)。該裝置選用抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)元器件，使用壽命長(zhǎng)。三相設(shè)備分相顯示，不受鄰相(路)及停電線(xiàn)路的感應(yīng)電壓干擾，不會(huì)出現(xiàn)誤指示。

(4)免維護(hù)。由于采用靜電感應(yīng)原理獲取能源，無(wú)需輔助電源及二次接線(xiàn)，安裝在被測(cè)位置后能夠持續(xù)工作，后期無(wú)需維護(hù)。

(5)啟動(dòng)能量小。電纜工作電壓3 000 VAC以上即可啟動(dòng)帶電指示器燈閃爍。

4 工程應(yīng)用

4.1 應(yīng)用環(huán)境

為了驗(yàn)證該箱變線(xiàn)纜耦合式帶電指示器的功能是否符合要求，選取上海某小區(qū)箱變進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試。為了對(duì)A、B、C三相進(jìn)行區(qū)分，在對(duì)應(yīng)的帶電指示器外殼上分別貼有黃、綠、紅三種顏色的標(biāo)識(shí)。將三個(gè)帶電指示器分別利用其自帶的綁扎帶固定于箱變進(jìn)線(xiàn)電纜的電纜頭上，并將指示器的取電傳感器貼于電纜表面用于獲取工作電源以及電纜的帶電信息，指示器的接地端通過(guò)電纜屏蔽層與大地相連。

4.2 測(cè)試方法及結(jié)果

(1)當(dāng)箱變的進(jìn)線(xiàn)電纜不帶電時(shí)，各相帶電指示器上的發(fā)光管均不發(fā)光。

(2)當(dāng)箱變的進(jìn)線(xiàn)電纜帶電但箱變不帶負(fù)荷空載運(yùn)行時(shí)，可以觀察到ABC三相電纜上的帶電指示器均閃爍發(fā)光。

(3)當(dāng)箱變的進(jìn)線(xiàn)電纜帶電且箱變帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可以觀察到ABC三相電纜上的帶電指示器亦閃爍發(fā)光。

4.3 測(cè)試結(jié)果分析

對(duì)比測(cè)試結(jié)果(1)、(2)和(1)、(3)可知，該帶電指示器能夠通過(guò)取電傳感器從運(yùn)行的電纜表面獲取足夠的能源供給自身使用，并能夠?qū)﹄娎|的帶電狀態(tài)進(jìn)行正確區(qū)分指示。

對(duì)比測(cè)試結(jié)果(2)、(3)可知，無(wú)論箱變是否帶負(fù)荷運(yùn)行，只要其進(jìn)線(xiàn)電纜帶電，該帶電指示器均能正確指示。換言之，該帶電指示器對(duì)于進(jìn)線(xiàn)電纜中是否有電流以及電流大小不做區(qū)分，只要電纜帶電，均可有效指示。

5 結(jié)語(yǔ)

該箱式變電站線(xiàn)纜耦合式帶電指示器采用靜電感應(yīng)原理，利用電纜表面的靜電場(chǎng)作為系統(tǒng)工作的能量來(lái)源以及判斷電纜是否帶電的依據(jù)。不需要外接電源供電，避免了采用電流互感器供電時(shí)電纜中電流較小導(dǎo)致帶電指示器無(wú)法正常工作的問(wèn)題以及采用電池供電時(shí)需要頻繁更換電池導(dǎo)致的維護(hù)工作量過(guò)大的問(wèn)題。系統(tǒng)安全可靠，抗干擾能力強(qiáng)，能夠?qū)ο涫阶冸娬具M(jìn)線(xiàn)電纜的帶電情況進(jìn)行顯示，為變電運(yùn)維檢修人員提供了判斷依據(jù)，對(duì)提高箱式變電站的運(yùn)維水平，保障供電可靠性具有一定的促進(jìn)作用。

[1] 宋敏. 智能箱式變電站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 電力與能源,2012(4):375-376，380.

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DesignandApplicationofCouplingChargedIndicatorforBox-TypeSubstationCable

SHEN Xiaofeng，REN Tangzheng，ZHOU Qing，ZHANG Hui，XU Yougang

(State Grid Qingpu Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 201799, China)

The current transformer or battery lead to the problems of failure to work if the current in the cable is small or there is only voltage in the cable without current, and the problem of demanding frequent battery replacement. Therefore，this paper designed a coupling charged indicator for box-type substation. Based on the principle of electrostatic induction, the electrostatic field of the cable surface is used as the energy source for the system and judgment for whether the cable is charged or not. The indicator is superior in reliability and anti-interference, free of secondary wiring and maintenance, and conducive to promoting operation and maintenance for box-type substation.

box-type substation; charged indicator; electrostatic induction; coupling

10.11973/dlyny201705040

沈曉峰(1978—)，男，工程師，從事變配電運(yùn)維檢修管理工作。

TM41

A

2095-1256(2017)05-0656-03

2017-07-28

(本文編輯：楊林青)