高壓開關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)消防系統(tǒng)研制

● 山東·國網(wǎng)德州供電公司 何玉磊 魏本成 韓丙光 徐京睿

近年來，變電站高壓開關(guān)柜電纜頭因制作工藝不良、長(zhǎng)期服役老化或單相接地故障等導(dǎo)致絕緣降低，造成電纜頭局部放電發(fā)熱、絕緣擊穿甚至爆炸，致使開關(guān)柜發(fā)生火災(zāi)和大面積停電事故，對(duì)人身、設(shè)備安全和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由電纜接頭故障引發(fā)的事故占高壓開關(guān)柜故障的65%以上。

本論文著力研究解決開關(guān)柜電纜倉內(nèi)三相電纜頭溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在電纜發(fā)生故障前就能啟動(dòng)報(bào)警功能，發(fā)生事故釀成火災(zāi)后，還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火功能。

1 高壓開關(guān)柜電纜倉監(jiān)測(cè)消防系統(tǒng)研制背景

1.1 電纜頭故障成開關(guān)柜故障的主要來源

為保證供電的可靠性，大部分10kV、35kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，無法準(zhǔn)確判斷接地點(diǎn)，并且故障后允許繼續(xù)運(yùn)行1～2小時(shí)，系統(tǒng)不能及自動(dòng)切除單相接地故障，一旦產(chǎn)生單相接地故障電弧，就難以自行熄滅。電纜倉內(nèi)空間比較狹小，設(shè)備比較密集，若電纜頭發(fā)生單相接地電弧，由此產(chǎn)生的光熱效應(yīng)會(huì)迅速充斥電纜倉，極易發(fā)展成為相間弧光短路故障甚至爆炸，導(dǎo)致事故擴(kuò)大。若中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)其他部位發(fā)生單相接地故障，非接地的其它兩相電壓會(huì)增長(zhǎng)到正常相電壓的1.7倍，對(duì)電纜頭的絕緣是嚴(yán)峻考驗(yàn)，極易發(fā)生擊穿放電，釀成相間短路故障，引發(fā)爆炸或火災(zāi)。

1.2 缺少有效的監(jiān)測(cè)手段

由于開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的特殊性，目前缺少對(duì)電纜接頭過熱、放電的有效監(jiān)測(cè)手段，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜頭薄弱部位并采取有針對(duì)性的預(yù)控措施。發(fā)生故障引發(fā)火情后也不能及時(shí)自動(dòng)消除，極易蔓延至電纜層或相鄰開關(guān)柜。

因此，非常有必要開發(fā)一套高壓開關(guān)柜電纜倉在線監(jiān)測(cè)消防系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜接頭處的不良運(yùn)行工況，并采取針對(duì)性防護(hù)措施，以提高開關(guān)柜和高壓電纜運(yùn)行可靠性，確保人身、電網(wǎng)和設(shè)備安全。

2 高壓開關(guān)柜電纜倉監(jiān)測(cè)消防系統(tǒng)研制

高壓開關(guān)柜電纜倉監(jiān)測(cè)消防系統(tǒng)主要由測(cè)控裝置、紅外測(cè)溫報(bào)警以及消防自啟動(dòng)回路3部分構(gòu)成，系統(tǒng)原理如圖1所示。

2.1 測(cè)控裝置

圖1 電纜倉消防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖

測(cè)控裝置采用變電站現(xiàn)有的測(cè)控設(shè)備，即高壓開關(guān)柜原來所使用的電氣參數(shù)測(cè)量裝置，在其中選擇有關(guān)溫度和煙塵參數(shù)的電氣信號(hào)回路加以利用。

2.2 紅外測(cè)溫報(bào)警系統(tǒng)

紅外測(cè)溫報(bào)警系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)三相電纜頭應(yīng)力錐處的溫度，該分系統(tǒng)由控制電源、紅外點(diǎn)測(cè)感應(yīng)器、溫度分析觸發(fā)器和輸出節(jié)點(diǎn)構(gòu)成?？刂齐娫床捎?110V直流電源，紅外點(diǎn)測(cè)感應(yīng)器有3個(gè)，分別監(jiān)測(cè)3個(gè)電纜頭的溫度，溫度分析觸發(fā)器有2個(gè)溫度定值，溫度超過小定值啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)節(jié)點(diǎn)，溫度超過大定值啟動(dòng)消防信號(hào)節(jié)點(diǎn)。

2.3 消防自啟動(dòng)系統(tǒng)

消防自啟動(dòng)系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)并消除電纜倉內(nèi)的明火。該分系統(tǒng)由消防罐（內(nèi)含滅火氣溶膠）和電控閥門構(gòu)成。消防罐做成鍋餅狀，內(nèi)封滅火氣溶膠；電控閥門上裝有電壓型繼電器，可以實(shí)現(xiàn)消防罐開啟和關(guān)閉。

3 高壓開關(guān)柜電纜倉監(jiān)測(cè)消防系統(tǒng)應(yīng)用效果

高壓開關(guān)柜電纜倉監(jiān)測(cè)消防系統(tǒng)創(chuàng)意合理，應(yīng)用操作簡(jiǎn)單，實(shí)際效果顯著。自2017年8月以來，國網(wǎng)德州供電公司已有4座110kV變電站的116個(gè)10kV高壓開關(guān)柜電纜倉安裝了該防護(hù)系統(tǒng)，取得了很好的應(yīng)用效果。

（1）監(jiān)測(cè)到2座變電站的3個(gè)線路開關(guān)柜出現(xiàn)過電纜頭超溫報(bào)警，運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)發(fā)現(xiàn)此3處是電流致熱型超溫，隨著負(fù)荷的回落都恢復(fù)正常。

（2）監(jiān)測(cè)到1處電壓致熱型超溫，是由于單相接地故障導(dǎo)致了電纜絕緣降低，局部放電造成的過熱，屬于危急缺陷，緊急停電后消除了缺陷。

（3）成功實(shí)現(xiàn)過一次電纜倉滅火，某變電站10kV松橋線開關(guān)柜電纜倉因電弧故障鼓包，倉內(nèi)的電纜頭燒損嚴(yán)重，故障發(fā)生后人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)火情已經(jīng)完全熄滅，火災(zāi)沒有波及內(nèi)側(cè)TA和相鄰開關(guān)柜。