基于一體化集成的智能柱上開關(guān)高可靠性分析與設(shè)計(jì)研究

李斐剛

摘要：電力的供應(yīng)質(zhì)量直接影響到用戶的使用感受，以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度，因此，為了提高用電質(zhì)量，必須要實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備的一體化。針對(duì)當(dāng)前柱上開關(guān)在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，本文提出了一種基于一體化集成的智能柱上開關(guān)，它不僅具有極高的可靠性，還能解決密封和機(jī)構(gòu)卡澀等問(wèn)題。通過(guò)結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)柱上開關(guān)的智能化和集成化，為電能的高質(zhì)量供應(yīng)提供保障。

關(guān)鍵詞：一體化、一次設(shè)備、二次設(shè)備、柱上開關(guān)、配電網(wǎng)自動(dòng)化

1引言

在實(shí)際的電網(wǎng)運(yùn)行中，柱上開關(guān)由于密封材料等的問(wèn)題，會(huì)出現(xiàn)各種故障，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)的障礙。因此，設(shè)計(jì)一款高可靠性的一、二次一體化集成的智能柱上開關(guān)意義非常重大。

2一次柱上開關(guān)的高可靠性設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的柱上開關(guān)中，開關(guān)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)處于正面，由于受到日照、雨水等的影響，密封處容易老化，長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)影響到開關(guān)本體的靈敏性?？紤]到密封處的影響，本設(shè)計(jì)方案為將柱上開關(guān)的機(jī)構(gòu)室蓋板設(shè)計(jì)在底部，而且整個(gè)殼體使用了整體壓鑄的工藝制作而成，減少了各個(gè)面由于貼合的不緊密帶來(lái)的密封性問(wèn)題，而且機(jī)構(gòu)處的蓋板由于處于背陰面，可以有效避免陽(yáng)光以及雨水等外部環(huán)境的影響而造成密封件老化的問(wèn)題。目前這種設(shè)計(jì)思路也逐漸被越來(lái)越多的廠家接受并在實(shí)際工作中進(jìn)行了較為廣泛的應(yīng)用。通過(guò)實(shí)際使用中也證明了這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，密封性老化的問(wèn)題得到了很好的解決。

2.2絕緣設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視電場(chǎng)分布盡可能均勻，避免 形成局部電場(chǎng)集中的情況。例如：對(duì)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(shí)加金屬屏蔽網(wǎng)，能夠有效的均勻電場(chǎng)分布，抑制極值，進(jìn)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(dǎo)致容器內(nèi)壁出現(xiàn)凝露、絕緣部件出現(xiàn)老化或裂紋等?？刹扇∠鄳?yīng)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(yù)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(nèi)的絕緣零部件都要嚴(yán)格按規(guī)定的溫度、烘烤時(shí)間進(jìn)行烘烤，減少含水量;當(dāng)SF6開關(guān)設(shè)備抽真空、 充氣時(shí)，用高純N2或SF6氣體清洗充氣管道;將絕緣部件內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力降至最低，設(shè)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(guò)以上措施，將有效提高絕緣可靠性。

2.3密封設(shè)計(jì)

操作手柄的旋轉(zhuǎn)軸使用的是迷宮密封形式，這種密封形式由于在旋轉(zhuǎn)的軸周圍設(shè)置數(shù)量較多的環(huán)形密封齒，在每個(gè)齒之間都有一個(gè)截流間隙和膨脹的空腔，能夠形成比較曲折的間隙，在各個(gè)環(huán)形密封齒的位置形成節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到密封的效果。由于密封泄漏量的設(shè)計(jì)直接影響到密封的性能，因此，需要根據(jù)，迷宮的截面積、流通的流速等因素來(lái)計(jì)算迷宮口部的流量。

當(dāng)氣體通過(guò)迷宮時(shí)，由于慣性的影響，會(huì)在迷宮里形成收縮，收縮后的其它最小面積計(jì)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(shù)。

隨著氣體通過(guò)密封的腔時(shí)，氣體的流速也會(huì)發(fā)生一些變化，具體速度會(huì)變化為Vc=Cd*V

上式中，Cd為速度系數(shù)，V為在理想狀態(tài)下氣體通過(guò)時(shí)的流速。

結(jié)合上述兩個(gè)公式可知，在迷宮的孔口處，氣體的實(shí)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(shù)，設(shè)為字母a，上式可簡(jiǎn)化為Q=a*S*V。

3二次FTU的高可靠性設(shè)計(jì)

3.1FTU一體化功能集成設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)柱上開關(guān)的FTU功能集成化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)配電的多種功能實(shí)現(xiàn)，比如配電自動(dòng)化的測(cè)量、保護(hù)、電力設(shè)備的監(jiān)測(cè)等，在進(jìn)行FTU一體化功能設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮如下一些功能：

①實(shí)現(xiàn)測(cè)量和保護(hù)等常規(guī)的功能;

②對(duì)單相接地故障進(jìn)行判斷的功能;

③對(duì)諧波進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行分析的功能。

通過(guò)以上三個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，能有效防止整個(gè)電網(wǎng)內(nèi)故障的出現(xiàn)，對(duì)提高整個(gè)電網(wǎng)的質(zhì)量有著非常重要的促進(jìn)作用。

3.2FTU全方位狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

在柱上開關(guān)中，操動(dòng)機(jī)構(gòu)由于動(dòng)作頻繁等原因，屬于故障高發(fā)區(qū)。常見(jiàn)的故障形式有分合閘的線圈燒毀、電動(dòng)機(jī)堵死或者活動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀等現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)FTU進(jìn)行全方位狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，提高柱上開關(guān)的運(yùn)行可靠性，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

①對(duì)分合閘線圈電流監(jiān)測(cè);

②對(duì)儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè);

③對(duì)運(yùn)行環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4一、二次整體的高可靠性設(shè)計(jì)

4.1一、二次連接方式設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的構(gòu)想圖如下，使用26芯航空插座用于傳輸儲(chǔ)能和分合閘的控制負(fù)荷開關(guān)信號(hào)，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(hào)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)柱上開關(guān)各種傳感信息以及信息的擴(kuò)展對(duì)應(yīng)。

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(hào)線在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

對(duì)一、二次信號(hào)在線狀態(tài)的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)要包含以下幾個(gè)方面：

①對(duì)傳感類的信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè);

②對(duì)有源類的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè);

③對(duì)其它信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比如柱上開關(guān)常開合常閉的觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)、對(duì)線路中各處實(shí)時(shí)的連接狀態(tài)確認(rèn)等。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)一次和二次一體化集成智能柱上開關(guān)可靠性提升的方法進(jìn)行了探討，了解到對(duì)于傳統(tǒng)柱上開關(guān)，對(duì)操動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，能實(shí)現(xiàn)密封和卡澀等問(wèn)題。另外通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)代傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)柱上開關(guān)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，確保能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并及時(shí)進(jìn)行解決，避免故障的進(jìn)一步惡化。通過(guò)一、二次的連接接口統(tǒng)一化，實(shí)現(xiàn)柱上開關(guān)的的高度集成，為促進(jìn)電網(wǎng)的供電質(zhì)量穩(wěn)定性提升帶來(lái)保障。

參考文獻(xiàn)：

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