電力系統(tǒng)中高低壓開關(guān)柜的檢驗技術(shù)

王俊杰

【摘 要】電力系統(tǒng)中高低壓開關(guān)柜是非常重要的電氣設(shè)備，其對于電力能源輸送有著決定性影響，為了保證高低壓開關(guān)柜的正常運行做好檢驗工作具有重要意義。為本主要對高低壓開關(guān)柜檢驗技術(shù)進行分析與探討。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；高低壓；開關(guān)柜；檢驗技術(shù)

近年來，我國電網(wǎng)投資力度不斷加大，基礎(chǔ)配電網(wǎng)建設(shè)得到顯著發(fā)展。但總體用電水平與國際先進水平相比仍然存在著差距，例如城鄉(xiāng)區(qū)域發(fā)展不均衡，供電質(zhì)量亟待改善。提升輸配電能力，建設(shè)技術(shù)先進、環(huán)境友好的配電網(wǎng)是我國電力工業(yè)目前的首要任務(wù)。高低壓配電柜作為配電網(wǎng)的重要組成部分，其制造水平直接影響我國配電系統(tǒng)的穩(wěn)定及質(zhì)量。高低壓成套設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)到了瓶頸期，其標準化程度低及行業(yè)通用性弱已經(jīng)成為制約行業(yè)發(fā)展的重大因素。

一、高低壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的簡單概述

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，居民的生活水平也在不斷提高，大功率用電器的普及在方便了人們生活的同時，對電網(wǎng)的負荷越來越大。因此需要加強電網(wǎng)的建設(shè)和管理，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)的不斷改造升級過程中，需要用到相應(yīng)的電氣設(shè)備，才能夠讓電網(wǎng)高效率的運轉(zhuǎn)，而高低壓開關(guān)成套設(shè)備也得到了大量的使用。其中高低壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計對電氣性能有著一定的影響，科學(xué)良好的設(shè)計，能夠提高設(shè)備性能，保障電網(wǎng)的正常運轉(zhuǎn)[1]。相反的不合理的設(shè)計會縮短高低壓開關(guān)的使用壽命，在長時間的運行過程中可能造成安全事故，影響電氣安全性能。因此在選擇高低壓開關(guān)柜的過程中，需要選擇那些質(zhì)量可靠，設(shè)計合理的產(chǎn)品滿足設(shè)備的安全性能指標。

二、電力系統(tǒng)高低壓開關(guān)柜檢驗技術(shù)的應(yīng)用

（一）局部放電檢測

局部放電的進行伴隨著光熱現(xiàn)象、電磁感應(yīng)的現(xiàn)象。因此，需要針對在放電過程中的檢測現(xiàn)象、檢測結(jié)果進行分析，使用標準的數(shù)據(jù)判斷正常的電位位置和線路中的安全隱患。目前檢測技術(shù)主要分為以下幾類：第一，暫態(tài)地電壓：通常高壓開關(guān)柜的運行會伴隨局部放電現(xiàn)象。這是由于帶電粒子受到電流傳輸?shù)挠绊懼袝杆俚挠砷_關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)體傳遞至開關(guān)柜外，使傳輸過程中具有高頻電流波的特性。由于開關(guān)柜內(nèi)的電流在受到集膚效應(yīng)的影響，導(dǎo)致電流行波只能被聚集在開關(guān)柜外。第二，超高頻：超高頻檢測法是通過運用特殊的超高頻實驗設(shè)備，對開關(guān)柜中的電流行波的方法檢測。特別是需要對連續(xù)超高頻分量和及時分量進行檢測，在使用超高頻的檢測技術(shù)時，可以針對傳感器的數(shù)據(jù)進行分析，在分析中得出基本放電類型和局部放電位置[1]。第三，超聲波：主要是銅鼓對超聲波傳感器的運用。在使用傳感器的過程中，需要對其聲波頻率進行18～200kHz的采集，在采集過程中通常聲波會及時擊穿絕緣體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)擊穿信號位置來確定局部電流行波的大小。由于超聲波信號屬于機械波的一種，不會受到開關(guān)柜本身電流的影響。因此超聲波檢測技術(shù)也會被廣泛運用至實際操作中，通常會使用GIS檢測技術(shù)，且可通過幅值法的信號檢測技術(shù)進行位置定位。但在實際操作中超聲波的收集會伴隨噪聲的干擾，導(dǎo)致測量信號源的數(shù)據(jù)精準度不高，因此需要就其他方法協(xié)同使用。

（二）絕緣檢測

設(shè)備發(fā)生局部放電時一般會產(chǎn)生電磁、聲、熱及光信號，放量能量引起絕緣氣體或者固體材料分解時，還會發(fā)生一些列化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一些氣體或固體產(chǎn)物。常用于局放信號檢測方法主要包括：第一，脈沖電流法。脈沖電流法操作簡單，可實現(xiàn)PD信號低頻段定量檢測，是國際上廣泛認可的方法，但不適用于在線監(jiān)測。第二，特高頻法。特高頻法通過在柜內(nèi)外安裝高頻傳感器，檢測由PD電流脈沖激發(fā)的電磁波信號，靈敏度高，抗干擾能力強，但電量標定問題還有待解決。第三，暫態(tài)地電壓法。暫態(tài)地電壓法通過檢測暫態(tài)電壓實現(xiàn)對PD信號的監(jiān)測，但抗干擾能力較差，由于僅以暫態(tài)對地電壓為單一判據(jù)，檢測結(jié)構(gòu)可靠性不是很高。第四，超聲波檢測法。超聲波檢測法通過提取傳播時間差來計算PD源的位置，應(yīng)用靈活，但超聲波信號折反射會導(dǎo)致波形信號嚴重失真，對實際操作人員具有較高的要求。第五，氣體組分分析法。當高壓設(shè)備有局放發(fā)生時，電子碰撞作用會使絕緣介質(zhì)發(fā)化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一些特定的氣體成分。絕緣介質(zhì)分解產(chǎn)生的氣體成分、濃度、速率等特性與局部狀況相關(guān)，氣體分解特性可反應(yīng)出柜體絕緣狀態(tài)。

（三）溫度在線監(jiān)測

第一，光纖監(jiān)測，將光纖光柵傳感器放置在開關(guān)柜內(nèi)的底部，進行溫度的檢測。該傳感系統(tǒng)工作時，調(diào)節(jié)儀可以發(fā)射出窄帶激光，再多路光開關(guān)的分散作用下達到各個傳感器，如果獲取到的波長和光柵芯摸的波長相等則處于發(fā)射狀態(tài)，激光在通過耦合器的多路光開關(guān)回到調(diào)解儀。調(diào)節(jié)儀就會獲取開關(guān)柜各元件的溫度參數(shù)，在通過A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將信息數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。上位機內(nèi)的軟件系統(tǒng)已將溫度信號通過顯示系統(tǒng)進行顯示，便可以直觀的獲取開關(guān)柜的溫度參數(shù)，并且上位機可以完成溫度數(shù)據(jù)的儲存、查詢、預(yù)警、分析等功能。光纖光柵溫度傳感的優(yōu)點為靈敏度高、體積小、抗干擾性強，但其信號的發(fā)生需要高分辨率光譜，而造成成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對其施工時需要將所有線路全部斷開，并且光纖本身會影響到系統(tǒng)的絕緣性能[2]。第二，無線有源測溫技術(shù)。無線有源測溫技術(shù)的工作原理與一般的溫度測量技術(shù)基本相同，也就是采用了傳統(tǒng)的溫度傳感器獲取溫度信號，再使用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，將信號傳輸給上位機。此次設(shè)計，溫度傳感器采用比較傳統(tǒng)的半導(dǎo)體或熱電偶式傳感器，其電源供電需要電池或感應(yīng)線圈，電池供電方式比較容易實現(xiàn)，但更換電池是一項非常麻煩的工作，感應(yīng)線圈供電則需要從設(shè)備一次測電路中感應(yīng)出電壓供給傳感器，但一次側(cè)電流的變化會對溫度測量精度產(chǎn)生較大的影響，從而噪音也會增大?？傊瑹o線有源傳感方式，結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、使用方便、不用布線而造成麻煩，但傳感器的電源供電成為了該系統(tǒng)的主要難題。

（四）溫升試驗的提出

根據(jù)國家相關(guān)標準規(guī)定，需要對開關(guān)柜進行溫升試驗，通過試驗開關(guān)柜等載流性能分析驗證發(fā)熱和散熱兩個方面的數(shù)據(jù)。具體運行過程中，需要將額定電流持續(xù)輸入導(dǎo)電回路一定時間，然后對此時電路中的溫升進行分析，分析結(jié)論并對開關(guān)柜的使用效果進行評測。本文為更好地探究開關(guān)柜的溫度分布情況，確定溫度檢測器的合理布局。平均溫升簡易算法、熱爐方法和溫度場數(shù)值模擬算法這三種算法是開關(guān)柜內(nèi)部熱量計算的主流計算方法。三種方法有各自的優(yōu)劣性：平均溫升簡易算法計算流程簡單易操作，但是誤差相對較大；熱爐方法的計算核心是類比法，求解精度有待提高；當前的主流計算方法是溫度場數(shù)值模擬算法，其最大的優(yōu)點是求解精度大大提高。但由于求解器精度有一定的限制，計算時對其模型進行了一定的簡化，忽略了風(fēng)機以及整機模型，對計算結(jié)果有一定的影響。普遍認為在開關(guān)柜中，導(dǎo)致其發(fā)熱的主要因素分為兩個：載流導(dǎo)體和電接觸的焦耳損耗。

三、結(jié)束語

綜上所述，在線監(jiān)測技術(shù)對于高壓開關(guān)柜的狀態(tài)波動和狀態(tài)異常檢修工作而言具有舉足輕重的意義和價值。通過利用傳感器等信息采集設(shè)備完成對于開關(guān)柜相關(guān)問題的監(jiān)測，能夠更好地判斷一段時間內(nèi)開關(guān)柜機組的運行穩(wěn)定性，并以此為根基制定出周密、詳盡的檢修計劃和檢修開展方案，保證檢修工作能夠在安全環(huán)境下運行。

【參考文獻】

[1]張曉星，等.針-板缺陷開關(guān)柜局部放電與空氣分解組分的關(guān)聯(lián)特性.高電壓技術(shù)，2016.42（12）：3948-3954.

[2]付兆遠，高兆麗，焦方軍，等.開關(guān)柜帶電檢測技術(shù)的現(xiàn)場綜合應(yīng)用研究[J].山東電力技術(shù)，2016，43（1）：50-53.