電力系統(tǒng)一次設(shè)備智能化升級改造分析及應(yīng)用

李宇輝

摘? 要：該文主要介紹了電力系統(tǒng)中使用的老舊一次設(shè)備如何通過升級改造，實(shí)現(xiàn)智能化，以此來滿足當(dāng)下的要求，并就電力系統(tǒng)中的一次機(jī)械設(shè)備的相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，為促進(jìn)電力行業(yè)一次機(jī)械設(shè)備在高新技術(shù)應(yīng)用提供一些參考。

關(guān)鍵詞：電動操作;無線測溫;主動防護(hù);弧光保護(hù);智能監(jiān)測

中圖分類號：TM591? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

電力系統(tǒng)智能自動化是今后的發(fā)展方向。為了匹配電網(wǎng)中電力系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控、用戶負(fù)荷監(jiān)控和故障報(bào)警功能，需要實(shí)時獲取系統(tǒng)中的一次設(shè)備（成套中壓開關(guān)設(shè)備、斷路器及變壓器等）運(yùn)行信息，因此要求中壓開關(guān)柜（即一次系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)備）提高智能化程度，保證能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行時的溫度進(jìn)行監(jiān)測與反饋報(bào)警、對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

1 電力系統(tǒng)中的一次開關(guān)柜

電力系統(tǒng)中的一次開關(guān)柜是電力系統(tǒng)中直接用于生產(chǎn)、使用電能的一種電氣設(shè)備，是相對于二次設(shè)備（如控制回路等）流經(jīng)電壓更高的電氣設(shè)備。通常情況，這一設(shè)備能實(shí)現(xiàn)電路的接通和斷開，進(jìn)而保證系統(tǒng)的良好運(yùn)行。

2 電力系統(tǒng)中一次開關(guān)柜的升級改造應(yīng)用

2.1 一次設(shè)備斷路器的電動操作升級改造應(yīng)用

一次開關(guān)柜內(nèi)部元器件斷路器手車增加電動搖入搖出操作功能，是設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化五遙的過程中不可或缺的一部分。斷路器手車的電動操作如圖1所示，能夠以馬達(dá)帶動整個傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)行完成斷路器手車電動搖進(jìn)/搖出的操作。當(dāng)馬達(dá)停轉(zhuǎn)或失效時，該設(shè)備中的離合機(jī)構(gòu)自動分離，芯軸的運(yùn)動脫離蝸輪蝸桿傳動，即采用手動搖進(jìn)/搖出手車。電機(jī)驅(qū)動手車控制單元為保護(hù)斷路器手車電動底盤車開發(fā)的多功能控制器， 在驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)受阻（如安裝不到位或機(jī)構(gòu)因其他原因?qū)е虏粫常┻_(dá)到保護(hù)條件時，立即對電機(jī)進(jìn)行制動，并逆向驅(qū)動電機(jī)解除悶車卡死狀態(tài)，讓電動轉(zhuǎn)手動成為可能。它還能獨(dú)立完成電機(jī)驅(qū)動與各種運(yùn)行狀態(tài)間的切換工作，可替代原控制方式中的多個自保持繼電器與中間繼電器，減少電氣節(jié)點(diǎn)，增加系統(tǒng)的可靠性，并且便于維護(hù)[1]。

2.2 一次設(shè)備開關(guān)柜接地開關(guān)的升級改造應(yīng)用

一次開關(guān)柜內(nèi)部接地開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動化操作是變電站智能化實(shí)現(xiàn)無人值守的必要因素。接地刀閘增加電動操作是為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備就地或遠(yuǎn)方合閘或分閘操作。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有5個。1）利用離合器對傳動系統(tǒng)隨時進(jìn)行分離或接合。2）當(dāng)馬達(dá)正常工作時，蝸輪蝸桿配合傳動，促使離合機(jī)構(gòu)聯(lián)接，帶動整個傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)行，使操作桿傳動，完成合閘或分閘的操作。3）當(dāng)馬達(dá)停轉(zhuǎn)或失效時，操作離合機(jī)構(gòu)分離，芯軸的運(yùn)動脫離蝸輪蝸桿傳動，隨時可以采用手動合閘或分閘的操作。4）為防止斷路器在運(yùn)行狀態(tài)下，誤合接地刀閘。5）防止接地刀閘在合閘狀態(tài)下，斷路器進(jìn)入工作位置導(dǎo)致誤合閘的情況發(fā)生。因此僅當(dāng)斷路器手車處于隔離/試驗(yàn)位置時，才可實(shí)現(xiàn)就地或遠(yuǎn)方操作，實(shí)現(xiàn)接地刀閘電動操作合閘或電動操作分閘方式。斷路器電動操作改造示意圖如圖2所示。

2.3 一次設(shè)備開關(guān)柜的安全運(yùn)行升級改造應(yīng)用分析

在中壓系統(tǒng)中，電弧故障很大概率會導(dǎo)致母線三相弧光短路，系統(tǒng)大多沒有合適的母線保護(hù)，而進(jìn)線開關(guān)沒有速斷保護(hù)或速斷時限很長，開關(guān)柜內(nèi)電弧故障會造成嚴(yán)重的后果。電弧事故中故障電弧會釋放驚人的能量，對故障及相鄰的開關(guān)設(shè)備及附近的運(yùn)行人員造成嚴(yán)重的傷害。為避免無法阻止的電弧故障對設(shè)備及人員的傷害，通過對真空滅弧室與Is-快速限流器的創(chuàng)新組合，推出了主動型快速滅弧器。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生電弧故障時，快速滅弧器4 ms內(nèi)快速三相金屬接地，將電弧熄滅，事故可立即處理修復(fù)，設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行。

2.4 一次設(shè)備中斷路器智能升級應(yīng)用分析

為了幫助解決客戶存在的問題、滿足客戶對在線監(jiān)測功能的需求，可對電力系統(tǒng)的核心元器件斷路器進(jìn)行智能化改造?？蓪?shí)現(xiàn)主回路關(guān)鍵部分運(yùn)行溫度的實(shí)時監(jiān)測、斷路器參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測以及智能的全電機(jī)驅(qū)動等功能，是支持狀態(tài)檢修維護(hù)的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。智能改造方案主要由智能監(jiān)控單元、儲能電機(jī)監(jiān)控單元、線圈監(jiān)控單元和具有測溫功能的智能觸臂4個部分組成。在進(jìn)行改造時，將智能監(jiān)控單元直接固定安裝在一次電力設(shè)備的低壓倉室網(wǎng)格板上，將儲能電機(jī)監(jiān)控單元、線圈監(jiān)控單元通過二次電纜與智能監(jiān)控單元相連，同時將智能觸臂連接在原斷路器的極柱上。實(shí)現(xiàn)同時檢測觸頭溫升和斷路器二次元件和機(jī)械參數(shù)的功能。

智能監(jiān)控單元是該改造方案的核心元件，其功能主要包括對開關(guān)柜內(nèi)部主回路的關(guān)鍵接點(diǎn)的運(yùn)行溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、判斷開關(guān)柜的內(nèi)部溫度是否超標(biāo)、提高設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行程度。能夠監(jiān)測儲能電機(jī)的儲能時間和電流以及斷路器合/分閘時間及速度，從而提前發(fā)現(xiàn)電機(jī)的故障隱患，為斷路器診斷及保養(yǎng)提供參考信息[2]。斷路器智能觸臂部分是帶有溫度探測與信號發(fā)射單元的智能觸臂，用來采集觸頭的實(shí)時溫度。溫度信號的傳輸是利用無線射頻技術(shù)進(jìn)行無線傳輸，將安裝在高壓處的測溫點(diǎn)與MDC4單元徹底隔離。溫度監(jiān)測模塊采用耐受溫度高達(dá)125 ℃的技術(shù)方案，完全滿足開關(guān)柜實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的要求，溫度監(jiān)測模塊的供電采用感應(yīng)CT自取電的方式，有效地延長了使用壽命且安全可靠。儲能電機(jī)監(jiān)控單元，即儲能電機(jī)，配合斷路器二次元件及機(jī)械特性監(jiān)測子單元，完成對斷路器的電機(jī)儲能的電壓/電流儲能工作，完成對儲能時間的監(jiān)測和計(jì)算并輸出相應(yīng)的波形，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測的功能。線圈監(jiān)控單元即分/合閘線圈，閉鎖電磁鐵等線圈繼電器設(shè)備，配合MDC4內(nèi)斷路器二次元件及機(jī)械特性，監(jiān)測子單元完成對動作電壓/電流、分/合閘時間、分/合閘速度的監(jiān)測。

2.5 紅外線溫度傳感技術(shù)在一次設(shè)備中的應(yīng)用分析

開關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)電連接點(diǎn)是最薄弱的環(huán)節(jié)之一，很多因素的存在都會導(dǎo)致接觸條件惡化，接觸電阻增加。直接導(dǎo)致接觸點(diǎn)的溫度升高，加劇接觸表面的氧化，使局部熔焊或接觸松動處產(chǎn)生火花，甚至電弧放電。因此高壓電器在負(fù)載電流過大時，會因溫升過高導(dǎo)致電力設(shè)備損壞，影響整個電力系統(tǒng)的正常工作，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過紅外線溫度傳感器對開關(guān)設(shè)備內(nèi)的關(guān)鍵導(dǎo)電體進(jìn)行無接觸式、快速、可靠的溫度檢測（最多可同時檢測12個設(shè)備點(diǎn)）。對于及時、準(zhǔn)確地測出電力設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)的溫度、對于發(fā)現(xiàn)并排除故障具有重大意義。如圖3所示。

紅外溫度監(jiān)控方案可實(shí)現(xiàn)的功能及特點(diǎn)有4個。1） 溫度監(jiān)測過程，是完全非接觸式的，不影響開關(guān)柜工作運(yùn)行。2）能夠最早發(fā)現(xiàn)過熱設(shè)備點(diǎn)，提高設(shè)備安全性。3）設(shè)定高溫控制值后，超過該溫度的報(bào)警信息能夠送至遠(yuǎn)程控制中心。4）直接對現(xiàn)有的中壓開關(guān)柜進(jìn)行改造安裝，不需要檢查其他接觸點(diǎn)，降低維護(hù)費(fèi)用。

3 結(jié)語

電力系統(tǒng)一次設(shè)備技術(shù)升級改造的應(yīng)用： 按照“防火耐爆、本質(zhì)安全、一鍵順控、智能巡檢、狀態(tài)感知、免（少）維護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、綠色環(huán)保”等要求進(jìn)行設(shè)備更換、設(shè)計(jì)優(yōu)化，全面提升一次設(shè)備的質(zhì)量和智能化水平。一次設(shè)備智能改造應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)變電站“全面監(jiān)視、遠(yuǎn)程順控、主動預(yù)警、智能決策、實(shí)物ID應(yīng)用”等高級應(yīng)用功能為目標(biāo)，提升變電站監(jiān)視、操作、巡視、預(yù)警、決策和現(xiàn)場管控的智能化水平。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧?yán)?電氣設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測與狀態(tài)維修[J].自動化應(yīng)用，2018（2）：104-105.

[2]卓會丹，朱廣帥.中壓開關(guān)柜智能化技術(shù)的研究[J].黑龍江科技信息，2014（26）：112.