巡检


1.引言 运行中的电力发电厂、变电站的高压开关柜是重要的电 器设备。而这些开关柜主要维护部位就是触头部位,如触头松动,弹性 老化 ,接触面不洁等 , 都会引起触头温度的异常变化 ,以往由于没有可 靠的手段在线检测触头运行温度,往往采用“计划维修”, 因此极易导 致设备烧毁或突然停电等事故,在一定程度上影响了企业的效益。近 几年电力生产中广泛运用各种先进的温度测试设备,如无线式测温, 取得了很好的效果,开关柜触头的温度得到了有效监视,触头发热事 故大大减少。 封闭式高压柜在运行中不能打开,因此无法测量

运行中柜内触头的实际温度。 封闭式开关柜内触头发热事故在近几年 有增长的趋势,已经成为严重影响安全生产的难题。下面以 6 kV 金 属铠装抽出式开关柜为对象对此类事故原因进行分析。 式开关柜结构特点 2 .封闭

封闭式高压开关柜的设备分布在 4 个相互独

立的隔室内,分别是断路器室、母线室、电缆室、控制室。按有关的 规程要求,除实现电气连接、控制、通风而必须在隔板上开孔外,所 有隔室呈封闭状态。 由于发热点在密封柜内, 运行中的柜门禁止打开, 值班人员无法通过正常的手段检测到开关内部特别是触头的温度, 所 以一旦触头发热严重必然造成事故发生, 影响系统安全运行。 发热原因分析 3.1 触头接触面氧化、脏污 3、

高压开关柜的动

静触头是最容易发热的部位,由于该部位接触不良、脏污等原因,接 触电阻较大,在大电流情况下该处的热功率很大,其结果是接头发热 严重,加剧接触面氧化,使得接触电阻进一步增大,形成恶性循环, 发展到一定阶段后,则会造成严重的故障,破坏系统稳定运行。

3.2 设备的安装、 连接工艺不当

设备的安装工艺不当主要是施工

质量问题, 封闭式高压柜内小车式开关插嘴的位置与固定的插头位置 如有偏差,开关推入后插头部分就可能接触不实,造成接触不良,引 起触头发热。 3.3 负荷的影响 厂用电进线负荷大,负荷的

变化会影响设备的温度, 正常的负荷变化引起的温度升高不会超过规 定值。如果负荷增加的较多时,或者受到短路电流冲击后,设备的薄 弱环节就会发热,如触头部位。发热后触头材料的机械强度、物理性 能下降,导致触头的弹性老化、接触不良。造成触头发热。 设备的质量存在问题,触头容量不足,导致发热 3.4

当设备的制作,

装配存在问题,触头容量不足或接触不良时,该处局部温度升高,严 重时烧断该处触头,引起停电事故。 3.5 电力谐波存在 系

统中变频器的大量使用,使系统谐波增加,由于导体的集肤效应与铁 耗增加而引起发热,特别是触头更为严重。 3.6 环境温度较高,

防护等级因素造成的散热不畅 为防止人体接近高压开关柜的高压带 电部分和触及运动部分,以及克服敞开式开关柜容易进入异物引起设 备短路的缺点厂家一般都是根据国标 DL/T404-1997《户内交流高压 开关柜订货技术条件》652 中对防护等级分类规定进行设计。以我省 为例:夏季室外温度一般在 34℃~38℃之间, 一些地方时有超过 40℃ 的气温出现 ,加上设备本身散发的热量 ,室内无通风设施 , 室内环境温 度过高,造成开关柜内热量无法散去。使触头发热越来越严重。 4 、预防触头发热事故的措施及方法 4.1 目前采取措施方法

密封高压开关柜内的触头发热是生产中的难题,目前采取措施方法。

许多母线以及开关处于高电位,目前国内专门用于高压母线、高压开 关及触点发热测量的仪器还很少。温度监测的方法,一种是在高压电 接触表面涂一层 颜色随温度变化的发光材料,通过观察其颜色变化 来大致确定温度范围,这种方法准确度低、可靠性差,不能进行定量 测量;另外一种方法是利用辐射特性的红外热 像仪,准确度较高,但 由于需要光学器件,在高压开关柜等特定场合使用不太方便,而且价 格较高,推广应用有一定困难。更重要的是以上两种方式都需要人工 进行 巡查,不能实时得到温度数据,所得到的数据永远是滞后的, 无法在第一时间判断开关柜内有无触头发热故障, 起不到温度实时报 警功能。而有线通讯方式的电子仪 表不符合电力高压环境测量仪表 规范。因此应寻找一种更科学的方法。 事故的新方法 4.2 预防封闭柜触头发热

4.2.1 电磁波传输数据隔离高压,接触式数字测温

长期以来,高压开关柜内触头运行温度很难监测,无法进行人工巡查 测温。这是因为柜内具有裸露高压,且空间狭小,通常的温度测量方 法不能使用。 因此实现温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重 要手段。 由于高压开关触头处于高电压、高温度、强磁场以及

极强的电磁干扰环境中,要实现对触头的测温,必须解决电子测量装 置在上述恶劣环境条件下的适应性。 目前测温工作方式基本上采用被 动式测温或主动式测温两种形式。 被动式测温采用接收被测量

点幅射出的远红外波,通过判断远红外波长来确定测量点温度 ;而主 动 式 测 温则 是通过 埋 设 在测 量点的 温 度 传感 器直接 测 量 温度 。 被动式测量的优点在于通过凸透镜直接接收测量点发出的远红外波,

接收器(传感器)可远离测量点,解决了高压隔离以及传感器环境温度 高的问题,测量系统结构简单;其缺点是只可测量在传感器直视范围 内的测量点温度,这往往成为致命的弱点。 主动式测量的优点

在于测量点位置不受限制,传感器安装布置灵活;其缺点是必需解决 传感器在高温、强电场、强磁场环境条件下的工作可靠性、传感器与 主机之间的高电压隔离以及传感器自身的工作电源问题。 作为

开关柜的附加功能系统, 测温装置的造价成本是其能否推广的重要问 题。针对上述问题,经近两年的反复试验,所研究开发的高压开关柜 触头温度在线监测系统,已在国内几个变电站投入运行。 本文

介绍温度监测仪的结构、 主要工作原理、 技术性能及其主要技术特点。 4.2.2 结构及工作原理 温度监测仪采用主动式工作方式,由监

测器、温度传感器,供电电源(自感应式)三部分构成。温度传感器和 感应电源处在高压区,监测器装在开关柜上,处于低电位。温度传感 器和监测器之间发射电磁波传送数据。 4.2.3.1 高压隔离 4.2.3 技术特点分析

实现高压设备在线监测,首先要解决高压隔离

问题。一般来说,解决这个问题有两个途径:一是通过空间隔离,另 一是通过光纤隔离。空间隔离,信号可由光传送或无线电传送,本文 采用电磁波进行信号传送,它具有隔离彻底、结构简单、抗干扰能力 强、工作可靠等特点。而通过光纤隔离存在着沿面放电问题,需要有 较长的沿面爬电距离。 4.2.3.2 抗干扰措施 高压开关柜运行

在高电压、 大电流的状态, 系统事故瞬间还出现强烈的电磁暂态过程, 这些都产生强电场、磁场及强电磁干扰,这对于微电子系统及微弱信

号处理非常不利。

为消除这些干扰,同时采用软、硬件抗干扰

措施,在软件设计上应用数字编码、解码技术,剔除干扰信号,并使 用了软件滤波技术;在硬件上采用金属屏蔽,加强各级滤波消除高频 干扰。另外为消除随机干扰,利用触头温度变化相对缓慢的特点,对 检测点信号反复接 收,多次采集,排除异常数据以保证数据可靠, 通过以上综合措施, 整机有了较好的抗干扰能力, 测量数据稳定可靠。 4.2.3.3 传感器供电问题: 目前传感器供电一般采用高能电池供

电,由于柜内高温使得电池容迅速减少,从而引起有效测温数据时间 大大缩短,而开关柜不可能因为电池的寿命随时停电,因此会出现使 用上的问题。 这也是许多采用电池供电进行测温的用户在后期多数将 测温系统报废的原因。 由于电池容量有限,在采样时不得不为

了节电而加大循环采样周期,使得特殊情况下(例如大电机启动)温度 的迅速变化无法反应,影响报警。而采用感应供电技术则不存在采样 周期问题,采样周期小于 2 秒,能够迅速反应温度变化情况。 4.2.3.4 热稳定性问题 温度监测器安装在主导电回路上,测量点

温度可达 120℃ 以上,这就要求温度传感器有良好的热稳定性,选 用热稳定性较好的元器件,使系统达到较高的热稳定性。本监测仪在 测量点温度为 30~120℃,环境温度为 80℃ 以下,稳定性可控制在 ±1℃以内 4.2.3.5 实用性 实际应用必须做到工作可靠、

结构简单、体积小巧、便于安装又不影响开关柜的结构性能,而且产 品的价格易被用户接受。为实现上述目标,选用通用、 标准、可靠 的元器件,在保证实际需要的前提下,既降低成本,又保证足够的实

用精度;在结构设计上力求紧凑小巧,与开关柜配套时,原柜结构无 需变动,只需在相应处打上安装孔即可,不影响原柜各种性能,特别 是开关柜的绝缘性能几乎不被影响。 5 结语 采用电磁波

隔离自感应式供电能很好地解决高电压下触头温度测量困难的问题, 而选择适当的抗干扰措施及元器件能使监测仪既有较好的技术性能, 成本又能保持在较低的水平上。 该系统已成功地在国内几个变电站正 常运行(如等)。

高压开关柜母线:裸铜线 75 度 镀锡的 90 度 镀银的 105 度, 最高温度不超过正值

高压开关柜开关触点最高温度不应超过多少 开关柜连接处温度 开关触点按动连接考虑 动连接最高温度不应超过 70℃ 母线、电缆接头按静连接考虑 静连接最高温度不应超过 75℃


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