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开关柜的远控

开关柜实现了远方监控的技术后,其运行方式应是在变电站的12kV配电装置室内,几十台开关柜在运行着,它们中每一台的运行状态都在被某一变电站的或上一级变电站的中央控制室监控着。
理想的监控内容包括:
1.柜内空气的温度、湿度数据,其自动加热除湿装置是否动作;
2.主回路电压的每时刻数据,是否有瞬时过电压出现,峰值多少,这个瞬时过电压在哪一个开关柜内造成了闪络,闪络发生在柜内哪个部位;
3.主回路电流的每时刻数据,过负荷或更大的过电流出现在哪个时段,信号或保护装置的反应和处置是否正确;
4.柜内主回路各关键点的温升数据同时在被监测,以便工作人员对出现危险情况的开关柜采取减负荷或停运检修的措施。如果因主回路过热致使有机绝缘物碳化而散发了烟雾,则更是被及时监测到并向中控室发出信号,通知工作人员采取相应措施;
5.二次回路关键线段也被监测着,当这些线段的接点接触不良时、或导线折断时,中控室将收到信号,工作人员应及时前去检修;
6.监控内容还包括每个开关柜内隔离开关、断路器、接地开关的合分状态,或手车式开关柜手车的位置,并在中控室就可以进行隔离开关、断路器的合闸分闸,手车自实验位置前进至运行位置、或自运行位置后退至试验位置的操作。
作为开关柜的设计人员,我们一直希望开关柜能实现上面描述的这种工作状态,柜内可能形成事故的先兆都被安装在柜内的探测器监察到,并报告给中央控制室,所有开关元件包括手车都能自远方的中控室电动操作。这首先是运行人员多年以来的愿望,他们经历过的各种事故几乎都是突然发生,事故往往造成一台或数台开关柜完全报废。
事故根苗其实就那么几种:局部的绝缘损伤、柜内空气湿度过高、电器连接面接触不良等等。这些事故根苗形成大事故之前都有先兆的,而且现代的科学技术也
有能力监测到这些先兆。当然,实现对这些事故先兆的完全监测存在技术上的诸多瓶颈形成产品也还要走很多的路,但重要的是我们要开始做起来,这是对用户运行人员多年来愿望的尊重。开关柜实现远方控制、变电站实现元人值班这更是出自运行人员的要求。
但固定式开关柜隔离开关远方电动合分闸、手车式开关柜手车远方电动推进退出是制约着开关柜能否实现远方控制、甚至实现变电站元人值班的关键问题。开关柜设计人员已做出了回应,我们新设计的新型固定式开关柜中已包含了隔离开关电动操作机构,技术介绍文章"固定式开关柜新设计"已刊登在《高压开关行业通讯》2006年第3期,该产品现正在试制,试验成功后将再向行业介绍。手车的电动操作也已有人在探索,相信也是可以有成果的。电动操作的难点不是这种机构能不能设计出来,而是要在试制试验中选择出好的数据匹配,包括操动一台或操动二台隔离开关时,隔离开关助力弹簧出力大小和过中位置,电机功率和减速器匹配等,这是耗时耗力的探索过程,只有这样才能使批量生产的产品顺利地被用户接受。
相对来说,监测柜内事故先兆就更困难了,幸运的是,柜内空气温湿度监测并控制加热器来调节这个课题已被解决并形成为产品,我们应感谢做这项工作的单位和同志。其他几方面的课题也亟待研究形成产品,解决这些课题所需要的专业知识已经超出了我们的知识范围,现在只能尝试着探索一下,以引起同志者的兴趣,共同推动这项研究工作。
闪络监测
主回路过电压使柜内绝缘被击穿,形成对地短路或相间短路,这种事故不是我们讨论的范围。主回路瞬时过电压出现时(如操作过电压),它可能不会使柜内绝缘被击穿,却可能使绝缘的薄弱点出现闪络,闪络过后,主回路仍在继续运行。闪络点的绝缘虽未被完全破坏,但已有损伤,成为了事故隐患,需要在开关柜检修时更换此绝缘件,中控室可以监测到瞬时过电压,但不能监测到闪络,以及闪络发生在哪台开关柜的哪个部位。如果运行人员恰好正在此时观察着开关柜的内部,则会看到闪络的电闪蓝光、听到闪络的嘛啪声、闻到臭氧的气味,真是声色具茂,可惜运行人员不可能正巧在此看着。要是在柜内适当的位置安装探测头,能感知闪络的电光,连同时间地点传到中控室,问题就解决了。要根据每台开关柜内主要绝缘件的布置来设定探头的位置和数量,这样的探头,技术上是应该能做到的。
发热监测
高压开关设备导电体连接处和触头部位接触不良,会产生温度骤增。温升过高会使导电体连接处和触头接触表面过早地氧化腐蚀,导致接触电阻增加,进而将加剧温升数值的增加形成恶性循环。同时由绝缘材料制成的零部件会因受到热的作用绝缘强度急剧下降,直到被电压击穿出现故障。因此,采用在供电系统发生故障之前能及时发出调控指令的温升监控装置防止故障发生,越来越显得重要了。
红外扫描测温仪是一个通过旋转的光学系统在900视场内对被测各点的红外辐射能量扫描,完成表面温度场测量的。再通过现场总线将数据传到上位计算机对目标进行监测、监控。还有一种电子温度传感器,敷设在被测点附近的母线上。见图3。它由自己的独立电源供电,能量取自通以电流的母线周围交变的电磁场。它是由石英晶体组成的振荡器,它能随温度的变化产生不同的频率信号经过电子线路转换成光电信号,无线传送给红外光接收器。计算机的软件对电子温度传感器的数字信息进行识别、比较、处理。它有明显不足,若是传感器一旦出现故障很难在线维护、修复。
这两种温度传感器实用中要求较严格:诸如红外光信息的传递应为直线,还需要瞄准与调焦等;且容易受到电场、磁场、材料辐射率、距离系数、背景光的干扰。
开关柜结构的紧凑设计引入了触头盒、绝缘罩一类的部件,对红外光信息的直线传递形成障碍,确实限制了该项技术在高压开关设备中的发挥。以非接触远距离遥测的方式实现温度信息采集的系统,价格昂贵也制约了在高压开关领域推广应用的进程。但是刊登在《高压开关行业通讯》2006年第3期"固定式开关柜新设计"一文介绍的新结构,确能为这两种温度传感器的应用提供平台。
光纤温度传感器也在研究中。这项技术需要在开关柜一次回路中敷设多路光导纤维,人为地增加了出现绝缘故障的可能性。
基于高压开关设备温升在线监测予警系统,长期以来技术上的瓶颈未能突破,也有另辟新思路将故障隐患一般理解的"超限",定位在"异常"。结合负载电流值用巡检的方式监测开关柜壳体温升变化规律,建立对应于触头温升变化规律的数学模型。对采集的大量数据用软件进行比较、分析、筛选发出温升"异常"的予警信息及调控指令。
总之,对于温升在线监测课题一直是业内的热点。高压开关设备需要价格低廉、实用性强的温升在线监测予警系统及早面世。

           

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