邹泽皓
长安益阳发电有限公司 湖南省益阳市 413000
摘要：高压开关柜通常是指按照系统一次接线设计方案和功能的需要，将开关电器与其他附加的元器件和测量仪表、继电保护等组成各种不同结构的户内设备或控制设备，它的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行分合、控制和保护用电设备。近年来，国内电力系统和用户已多次发生高压开关柜爆炸的报道，严重影响人身安全和供电可靠性，需要对爆炸的原因进行分析，本文对高压开关柜断路器机械特性在线监测装置进行分析，以供参考．
关键词：高压开关柜；断路器；机械特性；研究
引言
高压开关柜在电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制和保护等作用，广泛应用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、民用住宅等各种不同场所。高压开关柜的安全稳定运行是保障企业有序生产的基础，笔者对高压开关柜多年来在煤化工生产装置中经常出现的故障进行归类梳理，总结故障处理方法和措施，尽可能减少高压开关柜的故障发生。
1高压开关柜故障诊断技术
当高压开关柜产生故障之前，一般会出现局部放电的情况，局部放电所产生的声、光、电信号都能更通过带电检测来明确，当前在高压开关柜带电检测中经常使用的方式有暂态地电压法、特高频法等。其中，暂态地电压法容易受到接地干扰的影响，当接地网存在故障的时候，一般整个高压室暂态地电压都比较大。相比该方式，特高频技术的应用具有更好的效果，能为检测带来一定的帮助，使检测能够顺利完成。我国当前针对高压开关柜的局部放电诊断及定位技术的应用进行了研究，得到了相应的参考内容，由于特高频技术的应用有着较大的优势，例如频段高、抗干扰能力强等，能够保证定位的效果，因此将其应用在高压开关柜故障诊断中能够发挥出良好的效果。
2存在的问题
为了在当前严峻的安全环保形势下更好地生存和发展，煤化工企业必须杜绝各类事故的发生，减少设备故障，尤其是电气装置中的高压开关柜。高压开关柜一旦出现故障，轻则导致生产波动，重则迫使系统停车，并引发安全环保事件。2018年中能化工高压开关柜操作总数1381次，故障总数59次，故障率高达4．27%，并有上升趋势;因此，必须采取切实可行的改进措施降低高压开关柜的故障率。经分析发现XGN-10型高压开关柜故障次数高达46次，占总故障次数的77．97%，其中频繁操作的、控制电动机的高压开关柜有41台。
3处理措施
(1)针对二次回路接触不良问题，2019年3月1日—8日，利用计划检修时间，用CSC-237A型智能保护器取代电子继电器，并检查紧固端子排。对实施后的效果进行确认:临时把线圈短接，用直流电桥分别测量模拟合分闸回路直流电阻，统计发现41台高压开关柜的合分闸回路直流电阻均小于0．05Ω，符合技术要求，该措施有效。（2)针对操作程序不完善的问题，2019年3月10日—20日，对不同型号的高压开关柜，制定标准化操作票模板，增加反事故操作程序:①确认断路器在分闸位，并详细注释分闸状态显示的详细内容;②把转换开关由“远方”位打到“就地分”位;③确认接地刀在分闸位。倒闸操作程序的完善，避免了带地刀合闸和带负荷拉闸，减少人身和设备事故的发生，确保了煤化工生产装置的稳定运行。
4高压开关柜爆炸的应急处理及防止对策
4.1防止断路器爆炸的对策
首先，严把断路器入网关，真空断路器灭弧室出厂前应逐台进行老炼试验，并提供老炼试验报告；用于投切并联电容器的真空断路器出厂前应整台进行老炼试验，并提供老炼试验报告。
其次，严格执行断路器的检修周期，及时发现断路器极柱损伤等问题，采用耐压、真空度测试、SF6密度检测等手段，及时发现耐压不合格、真空度不合格或者SF6泄露等隐患，对于运行年限已久的断路器要缩短检修周期。
4.2防止高压开关柜爆炸的新技术
在常规红外测温巡视的基础上，可配置先进的电压、电流及温湿度传感器等感知设备，全面感知高压开关柜设备的运行状况，及时发现电压、电流、温湿度异常等情况，根据采集的数据进行预判开展主动检修。此外，可借助暂态地电压和超声局放测量技术，及时发现异常放电和异响。因为，当开关柜内某部件存在局部放电时，会产生电磁波，该电磁波通过开关柜体金属壳表面的缝隙泄露出来，在金属壳外面产生持续几纳秒的微弱暂态地电压，可以通过局部放电监测仪测量这种暂态地电压信号，从而检测出开关柜内部存在的局部放电信号。当开关柜内某部件存在局部放电时,在产生电磁波的同时，也会伴随着爆裂状的声发射产生超声波，且很快向四周介质传播，通过超声波传感器，将超声波信号转换为电信号，就能对开关柜内的局部放电水平进行测量和定位。
5监测装置的硬件设计
5.1监测装置的组成和工作原理
高压开关柜断路器机械特性在线监测装置主要由分合闸线圈电流传感器、储能电机电流传感器、触头行程传感器、状态监测智能终端等部分组成，监测装置的基本工作原理是:分合闸线圈电流、储能电机电流、触头行程等前端传感器负责采集原始数据，数据经模拟或数字输入接口汇集到状态监测智能终端，状态监测智能终端根据事先内置的软件算法，计算得出关键的机械特性特征参量并进行状态评价，最后将分析结果在客户端应用程序显示出来，输出告警。
5.2状态监测智能终端
数字输出接口模块设置有ＲS485模块接口和输出扩展接口。输出扩展接口包括三个插拔接口，用来插装ＲJ45模块、Zigbee模块、Wifi模块或4G通讯模块。通过数字输出接口可将监测分析结果上传给桌面端或移动端的应用。核心处理器模块运行Linux内核2．4以上版本，并提供基于IEC61970协议定制的高压开关柜数据访问接口。核心处理器模块采集模拟通道输入模块、状态输入/输出模块和数字输入接口模块输入的模拟量、状态量和数字量，并分别对其进行AD转换及协议解析，并更新到高压开关柜数据存储区。核心处理器模块同时根据设定高压开关柜数据处理算法，最终输出断路器状态评价结果。
6监测装置的软件设计
机械特性特征量的计算,特征量应能反应断路器机械机构的运动状态，本文选取以下九个参量作为断路器机械特性的关键特征量:(1)铁芯启动时间T1(2)脱扣完成时间T2(3)辅助开关切换时间T3(4)线圈带电时长T4(5)线圈稳态电流值Iw(6)储能时长Ts(7)储能电机平均电流Iav(8)分合闸时间T(9)行程S上述第1至第6个特征量可以利用在分合闸线圈电流波形、储能电机电流波形中提取极值点的方法确定出来;储能时长为储能电机自上电时刻开始到电流结束时刻的整个时间区间;储能电机平均电流为每一个采样点的电流值在储能时长上的算术平均值;行程为动触头起始位移量之差。
结束语
本文对高压开关柜断路器机械特性在线监测装置展开研究，通过霍尔电流传感器、角位移传感器及其电路以及状态监测智能终端等相关模块，分析处理得到断路器机械特性的特征参量，建立了机械特性状态评价体系。
参考文献
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