新型10 kV智能化开关柜的研制与应用

弋文才

（郑州祥和集团有限公司登封分公司，河南 登封 452470）

0 引 言

在市场经济快速发展的背景下，人们对于电力的需求不断提升。结合国家电网提出的高压设备智能化原则与要求，对中压配电网普遍使用的10 kV开关柜进行全方位分析。

1 智能开关柜组成分析

智能开关柜是指具备智能化特点和完善性能的开关柜，其中包含执行器、变送器以及电子装置，除了具备常规开关柜的基本功能之外，还能实现在线监测、诊断等功能[1]。新型10 kV智能化开关柜的组成部分包括机械特性测量模块、传感器、泄漏电流测量模块等，具体如图1所示。

图1 10 kV智能化开关柜结构

2 新型10 kV智能化开关柜的研制与应用

2.1 明确在线监测母线发热温度

中压开关柜内部导电连接处会受到机械振动、设备制造隐藏缺陷的影响出现接触点恶化、接触点温度提升，加快接触表面的氧化速度[2]。在此背景下，会形成恶性循环，直到绝缘损坏、电弧放电，严重情况下还会引发设备事故。针对这一问题，工作人员会采用涂抹温度变色材料或设置红外测温窗口等方式解决。由于该工作的落实既要加强设备巡检，又要加强质量检测，不仅会造成人力资源浪费，而且故障问题也无法被及时发现、处理。基于此，可以采用实时温度在线监测方式，通过科学监测实现对事故问题的预防。如果传感器采用的是电池供电方式，工作人员要定期更换电池。为了达到良好的测温效果，在选择测温探头安装位置时要避免对已有绝缘结构造成影响。此外，还要对红外测温结果进行科学调整，以有效防止距离系数因素、辐射率因素对测量准确性造成影响。

在MLX90614新型高精度测温传感器使用过程中，通过在线方式监测开关柜中母线电连接处发热温度情况，其主要优势体现在以下几个方面。一是可以采取非接触器红外测温方式，能够对在线监测的高电位与低电位进行隔离；二是传感器可以实现数字信号输出，在这一过程中数字滤波器与存储器能够集成，数字信号传输具有很强的抗电磁干扰能力；三是传感器体积较小，可以为安装工作提供更多便利；四是SMBUS总线输出模式是MLX90614中的重要组成部分，能够采用分布式监测方式监测连接处情况；五是采取双单片机通信方式，可以确保总线协议传输的数字信号在传输到前端传感器时仍然具备实时性、有效性与精确性；六是在确保测温准确的基础上，传感器前端探头距离母线的位置大约在150 mm，能够满足开关柜电气绝缘距离要求。

根据KYN28A柜历史运行记录，断路器动静触头结合处属于热故障多发位置，容易受啮合尺寸偏差等因素的影响出现发热问题[3]。测温点应选择触头盒出口处的铜母线，该位置距离接触点较近，而且温差相对较小，通过软件补偿的方式可以实现对实际温度的还原[4]。工作人员要重点落实6个传感器的安装，即母线室设置3个、电缆室设置3个。开口位置要与触头盒口的铜母线对准，实现开口处隔离，确保原有的防护等级不会影响原柜绝缘性能。

2.2 在线监测绝缘件泄漏电流

从经济性、实际情况角度考虑，可以在中压开关柜中进行电力装置的合理设置，不仅花费成本较少、现场施工较为简单，而且最终数据可靠性也得到保障[5]。同时，运用泄漏电流监测原理，具体如图2所示。

图2 绝缘件泄漏电流监测原理

在信号提取中，可以采取接触式引流环结构方式。引流环的宽度、厚度分别为5 mm、1 mm，使用进口导电胶涂制而成，便于在绝缘电子中实现对泄漏电流的收集。通常情况下，将引流环安装在与绝缘件接地点距离3～5 mm处即可，不会对其绝缘性能产生影响。将小电流互感器设置在引流环后端位置，实现对高电位与低电位的隔离，提高检测系统的可靠性、安全性[6]。针对微弱绝缘泄漏电流，在具体传输期间要对屏蔽线进行合理利用，这样能够提升检测灵敏度，提高抗干扰能力。清洁环境中，套管表面的泄漏电流相对较小；潮湿环境或污秽环境中，套管表面绝缘性能会不同程度受到影响，泄漏电流也随之增加[7]。如果是单相接地，同时套管上存在严重污秽，此时套管泄漏电流大约为40 μA。通过具体试验结果可以了解到，12 kV断路器在线监测系统的一级绝缘劣化阈值可以设置为50 μA，该阈值的设置能够对大电流起到抗电磁干扰作用，同时预留出10 μA的裕量。如果超出这一阈值范围，将会进行报警。一旦泄漏电流超出50 μA，表面环氧绝缘套管的绝缘性能可能会出现失效危险，此时要立即停止设备继续进行，做好停电检修工作[8]。二级绝缘劣化报警阈值设置为100 μA，同时也预留足够裕量，避免电磁干扰造成系统误动作。

2.3 了解在线监测开关机械特性

电路器较为严重的机械故障主要包括两方面，一方面是拒动，另一方面是误动。而造成此类故障问题的主要原因是操动机构或传动系统出现机械失效问题、电气控制问题以及辅助回路故障问题。基于此，要根据当前技术水平、产品成本等做好中压真空断路器的检测工作。

检测断路器触头行程-时间特性曲线情况，通过对该曲线的合理利用可以准确计算平均分闸速度、合闸速度，同时还要明确最大分闸速度、最大合闸速度以及动触头行程参量等[9]。触头行程-时间特性可以将断路器工作状态直接展现出来，行程测量的具体要求是不仅不能对机构原有机械特性、绝缘性能造成影响，同时还要将触头行程随时间变化特点反映出来。由于传感器的选用要为安装工作提供便利，与监测系统之间要具备较强适应性，因此要尽量选用小体积、较高灵敏度的传感器。

传统直线位移传感器受到尺寸影响，无法在实际工作中得到有效应用。在线情况下，动触头会处于高电位中，对于监测系统隔离有着较高的要求，此时对动触头行程曲线进行测量具有一定困难。在真空断路器分闸、合闸期间，动触头行程、主轴转动角度数呈对应关系，此时能够获得主角位移曲线。如果真空断路器的主轴位于低电位并与高压部分存在一定距离，那么不会出现高电位隔离问题[10]。主轴附近有着较多的可用空间，可以为角位移传感器安装提供更多便利，能够适用于很多不同型号真空断路器。对于主轴角位移与触头直线位移之间的关系，可以通过落实离线试验的方式进行明确，同时还要做好角位移-直线位移表格的制作工作，这样可以为查表提供更多便利。通过合理计算，能够明确速度参量、分闸时间参量、合闸时间参量。

在检测分闸、合闸脱扣线圈回路电流期间，工作人员要详细、准确地记录分闸、合闸全过程线圈电流波形情况，同时对线圈电流变化进行分析，从而准确判断断路器机械故障趋势，并获得固有分闸时间参数、合闸时间参数。

3 结 论

综上所述，在当前电力行业发展中，应该将新型10 kV智能化开关柜研发与应用作为一项重点工作，全面提升配电网供电可靠性、安全预警能力、运行效率以及设备利用率，提高供电企业的服务水平、供电质量。通过了解在线监测开关机械特性，有效掌握在线监测绝缘件泄漏电流等问题的处理方式，从而提高电力企业的市场竞争力。