高压开关柜智能监测仪的研究与实现

胡 军 黄志浩 傅国强 赵冰颢

（广东电网公司珠海供电局，广东 珠海 519000）

1 典型案例

（1）2002年1月1日，齐鲁石化公司塑料厂5BS配电室高压开关柜60508开关发生闪爆，导致整个装置停车，造成了巨大的经济损失。

（2）2009年9月14日，某化肥厂在起动一台贫液沗时，发生一起高压开关柜爆炸，整个配电室停电事故，尿素系统被迫停车，严重影响生产。

（3）2005年7月4日和2006年9月13日，河南省淅川县电业局局所属荆关110KV变电站，发生两次铠装型手车开关柜上下隔离触头运行中，在负荷电流约占触头额定通流容量1/3的情况下，严重发热造成事故，被迫停电进行抢修。

2 存在问题与原因分析

（1）高压开关柜防止误入带电间隔这一功能使得开关柜的柜门的开闭与接地开关有闭锁关系，即只有合上接地开关后才能打开开关柜门。

（2）高压开关柜验电问题是一个多年来困扰电力安全生产的问题，目前推广的全封闭型”五防”开关柜的机械”五防”闭锁装置，无法满足安全规程”先验电、后挂接地线”的要求。因为在执行停电工作时，在合接地开关前必须验明设备已无电压。然而封闭式高压开关柜处于全封闭状态，按照正常的操作方法，无法用携带式高压验电器对设备进行验电，因此，就出现了强行解锁打开开关柜柜门的方式验电。

（3）目前开关柜上大量使用以氖灯作为显示元件的高压带电显示装置，经过长时间的运行使用，发现失明率高，氖泡出现大量损坏。为了弥补缺陷，在带电显示装置上装设了氖灯运行/关闭开关，平时该开关处于关闭状态，从而使得整个高压带电显示装置暂时退出运行。这种处理方式，失去了高压带电显示装置作为监视线路侧带电与否的作用。

（4）氖灯亮度低，特别是在明亮的环境里亮度受到冲刷，显示性较差。

（5）老式带有强制性电气闭锁的高压带电显示装置，闭锁原理过于简单，只是将A、B、C三相传感器输出的信号分别进行半波整流后直接复合在一起，去控制闭锁回路。这种方式在系统出现单相接地或缺相的异常情况时，因闭锁控制电压的飘移可以导致装置不能可靠闭锁而发生带电合接地开关的事故。

（6）目前安装的氖灯式高压带电显示装置大多采用塑料外壳并安装于高压设备间隔内，一旦在操作过程中开关柜内部短路放弧，高温电弧可能将装置的塑料外壳熔化，伤及运行或检修人员。

（7）自然通风散热效果差。设计制造时柜体结构未充分考虑合理有效的自然通风散热问题。在大负荷情况下，电器接头接触部分容易出现温升过高现象。

3 提升措施

为了解决这些问题和不足，我们必须要采取一些措施，能够保证高压开关柜正常工作。

（1）必须要开关柜的工作参数进行监测，这样能够显示开关柜是否在工作状态，以防工作人员触电现象。

工作参数：电流，电压，功率，相位，系统频率，电度，需量，三相电流与电压2－63次分次谐波、谐波总量，分相显示及统计电度量，三相电流、电压、功率最大值、最小值、不平衡度及发生时间。

（2）在柜内底部安装湿度及防凝露控制器。当传感器检测到柜内所处环境湿度超出设定值85%RH时，控制器自动接通加热器升温，提高柜内温度，破坏凝露形成的条件，降低环境湿度。当湿度降至预设定值时，控制器自动停止加热。

（3）显示断路器触头区域上下A、B、C六个触头运行温度、柜内温升和湿度信息。同时判别是否超出事先预设的温度门槛值，如温升超限，即发出报警触点信号，启动报警装置和通风装置。当传感器测得手车柜三相上下隔离触头导电体上温度大于600C时，装置自动接通顶部泄压孔外部平面抽风散热装置，进行通风散热。当测得触头温度低于550C时，排风散热装置自动停止工作。

（4）根据开关柜的工作环境温度自动核定开关柜及电缆的载流量，出现异常时发出告警信号。保证开关柜在不同季节、不同环境下均能安全运行。

（5）为保持高压室内清洁，变电站配备适当功率的吸尘器，定期进行地面除尘工作。

4 高压开关柜智能监测仪的工作原理

为了满足以上改进措施，我们公司研制了一套高压开关柜智能监测仪。他是专门针对高低压开关柜的特点而设计，不仅可以对开关柜的工作参数，工作环境和预留开关设备载留回路过热进行全方位地在线监测，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，识别存在的故障，为设备的状态维修提供依据。

当开关柜处于工作状态时，监测仪会通过电压互感器，电流互感器和温湿度传感器把电压信号，电流信号和温度信号等重要参数发送到装置的CPU，而CPU将会通过24位高速高精度A/D转换器把这些信号转换成数字信号,装在开关柜的监测仪就会把这些工作参数在面板上显示出来。

当传感器检测到柜内所处环境湿度超出设定值85%RH时，控制器自动接通加热器升温；当湿度降至预设定值时，控制器自动停止加热。

埋设在手车触头附近的热敏电阻将温度信号传送给信号处理模块，模块中的CPU将随热量变化的电阻信号转换成温度数字信号，连同本传感头的编号一起通过无线发射模块发送出去。装在开关柜前面板上部的监测仪，接收并解调这个信号，显示断路器触头区域上下A、B、C六个触头运行温度、柜内温升和湿度信息。同时判别是否超出事先预设的温度门槛值，如温升超限，即发出报警触点信号，启动报警装置和通风装置。

结语

本文主要阐述高压开关柜故障事件，高压开关柜存在的问题和原因分析，并对其所表现出的问题提出改进措施，最后对其实现的方法进行介绍。结果证明，高压开关柜智能监测仪参数测量精度高、功能强大、运行可靠、现场接线与操作非常方便，并且降低设备故障率，保证优质、稳定、连续、可靠地供电。

[1]王俊美.10kV高压开关柜智能化在线监测系统研究[D].河南理工大学，2007.