智能高压开关柜（共12篇）
智能高压开关柜 篇1
智能开关柜是高度集成化和数字化的设备, 由智能电器、智能控制和一次开关柜体构成。智能电器是在开关设备中引入计算机技术, 数字处理技术和网络通信技术的新一代模块化和标准化开关电器;智能控制是采用智能处理控制系统对数据进行独立的处理, 并可将采集的信息进行处理后通过计算机通信接口上传, 实现测量、保护、控制、数据采集与监控、电能计费、事故报警、事故追忆、数据报警打印等功能, 能够根据开关的状态和电网的运行模式, 自动选择最佳模式进行控制和保护。
智能开关柜的设计: (1) 柜体采用中置移开式结构、采用进口敷铝锌钢板经数控冲床加工, 采用多重折边工艺, 用拉铆和高强度的螺栓联接拼装而成, 精度高, 具有抗腐蚀性和氧化性, 机械强度高, 外型美观。 (2) 开关柜分为母线室、仪表室、断路器室、电缆室四个独立隔室。柜体防护等级为IP4X。 (3) 断路器是在柜门关闭的情况下才能操作, 无电情况下才能合接地开关, 操作人员安全感强。 (4) 智能开关柜具有先进的机械联锁装置, 完全满足“五防”要求。 (5) 智能开关柜选用具有电动底盘功能的智能型断路器和具备电动操作的接地开关。 (6) 智能开关柜设计紧急分闸按钮, 可以满足紧急情况下的分闸操作。 (7) 智能开关柜可就地或远方操作断路器手车遥进和退出、可就地或远方分、合接地开关, 能进行远方合分闸的断路器。 (8) 选用电子式互感器、智能操控装置、电弧光保护、红外测温窗口等装置。 (9) 构建信息化网络结构。
以下本文将从智能型断路器、智能化的测量控制保护装置、智能操控装置、开关柜温升在线监测装置、电弧保护装置等五个方面来介绍智能开关柜的设计和应用。
1 智能断路器和电动地刀
智能断路器配有集成化微电子设备、数字通信接口、传感器和执行器, 集智能化控制功能、状态监测与诊断功能、智能化操作功能为一体。具有分合闸和在线监测和诊断功能, 能及时了解开关设备全面的运行状态, 掌握并智能分析处理其变化趋势。
智能断路器具有完善的在线机械特性检测, 分合闸电磁铁和储能电机电流波形测量, 温升测量, 并据此进行机构状态检测、诊断、报警。同时具有通信和数据记录以及底盘车电动进出功能, 显著提高了断路器系统的智能化和可靠性。具有以下特点:
(1) 友好的人机界面。智能化断路器面板上具有可触摸的人机界面, 可分页浏览断路器详细的运行参数。 (2) 机械特性在线检测、在机构上安装有特制的位移传感器和专有的信号处理单元, 通过断路器面板上的显示器可显示每次分合闸后的分合闸位移波形, 分合闸速度, 分合闸时间, 超程, 开距, 不同期等机械参数。 (3) 分合闸、储能电机电流波形检测。采用高精度的霍尔传感器对分合闸电磁铁, 储能电机的电流进行测量, 并能将电流波形显示出来。 (4) 断路器状态检测, 诊断及维护导则等专家系统。根据检测到的分合闸机械波形, 分合闸电磁铁、储能电机电流波形和在线温度情况, 对断路器的状态进行诊断, 得出断路器各个环节是否正常, 对出现异常情况进行报警和分析处理。 (5) 具备通讯和数据储存功能。智能化断路器采用标准的现场总线通讯接口, 支持多种标准通信协议, 可将监测数据、曲线和诊断结论显示到综合监测装置上, 并通过数据传输到后台中。具备强大的数据储存功能, 能将断路器每次操作的机械特性和各电流波形进行储存, 便于调用查看。 (6) 电动进出控制。电动底盘车可现实断路器的远程进出控制, 具备手动优先功能和进出软启动和软停止, 具有堵转保护, 可手动和电动自由切换。 (7) 智能断路器具有电磁兼容功能和满足机械特性和温升的要求, 可靠性和安全性高。 (8) 电动底盘车和电动接地开关。电动底盘车和接线模块布置于底盘车车架内, 与底盘车构成一个整体。同时适用于手动、电动操作。接地开关采用一体化模块结构, 可电动合闸、电动分闸、手动、电动切换
2 智能化的测量控制保护装置
智能化的测量控制保护装置主要器件为可编程的高速微处理器和单片机, 软件和硬件上采用模块化结构, 运用数字技术以及计算机技术, 在强干扰和恶劣环境下也能够实现保护、测量、控制、监视、通信等各种功能。
2.1 保护功能。
三段式电流保护 (方向或低压闭锁) , 反时限过流保护, 低周减载保护, 三相重合闸的保护功能, 小电流接地选线、低电压、过电压以及零序电压、过负荷的保护功能, 断路器失效时的保护功能。
2.2 控制功能。
可以实现就地、远方控制, 对断路器底盘车进、退的控制, 断路器分、合闸的控制, 还有接地开关的分合登各项操作, 以及实现保护合闸、保护跳闸;对信号进行控制以及将控制对象的情况显示、打印等, 使控制操作更加便捷和安全。
2.3 测量电量。能够测量电流、电压、频率、功率因数、电能、电度、平均功率等进行测量等。
2.4 通信功能。
装置可以选择双网通讯配置, 能够与管理计算机实现通信或者借助变电站的通信体系进行远程通信。其装置支持Modbus通讯协议以及IEC870-5-101 (103) 等标准通信规约;其串行的标准接口为RS232和RS485, 现场总线为CANBus等;通信介质可采用电话线、光纤、无线、载波等。
2.5 监视功能。
能够对断路器运行状况及跳闸、合闸回路进行监视;能够对本机的运行状态进行自检和报警;具有故障录波和报警追忆功能, 能够对故障的类型、产生的时间以及故障的波形如实加以记录、分析和报警和打印等。
3 智能操控装置
智能操控装置是集中指示一次回路模拟状态、手车位置、接地刀位置、开关状态、操作机构储能状态;高压带电指示、带电闭锁控制器、自动加热除湿、实时数字显示温湿度值及加热器故障监测、超高温报警并强制停止加热、智能语音防误提示、红外人体感应、柜内电气接点温度在线监测、有无功功率、电能、功率因数、电压电流等多种电力参数的在线测量、RS485通信接口、4~20MA变送口等多种功能。
4 开关设备温升在线检测系统
开关设备温升在线监测系统由温度监测单元、智能型无线测温装置构成。温度监测单元包括断路器温度监测单元和母排温度监测单元。
测量装置可在线监测梅花触头温度和母排温度并将采集到的温度数据通过RS-485将数据传输到后台监测平台, 进行数据保存、超高温报警、断线故障报警等功能。
开关设备温升在线监测系统可与温升在线监测软件配套使用, 实现变电站内开关设备温升集中远程在线监测。具有在线采集、监测、分析现场温度的功能。并能作出超温报警、对比历史记录等处理, 保障在设备发生事故之前作出处理。
5 弧光保护
弧光保护控制装置集成保护、监视、控制和通讯功能于一体, 具有可靠性的保护、监控能力。
★闪络保护:具有光纤闪络检测输入以及保护元件。
★可选保护特性电压输入选项:可实现过/低频率、频率变化率、过/低电压、同期监测、直流电源监视、闪络保护以及需求量表计测量。
★可编程的保护逻辑设定。
★测量和监视功能。通过分析顺序事件记录 (SER) 报告和录波报告, 实现快速验收、试验和故障后分析。主动上送的SER规约可用于全站的二进制顺序事件记录SER采集。
★星型和三角形电压输入可设定。
★通讯方式可选择性多。功能包括IEC 61850、DNP3串行口以及LAN/WAN、MODBUS TCP/IP等。
智能高压开关柜 篇2
一、概述
本期进行凉州公司光伏电站一二期高压开关柜预防性试验，试验项目包括开关特性试验、回路电阻测试、绝缘电阻测试、介质损耗测试。试验要求在光伏电站无负荷送出时隔离高压开关柜进行，试验数据要清楚、准确记录，并与安装调试时的交接试验进行对比进行数据分析，试验数据与分析情况、实验报告存档。并做好安全措施及技术措施，保证试验的安全、可靠与正确。
二、安全措施
1、安全目标
（1）在试验工作中不发生触电、高空坠落等人身伤亡事故。（2）不发生因试验工作失误造成电网运行事故和设备损坏事故。（3）在工作中控制未遂事故和异常现象，不发生轻伤事故和障碍。
（4）试验完成后不给设备留下隐患。
2、安全责任
（1）工作负责人对现场工作安全负主要责任，负责检查现场工作的安全技术措施是否落实，负责对现场工作人员进行安全教育，对发现的不安全因素及时纠正，必要时向有关部门或上级部门汇报。
（2）各试验人员应服从工作负责人的安排，严格遵守《电业安全工作规程》规定，确保试验工作的安全。
3、安全措施和反事故措施（1）必须严格执行DL409-1991《国家电网公司电力安全工作规程》及公司相关安全规定。
（2）试验要求有相关电气设备预防性试验作业指导书。（3）试验人员进行试验前培训，保证安全、可靠进行准确的试验。
（4）试验作业有专门负责人负责试验作业的安全措施与技术措施。且负责测试方案的制定及现场工作协调联络和监督。
（5）严格执行《电业安全工作规程》，坚持两票制度，做好设备停电的安全技术措施。
（6）试验前由试验负责人召集全体试验人员，说明本次试验工作的内容和被试设备名称，交待停电范围和安全注意事项，并作书面记录。
（7）试验现场应装设围栏和安全警示，必要时派专人监护。（8）在现场不完全停电的条件下试验时，做好防感应电击伤的措施，如戴绝缘手套、穿绝缘鞋、在停电设备上挂临时接地线等。
（9）进入工作现场应戴安全帽，高空作业应使用安全带，严禁高空抛掷工具。
（10）试验设备外壳应良好接地。接地线应使用有足够电气强度和机械强度的裸铜软线。在拆除电源线前，严禁断开接地线。
（11）试验人员应熟悉所使用设备和仪器的性能和操作方法，严禁违章操作。
（12）在现场试验工作中需要拆开一、二次接线时，拆前应做好标记。试验结束后及时恢复接线。特别要注意互感器二次回路是否与运行中的二次回路有连接，避免造成保护误动等事故。
（13）在不拆开设备连线进行试验时，应防止试验电压经过设备连线引到其它设备上，造成其它人员触电。升压前应检查同一连线上的非被试设备上是否有人工作，并有人进行监护。
（14）实行互检制度。即两人做试验，由一个人接线后，另一个人要进行检查确认无误。
（15）试验工作中途停止且工作人员离开现场时，在离开前应断开试验电源，防止他人合闸时试验设备带电。
（16）坚持工作移交、终结、和汇报制度。每次试验完成后，由工作负责人召集所有试验人员汇报试验中发现的问题，并提交书面报告。
（17）对试验设备、安全工、器具定期检查。对损坏、失效的设备和工具及时修理和更换。
（18）对安全事故坚持“四不放过”的原则（即事故原因不清楚不放过、事故责任人没有受到严肃处罚不放过、整改措施不落实不放过、有关责任人和群众没有受到教育不放过）。对事故原因要调查清楚，吸取教训，制定相应的防范措施。
二、技术措施
1、试验接线
（1）现场接线需要拆开被试设备的连线时，拆前要做好标记，试验完成后要及时恢复。（2）在现场接电源线时，应在检修电源箱上接线，并采取必要的措施防止电源短路。
（3）试验电路接好后，工作负责人应认真检查和核对，对涉及设备安全的接线，如PT（电磁式电压互感器）、CVT(电容型电压互感器)、CT（电流互感器）二次侧接线，尤应慎重。
2、试验过程控制
（1）试验过程中，如发现问题，应提出相应的处理措施。（2）如果由于试验设备自身问题，导致试验结果出错，在排除试验设备的问题后，重新试验。
（3）如果试验数据不合格或异常，应采取更改试验接线、更换试验仪器等方法进行复测和确认。
（4）如在试验过程中，被试设备出现异常，应立即暂停试验。待待查明原因后，方可重新开始试验。
3、数据记录
（1）应采用统一规定的记录本，按照规定的格式进行记录。（2）试验记录应包含以下内容。
a）电站（变电站）名称；
b）被试设备的名称、编号和型号；
c）试验人员名单；
d）试验日期；
e）试验时的环境温度、相对湿度、气象条件；
f）某些设备需要记录设备本体温度（如变压器）；
g）试验仪器、设备的名称、型号和唯一性编号；
h）试验项目名称、试验接线和方法；
i）试验数据；
j）初步分析结果。
（3）试验记录不得随意涂改，数据记录有错误时应采取杠改的形式，并在旁边写上正确的数据。
（4）记录本应妥善保管，随时备查。3.9 试验报告
3.9.1 试验完成后，工作负责人应及时提交试验报告。3.9.2 试验报告除了包括3.8.2条的全部内容，还应有试验依据和明确的试验结论。对不合格的数据应有说明，对有疑点的数据或需要复测的数据，应有明确的说明和处理意见。
高压开关柜绝缘防范对策 篇3
高压开关柜因其在电力系统中的重要作用而使其变得更加不可或缺。高压开关柜负责保护和控制整个发电系统中的电能分配系统与转换系统。因此，整个电力系统的运转全在于高压开关柜能否正常且可靠的运行，所以其在输电网路中具有重要地位已经不言而喻。鉴于此，为确保高压开关柜的正常工作，并对其绝缘防范问题加紧研究和解决已成为今后电力工作人员的工作重点。
高压开关柜绝缘事故的原因
环境的负面影响。高压开关柜的绝缘情况会因为其所处环境不同而有较大差异。例如，绝缘体的外表面会由于其所处环境的湿度和干净度而有所影响。如果在干燥环境中有灰尘附着于绝缘体表面，将不会对绝缘电阻的工作情况有所影响。反之，如有绝缘电阻处于受潮环境中，没有灰尘等杂物附着于表面，也不会影响绝缘电阻的绝缘强度。但是一旦兼具上述两种因素，即绝缘体长时间处于潮湿且灰尘比较大的场所，极易引起绝缘电阻的阻值下降，同时增大泄露电流，进而引发相应安全事故和故障。
绝缘爬距和空气间隙不足。空气间隙与绝缘爬距低于相应标准要求也是造成高压开关柜重要绝缘事故中比较突出的一个因素，而且通常表现为相间电弧的事故形式。在分析实际相关故障档案后发现，如果高压开关柜的绝缘强度处于较低的水平，绝缘等级较差，以及相关设备和材料的质量达不到相关的要求，便有极大概率引发生绝缘事故。与此同时，高压开关柜的共性问题便是其相关电气设备的绝缘性不达标，而且相应电气设备绝缘泄露比距值偏低。因此，如果输电系统中的输电电压有波动或当电压值偏低时，便有较大概率发生绝缘闪络等故障事故。
设备制造质量和工艺缺陷。高压开关柜的装配工艺和制造质量将会极大的影响其整体性和耐压性。例如，即便在耐压试验中高压开关柜中的部分电气元件可以满足试验要求，但是往往在将各电气元件进行组装后，其整体耐压性上却达不到标准。因此，高压开关柜的工艺落后和生产质量不达标是发生该问题的最主要原因。比如较差的装配质量可以从紧固螺丝是否符合操作规则中看出，螺栓在拧紧之后螺杆伸出长度超过螺母的尺寸规定要求。如果在支撑瓷柱处其紧固地板没有经过绝缘处理，不仅集中了电场局部场强，而且影响彼此的绝缘距离。与此同时，相关防范措施没有在高压开关柜设备中设置到位，例如，设计缺陷存在与开关电气装置中联锁位置，从而难以区分分闸与合闸的位置，从而影响电力工作人员的操作，增加了绝缘事故的发生概率和事故的严重程度。
高压开关柜绝缘防范对策
严格执行规程。电力企业为做好防范技术措施，防止电气装置出现过电压故障，相关管理人员务必严格执行《电力设备过电压保护设计技术规程》以及《电业安全规程》的规定。此外，为避免操作人员出现误操作，严格在管理过程中坚持“两票三制”的原则，同时根据实际情况来调整预防性试验的时间，以保障各电气设备处于良好工作状态。
加大绝缘爬距。注意控制保持合理的绝缘爬距，例如，环氧绝缘材料的爬距最小应为200mm，外绝缘爬距的最小距离为190mm。如绝缘子的绝缘性较低，应使用复合材料或瓷瓶绝缘子来替代。如高压开关柜所处外界环境有较多灰尘，可以将其中绝缘子更换为防污型。此外，在防止作业人员因带电装置暴露在外而造成伤害的同时，也为避免导电铝排铜排因有害气体或盐雾污闪而出现腐蚀，应对外绝缘爬距进行定期检验，其中应注意所用高压开关柜和其中电气装置满足该作业环境下的防污等级。
选择合适的防护等级。常用的防护等级如下所述：IP2X能阻挡手指或直径大于12mm、长度不超过80mm的物体进入：IP3X能阻挡直径或厚度大于2.5mm的工具、金属丝等物体进入：IP4X能阻挡直径大于1.0mm的金属丝或厚度大于1.0mm的窄条等物体进入；IP5X能防止影响设备安全运行的大量尘埃进入，但不能完全防止一般灰尘进入。
加强维护监控管理工作。根据相关技术规范来设置高压开关柜中金属结构以及其中其它电气装置的金属部件的接地，牢固连接于专用接地导体处。任何与主回路分开的部件均可以采用隔离开关与接地开关以彼此切换的方式来实现接地。使用专用端子把各高压开关柜的接地导体进行连接并固定。使用与柜体机械强度相一致的金属来制作高压开关柜内用来分开各电气装置的隔板，并做好接地处理。在支架上必须牢固安装各种装置，例如，断路器、负荷开关和操作机构等，避免有外力作用致使其发生形变。继电器与仪表的设备不应在负荷开关、断路器以及接触器出现操作振动时而受到影响。与此同时，为方便维护、检修和定期开展预防性实验，应将互感器设计并安装在合适的位置。
净化环境，封堵孔洞，严防潮。应加装滤网和网栅等装置在抽风机或百叶窗结构中，以防止尘埃或小动物的进入，并起到通风和净化空气的作用。如环境中有较高湿度，应及时添加除湿装置。封堵利于潮气进入的柜体缝隙或孔洞，并用阻燃材料封堵电缆孔。此外，注意定期对设备进行维护，确保绝缘的状态符合正常工作的要求，以保障其各项参数符合运行的要求。
智能高压开关柜 篇4
作为电力系统中直接向10 kV配电网分配电能的电气设备, 10 kV高压开关柜长期通过较高的负荷电流, 有部分高压开关柜甚至长期通过高达4 000 A的电流。如此高的工作电流, 再加上高压开关柜内部各插头 (接头) 发生位置偏移、动静触头等发生松动、用料不良等原因导致的接触不良进而致使电阻增大, 最终使得10 kV高压开关柜内部发热严重。在国家相关规范中, 对于10 kV高压开关柜内部温度有明确的规定, 一旦超过了温度允许值, 就有可能导致10 kV高压开关柜的运行事故。因此, 采取一种有效的在线测温技术来对10 kV高压开关柜内部温度进行准确的在线实时监测, 是十分有必要的。
1 10 kV高压开关柜在线测温的特点
10 kV高压开关柜由于设备结构以及运行方面的具体要求, 其在线测温技术有以下特殊性[1]:
1.1 非接触式的测温技术难以满足要求
以当前应用较多的XGN型及KYN型开关柜为例, 其内部包含断路器、隔离开关、CT以及电缆头等电气元件。为避免因积污和受潮引起污闪事故, 同时也为了避免小动物误入造成短路, XGN型开关柜内部的导电部位都进行了绝缘热缩包封, 即开关柜内部需要进行测温的部位几乎都被绝缘体包裹, 使得红外测温技术难以发挥作用。
1.2 测温装置需要进行高压绝缘
10 kV高压开关柜正常运行状态下, 其额定电压为10 kV, 测温装置必须装设于测温点的带电设备上, 而温度信号的接收装置则在开关柜的柜体上或者柜体外, 这就意味着测温装置与接收装置之间要进行高压隔离, 同时还不能对开关柜内部电气元件的安全距离造成影响。这可以说是开关柜测温技术应用于实践需要解决的首要问题, 也是影响在线测温技术发展的重要原因。
1.3 不能影响到开关柜内部原有电气元件的性能
10 kV高压开关柜内部很多电气元件都需要根据运行方式来进行相应的分合操作, 如断路器、隔离开关等。这就要求在线测温装置的安装与工作不能对开关柜内部原有电气元件的工作性能造成影响。
1.4 要能适应开关柜内部恶劣的工作环境
由于目前应用的10 kV高压开关柜都为全密封结构, 开关柜内部通风不佳, 温度较高;再加上高压开关柜的工作电流都在数千安培, 又处于变电站这种电磁干扰较为严重的环境中, 因此要求在线测温技术要具有良好的抗干扰能力, 能保证测温数据的可靠性。
2 10 kV高压开关柜在线测温技术研究现状
2.1 红外测温法
作为一种典型的非直接接触测量方法, 红外测温技术的组成单元包括红外探测仪、光学系统、信号放大装置以及信号处理、显示输出等部分。红外探测仪能将入射的红外辐射转换为电信号, 该电信号经放大及处理后, 即转变为被测目标的温度值。目前红外测温仪现场使用十分方便, 还具有拍照和自动寻找最高温度点等扩展功能, 在电力行业应用非常广泛。但对于10 kV开关柜而言, 由于红外光路会受到开关柜内部元件及绝缘体的遮挡, 难以准确测量被测元件的温度值, 也无法对其进行校正, 因此通用性较差, 只能用于早期10 kV开关柜温度的监测, 而不能用于目前广为使用的全封闭式金属开关柜[2]。
2.2 无线测温法
无线测温法是一种新型的测温方法, 它一般由分散式测温装置、温度信息接收装置以及数据处理系统3部分组成。其中, 分散式测温装置直接安装于各个测温点, 而温度信息接收装置的放置地点与开关柜之间要有一定的距离, 两者之间通过无线传输的方式进行通信, 从而实现了高压的隔离与绝缘。此种方法能够解决红外测温技术在全封闭式金属开关柜中应用的局限性, 但同时也存在一定的问题。最为关键的一点就是分散式测温装置工作稳定性问题, 由于该装置的电源一般为电流感应式电源, 其能量大小随电力负荷的变化而改变, 在电力负荷曲线变化很大的情况下, 其能量也会有很大幅度的改变, 这样就会造成测温装置时常出现供电不足的现象[3]。
2.3 光纤测温法
光纤测温技术作为一种新兴的测温技术, 具有十分广阔的应用前景。其最大特点就是可以对开关柜内部电气元件 (如母排、动力电缆的接头等部位) 进行“零距离”的温度监测。由于光纤的特性, 其既不会受到复杂电磁环境的影响, 也不会对开关柜内部原有电气元件的特性造成影响, 具有在高电压、强辐射和腐蚀以及强电磁干扰等恶劣环境下不间断连续测温的优异性能, 这是其他测温技术所无法比拟的, 因此十分适合10 kV高压开关柜的温度测量。
3 测温技术比较
表1为10 kV高压开关柜各种测温技术优缺点的对比[4]。
4 结语
为了保证智能化无人值守变电站中10 kV高压开关柜的安全可靠运行, 随着新技术的不断开发与应用, 智能化变电站电气设备状态检修技术将得到广泛应用, 与此同时, 10 kV高压开关柜的在线测温技术也必将得到进一步的应用与推广。
摘要：首先结合智能化变电站设备结构以及运行方面的具体要求分析了10kV高压开关柜在线测温的特点, 进而对10kV高压开关柜在线测温技术研究现状进行了探讨, 最后对10kV高压开关柜各种在线测温技术的优缺点进行了对比, 对智能化变电站10kV高压开关柜在线测温技术的推广与应用有很好的指导意义。
关键词：智能化变电站,10kV高压开关柜,在线测温技术
参考文献
[1]王小华, 苏彪, 荣命哲, 等.中压开关柜在线监测装置的研制[J].高压电器, 2009 (3)
[2]王绍亚, 宋光辉, 孙伟红, 等.开关柜在线测温技术应用研究[J].中国科技信息, 2011 (23)
[3]王志勇.变电站高压开关柜在线测温系统设计[J].企业科技与发展, 2011 (20)
智能高压开关柜 篇5
近年来，国外已经研发出一些弧光监测与保护系统，典型产品包括德国 Moelle 公司的 ARCON 故障电弧保护系统，ABB 公司的 ARC Guard System 保护系统和芬兰 Vaasa 公司的 VAMP 保护系统等。这些系统是基于监测电弧故障时发出的弧光以及过流双判据，以提供快速而安全的母线保护，为限制电弧故障损坏提供了有效的解决方案[9]。但这些系统往往比较复杂，实现起来难度较大，价格高昂，因而限制了其的推广使用。
相对于国外在这一领域的研究，国内在电弧诊断与保护方面仍处于起步实验研究阶段。西安交通大学开发了基于光纤传感器和弧光信号监测单元的弧光单判据监测系统，这是国内首次开发成功的开关柜内部电弧在线监测和保护装置。此外国内也有基于电弧光谱中紫外线来分析故障电弧的装置[10-11]以及基于电弧电磁能量[12]和压力特性[13]等的故障电弧监测保护装置，但上述一般均采用单判据监测方法，可靠性仍有待论证，暂时还无法推广到工程实践中去。因此在现有研究成果的基础上，针对矿用开关柜的特殊要求，提出一套可靠性高，抗干扰性强，动作快速，使用简便，成本低廉的故障电弧监测和保护装置是非常有必要的。基于此背景，本文提出了一种基于故障电流和故障电弧弧光双判据的监测方法以实现故障电弧定位监测和保护的双重功能，结构简单，具有较强的稳定性和可靠性。
系统总体方案
本系统由故障电流监测模块、弧光监测模块、柜内温湿度监测模块以及中央控制单元构成。其中，故障电流监测模块用于监测开关柜的进线侧电流;故障电弧监测模块用于监测开关柜的弧光信号;温湿度监测模块对开关柜母线室和电缆室温湿度实时监测。中央控制单元搜集上述 3 个模块的监测信息，运用专家系统进行综合判断，识别并定位故障电弧，输出保护控制信号及故障信息数据。系统的结构框图如图 1 所示。如何通过搜集得到的电流、弧光和柜内温湿度信号，准确预测并识别电弧故障，是系统研究的关键点。故障电弧产生的时候，进线侧电流会瞬间变大，因此，同时监测到弧光信号与电流瞬间增强，可准确判断电弧故障的>文秘站－中国最强免费！<发生，避免单一监测可能带来的误判。当同时检测到故障电流和弧光信号时，发出跳闸指令;当仅检测到两者之一时，发出报警信号。故障电弧保护原理如图 2=“” 所示。另外，柜内温湿度过大是造成电弧故障的一个重要因素，因此，当柜内温湿度过大时，自动启动风扇实现降温除湿;如果温湿度依然过高，启动报警。
系统硬件设计
1.故障电流监测模块:故障电流监测模块完成故障电流的采集和辨识，为开关设备的动作提供依据。电流互感器对开关设备每相进线上的电流进行监测，实时动态地输出所监测到的电流信号，依次经过整流分压电路单元、信号转换单元、电平判断单元、积分单元、输出单元，产生开关设备的故障电弧信号，送入中央控制模块进行分析和存储。
2.故障电弧监测模块:故障电弧采集模块完成对弧光信号的调理和采集功能，包含安装于开关设备母线室内用于采集弧光信号的凸透镜，以及依次串联的弧光感测电路、比较电路、锁存电路、多路选择开关。凸透镜按照像距和物距的位置放置于开关设备母线室需要监测的位置。本系统根据母线室和电缆室内的位置布局和易于发生故障电弧的`所在地，将 8 个不同焦距的透镜分别安装在母线室和电缆室内，以全面监测可能产生的电弧光信号。经过透镜后的电弧成像光路如图 3 所示。弧光感测元件为光敏三极管阵列，本设计中将其组成 8×8 的阵列，将从凸透镜聚焦的光信号转换为电信号。图 4 为利用虚拟仪器技术模拟的电弧成像分布图。图中圆圈代表感光元件，阴影部分为故障电弧的成像，根据凸透镜、弧光故障位置和光敏三极管之间的位置关系即可换算出设备中发生电弧故障的位置，因而可以很好地反映电弧的发生、发展过程，为后续的弧光故障分析提供很好的依据。如图 4 所示，每个凸透镜后面有 64 个光敏三极管阵列，而每个光敏三极管都对应着独自的信号处理电路。如图 5 所示，先经过信号放大，再通过比较电路与设定的基准电平比较，确定电弧成像有没有到达后方相应的弧光感测电路光敏元件所在区域，从而形成电弧图像信号;锁存电路锁存电弧图像信号，并通过多路开关与中央控制单元进行数据传输，而后送入监控后台进行模拟电弧成像处理。本系统中 8 路弧光信号通过或门或多路选择器循环采样，任何一路发生弧光即可产生故障信号。
3.温湿度监测模块:本系统采用温湿度传感器 SHT71 实现对母线室和电缆室的温湿度监测。SHT71 是一款基于两线数字输出的集成温湿度传感器，能同时测量温度和相对湿度，具有露点值计算输出功能。传感器中还集成了 14 位的 A/D 转换器、标定数据存储器和稳压电路，输出数字信号可以直接送到微控制器，无需外围元件，测量精度高，抗干扰性好。
4.中央控制模块:中央控制模块完成对故障电流监测模块，故障电弧采集模块和温湿度监测模块输入信号的分析，准确判断故障电弧是否产生，并利用故障电弧图像反向定位电弧发生位置。同时，通过 CAN 总线实现与上位机通信，发出故障信息与动作指令(包括启动风扇)。本设计中 STM32 系列 ARM 处理器作为主控芯片，共采集 3 路进线电流信号，8 路弧光信号，2 路温湿度信号。主控板的整体硬件结构如图 6 所示。
系统软件设计
中央控制模块完成的主要任务包括电流信号，弧光信号，温湿度信号的采集分析并与监控后台的CAN 总线通信。主程序流程图如图 7 所示。系统启动后，首先进行初始化，然后运行主程序。主程序是一个无限循环的采集、判断与通信过程。通过对弧光、电流、柜内温湿度信号的采集并与设定值简单比较，如果超过设定值即启动专家系统进行智能化分析。如果发现异常，则根据异常情况启动风扇、报警及跳闸。每一次监测与判断完成后，都通过 CAN 总线将监测结果及故障分析与处理结果上传给后台 PC 机。本系统建立了故障电弧监测专家系统，用于对监测信息进行智能化分析和处理，其原理框图如图8 所示。电弧故障发生时，进线电流的突变与电弧之间的相互关系可以通过仿真与实验来得到，这将作为专家知识写到系统中。另外，设备使用过程中的老化，比如传感器本身感测能力的下降，以及对温湿度敏感程度的增加，在系统中都加以考察，从而使故障判断阈值柔性化，更能准确的识别、定位电弧故障并实现保护功能。系统采用 CAN总线实现与后台机的信息交互。CAN 总线的仲裁模式，可以保障信息按优先级别实现主动上传，及时反映故障信息。发送与接收程序流程图如图 9 所示。发送时，将待发送信息按特定格式组合成一帧报文，送入发送缓冲区中，启动发送位，即可发送报文。当监测到接收缓冲器中存在有效报文后，接收子程序将缓冲器中的内容读入CPU 的数据存储区，完成接收后检查总线状态及溢出情况等并做相应处理。
结论
智能高压开关柜 篇6
【摘 要】随着人们生活水平的不断提高，人们生活中的电器设备越来越多，多电力的依赖性也越来越高。10千伏高压开关柜作为城市配电网中的重要组成部分，其安全性与可靠性直接关系到居民的用电状况，一旦发生故障，就会给电力用户的生活带来影响。可是，10千伏高压柜的生产厂家众多，无论实在设计阶段还是制造、安装阶段都会存在不同问题，而且由于维修人员的疏忽等原因导致事故不断。本文作者对高压开关柜的主要特点与分类进行了详细介绍，并针对其常见故障提出了相应的预防措施。
【关键词】10千伏；开关柜；常见故障；预防措施
1.高压开关柜的主要特点及分类
1.1主要特点
高压开关柜的主要特点表现在以下几方面：第一、开关柜的功能标志就是有两次回路方案，包括电能汇集、分配、计量和保护功能电气线路。一个开关柜有一个确定的主回路（一次回路）方案和一个辅助回路（二次回路）方案，当一个开关柜的主回路方案不能实现时可以用几个单元方案来组合而成；第二、开关柜具有一定的操作程序及机械或电气联锁机构，实践证明：无“五防”功能或“五防功能不全”是造成电力事故的主要原因；第三、具有接地的金属外壳，其外壳有支承和防护作用。因此要求它应具有足够的机械强度和刚度，保证装置的稳固性，当柜内产生故障时，不会出现变形，折断等外部效应。
1.2高压开关柜分类
高压开关柜可以根据安装方式的不同、安装地点的不同以及根据柜体结构的不同，可以分为多种，具体内容为：
第一、根据安装方式的不同可以将高压开关柜分为移开式与固定式两种。移开式又可以称为手车式，主要是指高压柜内的主要电器元件是安装在手车上的，由于手车是可以抽出来的，互换性较好，供电的可靠性能够在很大程度上得到提高；固定式正好与移开式相反，高压开关柜内的主要电器元件是固定的，虽然不如移开式那么灵活，但却比较简单经济。
第二、根据安装地点的不同主要可以将高压开关柜分为户内与户外两种。由于户内外环境、空间等因素，导致有些高压开关柜只能在户内安装使用，有些则只能在户外安装使用。
第三、根据柜体结构上的不同可以将高压开关柜分为金属封闭铠装式开关柜、金属封闭间隔式开关柜﹑金属封闭箱式开关柜和敞开式开关柜四大类。
2.高压开关柜常见的故障
在实际应用过程中，高压柜开关比较常见的故障有拒动与误动故障、开断与关合故障、绝缘故障、关键设备和核心部件老化以及接触不良引起的故障，具体内容为：
2.1拒动、误动故障
这种故障是高压开关柜最主要的故障，其原因可分为两类。一类是因操动机构及传动系统的机械故障造成，具体表现为机构卡涩，部件变形、位移或损坏，分合闸铁芯松动、卡涩，轴销松断，脱扣失灵等。另一类是因电气控制和辅助回路造成，表现为二次接线接触不良，端子松动，接线错误，分合闸线圈因机构卡涩或转换开关不良而烧损，辅助开关切换不灵，以及操作电源、合闸接触器、微动开关等故障。
2.2开断与关合故障
这类故障是由断路器本体造成的，对少油断路器而言，主要表现为喷油短路、灭弧室烧损、开断能力不足、关合时爆炸等。对于真空断路器而言，表现为灭弧室及波纹管漏气、真空度降低、切电容器组重燃、陶瓷管破裂等。
2.3绝缘故障
绝缘水平是要正确处理作用在绝缘上的各种电压（包括运行电压和各种过电压）、各种限压措施、绝缘强度这三者之间的关系。在绝缘方面的故障主要表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，CT 闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。
2.4关键设备和核心部件老化
目前变电站和负荷用户普遍使用的真空断路器中，起灭弧作用的真空泡，在正常运行操作时，电流值较小，但在短路故障断开或重合时，电流值较大。真空泡在真空度降低或运行中受损后，真空断路器整体性能降低，在事故时发生爆炸；变电站的高压柜，系统负荷增加后，系统短路电流和容量增加，真空断路器额定电流不能满足系统要求，也易在系统短路时出现故障。避雷器在长期运行中，由于密封破坏造成避雷器内部进水、受潮；操作不当（发生误操作）损伤避雷器内部等原因，导致运行中的避雷器老化、变质，接近使用极限。在一定不利因素的诱发下，可能造成避雷器爆炸事故。
2.5接触不良
主排或断路器作为10千伏开关中的一次主体设备，直接承受大电流、高电压，是安全稳定运行的关键设备。运行中的断路器接触不良主要发生在静触头（固定在柜体上）与动触头（开关上）连接点上。
3.预防事故发生的措施
针对10千伏高压柜开关的常见故障，在进行管理与维护的过程中可以采取管理、运行以及技术者几方面措施来预防事故的发生。
3.1管理措施
管理水平的提高是保证高压柜安全、有效运行的关键，所以要完善管理体系，不断的提高高压开关柜管理水平，对高压开关设备进行全面管理，避免由于管理上的疏忽而引起的事故。要加强运行检修人员技术培训工作，使之熟悉和掌握所管辖范围内高压开关设备的性能和安装、检修、运行的技术要求。总结高压开关设备的事故教训。
3.2运行措施
第一、高压开关柜内断路器运行中，出现油断路器严重缺油、SF6 断路器气体压力异常、液压（气动）操动机构压力异常导致断路器分合闸闭锁时，严禁对断路器进行操作。第二、断路器开断故障电流后，值班人员应对断路器进行巡视检查。第三、断路器对故障线路实行强送后，无论成功与否，均应对断路器进行仔细检查。第四、断路器发生拒分时，应将发生拒动的断路器脱离系统，待查明拒动原因并消除缺陷后方可投入。第五、运行巡视时，要注意隔离开关绝缘子瓷件及法兰有无裂纹，夜间巡视时应注意瓷件有无异常电晕现象。第六、进行隔离开关倒闸操作时应严格监视隔离开关的动作情况，如发现卡涩应分析原因并进行处理，严禁强行操作。
3.3技术措施
所选用的高压开关柜应满足相关国家标准，严禁选用已明令停止生产、使用的各种型号的开关设备。曾造成重大事故的同一生产厂家、同一种型号产品，在未采取有效改进措施前禁止选用。设备的交接验收必须严格按照国家和电力行业有关标准要求进行，不符合交接验收标准不能投运。新装及检修后的开关设备必须严格按照《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》、《电力设备预防性试验规程》、产品技术条件及有关检修工艺的要求进行试验与检查，交接时对重要的技术指标应进行复查。
4.结束语
综上所述，10千伏高压开关柜作为配电网中的重要组成部分，其安全、稳定运行直接影响着居民的用电状况。所以，相关企业要不断提高自身的管理水平，积极开展技术与维修人员的培训工作，并且严格按照国家有关规定与施工标准进行，这样才能够有效（下转第172页）（上接第67页）降低事故的发生，保证电网的安全、稳定运行。
【参考文献】
[1]李端姣.10KV系统用移开式开关柜潜在缺陷的改进研究[J].高压电器，2013，02：41-43.
[2]韦科迪.浅析10KV高压开关柜故障原因及防范措施[J].机电信息，2012，05：22-24.
[3]何肖军，徐志斌.高压开关柜绝缘性能检测与故障诊断技术研究[J].浙江电力，2010，05：29-31.
智能高压开关柜 篇7
关键词：隔离开关,激光监察,设计,智能电网
0 引言
泉州电业局对110kV西效变电站进行改造并已投产运行,作为国网试点项目,应执行《智能变电站技术导则》与《变电站智能化改造技术规范》中规定的智能化重点内容,实现站内测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化等要求,但是目前改造后的一次主设备还未完全实现状态可视化和监察的功能。
1 西效变电站状态监测现状及问题
(1)主变压器状态监测配置。
主变压器的状态监测IED(智能电子装置)组成一面智能组件柜,布置在户外主变边,柜内安装DGA监测IED、铁心接地监测IED、主IED及网络设备。油中溶解气体(DGA)监测采用色谱法,定制法兰盘组件与不同方位的变压器阀门对接,实现进油和回油,采集油样。在变压器本体合适位置安装高精度零磁通电流传感器,对变压器铁心接地电流信号进行采集。
(2)110kV断路器状态监测配置。
110kV断路器按间隔配置监测IED,安装于智能控制柜内。110kV断路器机械特性通过监测分、合闸线圈电流波形实现。分、合闸线圈电流波形由小电流传感器以穿心方式从分、合闸控制回路取样。断路器储能电机工作状态的监测包括储能电机的电流和电压,其中电流由小电流传感器以穿心方式从储能电机电源回路取样,电压可由分压器取样,确保电流和电压传感器不影响储能电机的安全运行。所有传感器集中于一断路器采集单元内,采集单元安装于机构边,采用控缆与操作机构相连。
(3)110kV隔离开关状态监测配置。
西效变电站智能化改造通过高清网络摄像机,监测水平断口隔离开关的位置状态,该装置带有防护罩,可以防止部分灰尘和雨水,相比传统的标清视频监控具有一定的优势,但在实际验收过程中,发现有未能全方位观察隔离开关位置状态的情况,因此必须多增设不同方位的摄像机,同时由于受到磁场和环境的干扰,达不到智能变电的要求。
为此,为了能可靠、有效、实时监测隔离开关的位置状态,研究一套精确度高、故障率小、稳定性好的智能装置来有效实现隔离开关状态的可视化成为当前急需解决的课题。
2 智能型监察装置设计
2.1 激光发射、接收组件原理
激光二极管管压降约1.4V,工作电流一般小于20mA,为了适应不同的工作电压,回路中常常串有限流电阻。
激光传感器是基于热释电效应原理来工作的,它利用被测物体与背景的温差来探测被测物体。通常采用2个热释电元件互相串联或并联构成红外传感器。红外线接收组件一般由菲涅耳透镜、热释电红外传感器、放大及电平转换电路组成。其优点是可提高组件的接收灵敏度,增大接收距离。红外接收组件原理如图1所示。
2.2 一体化红外激光接收头
红外激光接收电路通常被集成在一个元件中,成为一体化接收头。内部电路包括激光监测二极管、放大器、限副器、带通滤波器、积分电路、比较器等。
根据发射端调制载波的不同,应选用相应解调频率的接收头。接收头内部放大器的增益很大,很容易引起干扰,因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容,一般在22μF以上。
3 智能型监察装置电路设计
3.1 装置安装位置
智能型监察装置具体安装位置为瓷瓶的下端连杆旋转部位,这样既保证能跟踪刀闸的位置,又与带电部分保持足够的安全距离,如图2所示。
当隔离开关机械连杆旋转到位,接收器接收到激光信号时,装置中的二极管两端的电阻很小,即导通。内部微动开关S闭合,ZJ继电器动作,常开接点上传隔离开关的合闸位置。当隔离开关分闸时机械连杆改变位置,接收器没有接收到红外光信号时,其两端的电阻很大,即断路,内部微动开关S断开,ZJ继电器常闭接点上传隔离开关分闸的位置。
3.2 装置检查回路
设计检查回路如图3所示,为确保装置的正常运行,现场检查采用继电器控制,运行人员可定时检查装置的情况:按下SB1启动按钮,电压继电器KM动作,其接点接通发射器,检查结束后,按下停止按钮SB2装置恢复正常。
3.3 装置智能控制
智能控制采用单片机设计,加入掉电保护、时钟电路、低功耗电路及复位电路。根据红外发射管本身的物理特性,必须要有载波信号与即将发射的信号相“与”,将相“与”后的信号送发射管,才能进行红外信号的发射传送。而在频率为38kHz的载波信号下,发射管的性能最好,发射距离最远。所以在硬件上,本设计采用38kHz的晶振产生载波信号,与发射信号进行逻辑“与”运算后,通过三极管的功率驱动到红外发光二极管上。红外发送电路由4001MOS或非门38kHz振荡器、单片机发送控制电路和红外发送管驱动输出电路组成,当单片机P3.4口输出为“0”时,发射管不发光,当单片机P3.4口输出为“1”时,红外发送管发出38kHz调制红外线。红外激光发射电路如图4所示。
红外接收电路(见图5)包括集成电路RPM6938,RPM6938有3个引脚,一个接电源一个接地,另外一个接信号端,集光电转换、解调和放大等功能于一体。当收到38kHz调制红外线时,RPM6938输出为“0”,平时输出为“1”。信号脚接到P3.3和P3.4脚上,当RPM6938收到一个红外脉冲时,触发INT1产生中断,使单片机退出低功耗状态,进入工作状态,同时使记数器0和定时器1开始工作。
设计程序流程如图6所示。掉电保护回路防止内部数据的丢失,低功耗电路为防止掉电后内部电源的损耗,并延长CPU的寿命。
4 智能型监察装置应用
(1)监察装置采用6V直流电源,因此,必须从220V交流电源转换降压。
(2)利用中间继电器ZJ的接点作为刀闸现场的分合闸位置信号,用电缆连接到智能控制箱,转换信号后利用光纤通过以太网接口传送到站控层,达到记录、分析判断的目的。
(3)将中间继电器ZJ的接点串接在接地隔离开关闭锁电气回路,当主隔离开关合闸时,接地隔离开关无法操作,达到可靠闭锁的作用,如图7所示。
5 结语
目前智能化变电站通过摄像头拍摄设备分合闸状态图像,与准确的刀闸位置图像进行比对,因摄像头安装位置问题,无法真正可靠地分析刀闸是否到位,且高清网络防尘防雨摄像头装置价格比较昂贵,受到外界干扰因素也很多。为了使监察装置能够满足智能化要求,根据红外发射接收的原理制作监察装置,制作简单、成本低、安全可靠,为智能化变电站提供准确可靠的主设备状态。
参考文献
[1]梅丽凤,王艳秋,张军,等.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社,2004
智能高压开关柜 篇8
1 霍尔电流传感器原理
目前, 高压开关设备中一般使用闭环霍尔电流传感器实现对操作线圈电流和储能电机电流的测量, 采用磁平衡式 (或称磁补偿式) 原理, 即通过一个副边线圈的电流所产生的磁场对原边电流所产生的磁场进行补偿, 使霍尔元件始终处在检测零磁通的工作状态, 当原副边的补偿电流产生的磁场达到平衡的时侯只需知道一二次线圈匝数与二次线圈补偿电流大小, 便可以计算出被测电流的数值。
由上述原理可知当使用霍尔电流传感器测量电流信号时, 其测量值会受到外界电磁干扰的影响, 其测量结果就会有很大偏差, 所以亟需研究一种测量操作线圈电流和储能电机电流的干扰防护措施。
2 电流测量时存在的问题
电磁干扰 (EMI) 是干扰电缆信号并降低信号完整性的电子噪音, 它分为传导干扰和辐射干扰两种。其中传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合 (干扰) 到另一个电网络;辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合 (干扰) 到另一个电网络。智能高压开关设备现行的操作线圈电流和储能电机电流测量方案是分出三组传感器分别测量三相的操作线圈电流和储能电机电流, 其中每组传感器包括2个操作线圈电流传感器和1个储能电机电流传感器。小电流传感器可对断路器的分合闸线圈电流和储能电机电流进行测量, 由接收装置采集其输出信号, 绘制出分合闸线圈的电流和储能电机电流曲线, 进而掌握、分析机构运行状况。按照小电流传感器信号测试方案在高压开关设备进行重合闸时, 合闸线圈电流波形上出现了一个干扰信号。合闸线圈电流传感器和分闸线圈电流传感器均受到了这一干扰信号的影响, 而且此干扰信号出现在重合闸动作之后并具有一定的周期性。而重合闸动作之后唯一工作的只有储能电机, 并且储能电机线圈与合闸线圈、分闸线圈不是同一根导线, 因此初步判定此干扰源为储能电机电流, 干扰类型为辐射干扰。
3 消除干扰的方法
理论和实践的研究表明, 任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件:首先应该具有干扰源;其次有传播干扰能量的途径和通道;第三还必须有被干扰对象的响应。因此, 干扰源、干扰传播途径 (或传输通道) 和敏感设备为电磁干扰的三要素。从干扰的传播途径来看, 信号传导是通过电源、信号和控制线向外耦合形成干扰。按照耦合的性质可以分为共模耦合和差模耦合。而信号辐射是通过外壳的缝、槽、开孔或其他缺口泄漏出去, 在开放的空间中自由辐射。在近场内, 辐射主要分为电场辐射和磁场辐射, 在远场内主要以电磁波的形式辐射。传统消除电磁干扰的方式主要有两种:一是使用电磁干扰滤波器, 二是使用电磁屏蔽。考虑智能组件柜空间、加装滤波器成本、滤波器对其它智能组件影响等因素的综合考虑, 排除了使用电磁干扰滤波器的方法。高压开关设备使用的霍尔电流传感器结构很难被完全屏蔽, 所以使用传统方法消除干扰非常困难。电磁干扰实际上也是一种电磁信号, 而电磁信号在大气中传输的时候会因为大气对电磁波的吸收或散射而损耗, 那么通过使储能电机电流远离操作线圈电流可以让电磁干扰产生衰减, 这个衰减量会由于距离的增大而增大。通过试验验证, 拆掉测量储能回路的霍尔电流传感器并且使用额外的霍尔电流传感器测量储能电机电流, 并将之远离操作线圈电流传感器, 发现干扰消失。试验证明, 通过合理的布线, 使储能电机电流传感器原理操作线圈传感器可以完美消除储能电机电流对操作线圈电流测量的影响。
4 实施方案
为了避免储能电机电流对操作线圈电流测量的影响, 将原来按相布线的方式改为按被测量类型进行布线。改动前单组传感器的布线方式如图1所示。
其中1代表主分线圈电流的导线, 2代表副分电流的导线, 3代表合闸电流的导线, 4代表储能电机电流的导线。改动后主分线圈电流传感器组和储能电机电流传感器组的布线方式如图2所示。其中1、2、3分别代表A、B、C三相的主分线圈电流导线 (储能电机电流导线) 。改动后合闸线圈电流和副分线圈电流传感器组的布线方式如图3所示。其中1、3、5均代表A、B、C三相的合闸线圈电流导线, 2、4、6分别代表A、B、C三相的副分线圈电流导线。
最后将操作线圈电流传感器组和储能电机电流传感器组安装位置的距离拉开即为新型布线方式。
5 试验验证
对改动后的布线方式进行验证性试验, 测得的霍尔电流传感器的电流波形如图4所示。可以看出, 布线方式改变后电流曲线平滑, 无干扰现象存在, 储能电机电流的测量只需查看电流趋势状态, 储能电机电流相互间影响可以忽略不计, 经实践证明, 上述修改方案切实可行, 能够较好实现预期效果。
6 结论
本文通过对被测量的测量要求及被测量特性的研究, 提出了一种异于传统依靠电磁干扰滤波器和屏蔽的新型消除干扰信号的方法, 该方法通过合理安排被测量布线的方式, 有效解决了储能电机电流对操作线圈电流测量的干扰。
摘要：操作线圈电流和储能电机电流是高压开关设备重要的特征参量, 消除测量时的干扰, 保证其测量数据的准确性对高压开关设备健康程度的判断起着重要作用。本文探讨了一种消除操作线圈电流和储能电机电流测量时所产生干扰的方法, 并且在实际智能高压开关设备上得以应用实践。
关键词：操作线圈电流,储能电机电流,信号干扰,智能高压开关设备
参考文献
[1]刘延冰, 李红彬, 叶国雄.电子式互感器原理、技术及应用[M].北京:科学出版社, 2009:59-66.
智能高压开关柜 篇9
煤矿井下高压防爆开关是矿井供电系统的关键设备, 承担着向工作面和掘进面的工作机械提供电能的任务。以往高压开关综合保护装置多采用模拟电路来实现, 智能化程度较低, 保护功能单一, 误动和拒动现象时有发生。随着微机技术的飞速发展, 单片机以其体积小、价格低、应用灵活等优点在自动控制领域中得到了广泛应用, 而AVR单片机在软、硬件开销、速度、性能和成本诸多方面都有优势, 是高性价比的单片机。笔者以ATmega64 AVR单片机为核心, 设计了一种高压开关智能综合保护装置。该保护装置能够较好地完成对多路信号的采集、处理任务, 使保护功能得到增强, 有利于提高供电质量、保障人身安全、完善电网保护。
1 装置硬件电路设计
基于ATmega64的高压开关智能综合保护装置的硬件电路主要由模拟量采集处理电路、LCD显示电路、键盘电路、RS485通信接口电路、开关量输入输出电路等组成, 如图1所示。
1.1 主处理器
主处理器选用ATmega64单片机。ATmega64是基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器, 是AVR单片机家族中的高性能单片机;具有强大的处理能力、丰富的片上外围设备和方便高效的开发方式;内部带有64 KB的FLASH ROM、2 KB的EEPROM、4 KB的SRAM、53个通用I/O端口线、32个通用工作寄存器、4个具有比较模式和PWM功能的定时器、8通道10位ADC、串行接口URAT、I2C、SPI, 同时还具有JTAG标准的接口用于调试。
1.2 键盘和LCD显示电路
键盘用来向装置输入数据、传送命令等, 是人工干预装置运行的主要手段。LCD液晶屏用来显示保护类型、参数设置、电压和电流等。
本装置选用了4个按键, 分别是“上行”、“下行”、“确认”、“复位”, 直接采用ATmega64的I/O口作为输入。LCD液晶屏采用奥可拉公司生产的OCMJ4×8C液晶屏, 其为128×64点阵, 可完成图形显示, 也可显示4行×8个汉字, 且内部含有国标一级、二级简体中文字库, 方便编程, 为键盘进行参数设置和各种选项提供了一个可视化的界面。
1.3 模拟量采集处理电路
为了实现欠压、过压、过载、短路、温度测量等保护功能以及电压、三相电流、温度实时显示功能, 装置采集经传感器和变压器送来的5路模拟量信号, 其中包括4路交流电压信号和1路直流电压信号。直流电压信号经两级运算放大器放大后直接送入A/D转换器ADC10154, 交流电压信号经信号调理电路调理后送入模拟转换开关4051。为了使装置的电流显示更精确、保护动作更准确, 信号调理电路采用了三级运算放大器, 每一级的放大倍数都不同, 对应了实际电流值的3个范围。
1.4 RS485通信电路
智能综合保护装置通过RS485通信电路与监控主机通信, 从而可在主机上完成远方分闸、远方合闸、修改参数、查询开关状态、查询模拟量、复位等操作。装置 (分机) 与主机的连接如图2所示。采用国际标准RS485通信接口, 采用屏蔽双绞线传输数据。RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座, 与智能综合保护装置连接的RS485接口采用DB-9 (孔) , 与键盘连接的RS485接口采用DB-9 (针) 。RS485是通过DB-9的2个引脚RDX (2脚) 和TXD (3脚) 来控制数据的输入和输出的, 信号地线为SG (5脚) 。
2 装置软件设计
智能综合保护装置的软件采用C语言编写, 采用模块化的编程思想, 根据功能编写每个模块的程序, 主要包括主程序、菜单程序、运算程序、A/D转换程序、键盘处理程序、中断程序、显示程序和参数记忆存储程序等。本文着重介绍主程序以及中断程序中的采样中断程序和外部中断程序设计。
2.1 主程序
主程序流程如图3所示。系统上电时首先进行系统、外设初始化, 包括初始化系统参数、菜单、单片机管脚、液晶屏管脚、定时器、看门狗等, 初始化完毕后进入主循环显示刷新程序, 并将显示内容交由定时器中断及外部中断程序控制。外部中断响应键盘输入, 并刷新显示。定时器中断程序设定中断时间为1 ms, 实现系统的采样、运算和故障判断等功能, 刷新采样数据和故障信息。
2.2 采样中断程序
ATmel系列芯片在1个时钟周期内即可执行1条语句, 较传统的51类芯片有较大优势。装置采样使用多个周期里求峰值的平均值的方法, 采样中断程序每1 ms调用1次, 满足国家标准中各参数的要求, 同时也不会给运算带来较大压力。采样信号包括电压、电流、温度信号, 程序流程如图4所示。
2.3 外部中断程序
外部中断程序流程如图5所示。
3 装置抗干扰措施
由于煤矿井下环境的特殊性, 装置的抗干扰能力将直接影响整个矿井供电系统的稳定性, 进而影响生产。本装置的抗干扰措施分为硬件抗干扰和软件抗干扰2个部分。硬件抗干扰措施包括光电隔离、印刷线路板地线构成闭环回路、印刷线路板网格地线填充以及安装去耦电容, 其中看门狗芯片选用MAX708。软件抗干扰措施包括采用数字滤波算法、增加看门狗电路和编写相应程序, 在程序里编写初始化看门狗和清看门狗程序, 上电时初始化看门狗, 在定时器中先清看门狗, 然后在启用之后喂狗。一旦程序出了问题, 看门狗就会重启单片机来解决问题。
4 结语
本文设计的基于ATmega64的高压开关智能综合保护装置可实现欠压保护、过压保护、过载保护、短路保护、高温保护、断相保护等多种保护功能, 且采用模块化结构及优化的软硬件抗干扰措施, 具有友好的人机界面, 使安装、使用、维护更为简单, 使用寿命大为增加。该装置已经生产出样品, 可用于徐州煤矿机械厂生产的6 kV以及10 kV矿用隔爆型移动变电站真空配电装置上, 在目前的样机试制过程中取得了良好的效果。
摘要：介绍了一种基于ATmega64的高压开关智能综合保护装置的软、硬件设计, 给出了装置的抗干扰措施。该智能综合保护装置可实现欠压保护、过压保护、过载保护、短路保护、高温保护、断相保护等多种保护功能, 保护精度高, 反应速度快, 人机界面友好, 安装、使用、维护方便, 实际应用效果好。
关键词：矿井,电网,高压开关,综合保护装置,智能,ATmega64
参考文献
[1]刘海成.AVR单片机原理及测控工程应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.
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[3]陈冬云, 杜敬仓, 任柯燕.ATmega128单片机原理与开发指导[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[4]中华人民共和国机械工业部.JB/T 8739—1998矿用隔爆型高压配电装置[S].北京:机械科学研究院, 1998.
[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会.GB 8286—2005矿用隔爆型移动变电站[S].北京:中国标准出版社, 2006.
智能高压开关柜 篇10
高压开关智能控制系统对煤矿井下供电系统的安全起着至关重要的作用, 它的智能化水平直接反映了煤矿用电设备的发展水平。笔者提出一种矿用高压开关智能控制系统的人机交互功能的实现方案, 该方案采用C语言设计, 主要实现液晶显示和按键输入2个部分的功能。
1 硬件设计
该方案选用杭州清达光电技术有限公司生产的HG1286412-LYH图形点阵单色液晶模块进行显示。该模块为点阵128×64的显示模块, 采用驱动控制芯片ST7920, 带中文字库, 3.3 V/5 V工作电源可选。通过简单的指令即可完成字符或汉字旋转、放大, 字间距、行间距调整, 并且可以任意决定字符的位置、大小和方向。液晶显示模块与单片机的接口有汇流排控制模式 (并口) 和串列控制模式 (串口) 2种[1], 考虑到STC单片机I/O口的个数, 本文选用串口方式。使用STC单片机的2个I/O口线可实现与显示模块的接口;P2.3产生串列控制用的时钟脉冲信号给HG1286412-LYH的脉冲信号接收口E (SCLK) , P2.2传送串列数据给串列资料接收口R/W (SID) 。
由于该系统中需要的按键个数较少, 故采用独立式按键, 每个按键占用1根I/O口线, 且各按键之间的输入状态互不影响, 配置灵活, 软件结构简单, 适用于按键较少或响应速度要求较高的场合[2]。液晶模块显示的内容为工作菜单选项及其对应的参数, 菜单为多级嵌套形式, 最长的有9层, 按键的功能就是完成对菜单中各个工作参数的设置或查询, 可通过“移位”、“确认”、“复位”3个键实现对菜单的选择。各按键具体功能:
“移位”键:在本层菜单的项目中向下移动进行选择, 当移动至本层菜单的最后一项时返回至第一项。
“确认”键:进入光标所在的菜单项目的下级相应菜单页。
“复位”键:用于系统的手动复位。
2 软件实现
该方案软件在C语言环境下编写, 以利于程序的阅读和修改[3]。人机交互功能的实现包括显示和按键操作, 主程序流程如图1所示。
2.1 LCD液晶显示
LCD液晶显示器需要实时显示当前电网电压、负荷电流值, 各种保护参数的选择设置, 发生故障时显示故障状态和故障参数并进行记录。LCD显示多级菜单部分目录如图2所示。
液晶显示子程序包括从第一行顺序写入和在某行某列写入某个数据2个子程序。此外, 显示部分还要满足当移位键移到相应位置时该位置的字符反白显示。部分程序如下:
2.2 按键设计
使用的按键为机械式按键, 按下或释放按键时, 由于机械弹性作用的影响, 通常伴随一定时间的触点机械抖动, 因此, 在程序中采用延时并重复判断键值的方法消除抖动的影响[4]。首先采用查询方式执行1个按键扫描的过程, 主要程序如下:
取得键值以后, 转向键盘服务程序, 根据所按下的键转去执行相应的功能, 获得新的状态索引号, 根据新索引号执行相应的函数, 实现要求的功能程序如下:
根据实际需要, 首先建立一个结构, 并定义结构变量key_table。该结构中共有4个结构元素, 分别是3个字符型变量和1个指针变量。3个字符型变量分别为当前及各个按键的索引号, 也就是操作的状态号, 1个指针变量指向需要执行的函数, 这样就可以做一个结构数组。在结构数组里为每一个菜单项编制1个单独的函数, 并根据菜单的嵌套顺序排好本菜单项的索引号, 以及本级菜单项的下移索引号和确认进入的上、下级菜单的索引号, 再将显示程序头文件包含进来, 并调用相应的显示子程序, 以实现设计目标。结构建立过程如下:
3 结语
本文采用HG1286412-LYH点阵液晶显示模块和3位独立式按键搭建人机交互界面的硬件平台, 运用C语言编写基于STC单片机的程序, 实现了多级嵌套菜单式人机交互界面, 包括菜单的移位选择、菜单进入、数值输入等功能。该界面使矿用高压开关智能控制系统不仅具有完善的保护和控制功能, 而且具有液晶汉字显示、累计运行数据查询、故障记录翻查等更加完善的功能, 实现了矿用配电设备的智能化、数字化。
该界面已在投入现场使用的矿用高压开关智能控制系统中得到应用, 它能根据系统对开关装置执行相应保护功能的要求, 准确完成正常工作状态的显示以及按键的操作处理, 性能稳定可靠。
参考文献
[1]李刚, 林凌, 姜苇.51系列单片机系统设计与应用技巧[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
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[3]汪同庆, 张华, 杨先娣.C语言程序设计教程[M].北京:机械工业出版社, 2007.
智能高压开关柜 篇11
【关键词】高压开关柜；进行联锁；联锁方式
0.引言
当前，我国10kV配电设备通常使用的开关设备都是金属封闭式设备，比如高压所用变柜，高压开关柜等。变电运行人员操作最为频繁的一种设备就是高压开关柜，所以，10kV高压开关柜的机械联锁对于确保设备的安全运行，确保人员安全，预防误操作有着非常重要的作用，也是确保电网稳定安全运行的重要措施。10kV高压开关柜机械联锁是在其操作部位之间用互相联动和制约的机械结构来达到先后动作的闭锁要求，10kV高压开关柜机械联锁操作时不需要利用钥匙等进行辅助操作，能够随着操作顺序的正确进行，实现自动解锁。在发生误操作时，可实现自动闭锁。并且能够满足正向与反向闭锁的要求，具有操作方便，运行可靠，闭锁直观等优点，在变电站中的应用非常广泛。
1.机械联锁中断路器和隔离开关的联锁实现
高压柜中隔离开关通常没有专门的灭弧装置，因此，不能实现负荷电流的接通或者切断。断路器和隔离开关在固定柜中具有明确的联锁关系，也就是当断路器分断时，才能进行隔离开关的操作。高压开关柜中利用闭锁手柄的位置可以实现不同的操作：①闭锁功能手柄处于“分断闭锁”状态。断路器不能进行合闸时，柜门关闭，此时可以进行隔离开关与接地开关的操作；②闭锁功能手柄处于“工作”状态， 断路器能够实现合闸，柜门关闭，接地开关和隔离开关都无法操作；③闭锁功能手柄处于“检修”状态，接地开关已合闸，隔离开关已分闸，不能进行接地开关和隔离开关的操作，可以打开柜门，断路器也能够进行分闸和合闸操作。
10kV高压开关柜中进行隔离开关或者接地开关的操作时，闭锁功能手柄应该处于“分断闭锁”的位置，断路器的状态一定处于分断状态，并且无法合闸，从而实现防止带负荷分、合隔离开关通过连锁实现防止误合断路器；当闭合断路器进行送电时，闭锁功能手柄的位置是“工作”，此时隔离开关一定合闸状态，接地开关分闸状态，断路器一旦合闸，闭锁功能手柄就会被卡死，从而不能转动，从而实现防止误分断路器及带负荷分、合隔离开关。在高压固定柜中容易实现隔离开关与断路器的机械联锁，出于预防带负荷分、合隔离开关的目的，一般使用扇形撞板以及圆板结构，配合隔离开关操作机构中的弹性定位锁，当断路器合闸时，圆板能够对定位锁的拔出操作进行预防，使得带负荷分闸得到预防。
2.10kV高压开关柜断路器隔离开关操作顺序分析
10kV高压开关柜中断路器两侧隔离开关操作顺序一般为：进行送电时，先将母线侧的隔离开关合上；当停电时，先将线路侧隔离开关断开。这样，当发生误操作时，可以利用断路器的保护使得事故的范围尽可能的缩小。送电过程中，当断路器误放在合闸位置，而母线侧隔离开关后合时，相对于母线侧的隔离开关带负荷送电，将发生弧光短路，使事故扩大，这种情况下，如先闭合母线侧隔离开关，然后再合线路侧隔离开关，相当于线路侧隔离开关带负荷合闸，一旦发生弧光短路，由于短路点在断路器外侧，由断路器跳闸保护，缩小事故范围。基于此，如果停电时发生误操作，如断路器尚未断开电源，而先分母线侧隔离开关，造成带负荷拉闸，将引起弧光短路，此时，如果先分线路侧隔离开关，由于弧光短路点在断路器外侧，断路器的保护装置会跳闸，切断故障缩小事故范围。但是保证断路器两侧隔离开关严格按照上述顺序操作是很困难的，只有保证断路器与隔离开关之间的连锁可靠，才能从根本上解决隔离开关误操作的问题。
3.10kV高压开关柜机械联锁的主动联锁与被动联锁分析
通常来说，就10kV高压开关柜“五防”而言，都可以实现机械联锁。机械联锁主要分为主动式联锁与被动式联锁两种类型。10kV高压主动式联锁指的是当处于联锁状态时，如果没有正常的解锁条件，那么就不会实现解锁，因此，确保了误操作的发生。比如，断路器在合闸状态时，机械连锁应该确保隔离插头或者隔离开关被联锁而不能进行操作，也就是当发生错误操作时也不会造成不良的影响。10kV高压被动式机械联锁指的是当处于被动联锁状态时，有可能因为不正常的原因，而产生了解锁的条件，从而使得机械联锁解锁。比如当处于联锁情况下进行手车的推拉或者隔离开关的操作时，即使隔离开关没有动作或者隔离插头没有发生位移，但是因为存在联锁造成了断路器分闸，因此，解除了隔离开关或者隔离插头的联锁，被动式机械联锁能够造成断路器的误分闸操作。
因此，进行10kV高压开关柜的设计过程中，通常尽可能的使用主动式机械联锁方式，而避免被动式机械联锁方式。对于手车使用杠杆进出的开关柜，当断路器合闸时，手车进出手柄的孔由于机械的原因造成了封堵，造成了手柄不能插进，手车就不会发生位移。当对接地开关插入孔的设计时，设计条件是通过一定条件才能打开插入孔，当达不到条件时，插入孔不打开，这样就避免了误操作。基于此，随着技术的不断发展，高压开关柜设计水平的日益提高，主动式机械联锁的应用越来越广泛。
高压开关柜在使用过程中，其机械联锁装置的使用频率，必须满足在使用周期内，可靠灵活，结构簡单，操作方便，并且能够防潮，防锈等。在高压开关柜的使用过程中，如果出现了人为原因造成的不正规操作，那么，机械联锁能够对人为原因造成的非正规操作进行有效的防止。机械联锁的应用使得在发生误操作的情况下，能够对误操作进行纠正，同时能够尽可能快的恢复操作，从而避免重大设备事故或者人身安全事故的发生。
4.结束语
高压开关柜在实际的运行过程中，其运行的情况比较复杂，要完全实现防止高压开关柜误入带电间隔的功能有一定困难。因此，当接地开关合闸之后，再打开开关柜的前门和后门，这样就容易实现。同时，10kV高压开关柜机械联锁必须符合国家相关的标准和规程的要求，联锁功能必须能够满足“五防要求”，功能准确完整，操作可靠灵活，并且在应用过程中尽可能使用主动式联锁方式，这样，才能够使得高压开关柜机械联锁的作用得到充分发挥。 [科]
【参考文献】
[1]王章勇.中压双电源进线开关柜机械联锁的技术及改进[J].科技与企业，2012（9）：38-39.
[2]中华人民共和国国籍标准.GB3906-91.3～35kV交流可金属封闭开关设备[S].
高压开关柜接地导体的选择 篇12
在常用的12 ~ 40.5 k V高压开关柜设计中,为保证维修工作人员和设备的安全,主回路中凡规定或需要触及的所有部件都应能预先接地。常用的做法是沿所有高压开关柜的整个长度延伸方向应设有专用的接地导体。在开关柜现场安装工作完成时,通过接地导体将各个运输单元相互连接成一体,此接地导体应能承受接地回路的额定短时和峰值耐受电流。
但在一些高压开关柜生产厂家中,对接地导体的选择或是理解各不相同,导致制造接地母线时没有标准或依据。
1 生产企业常见接地导体选型特点
部分高压开关柜生产企业常见的接地导体选型错误主要如下:
(1) 生产企业是按照制造低压开关柜接地导体的思路,直接将接地导体的规格选择成了主母线截面积的50%,甚至是分支母线截面积的50%。
(2) 生产企业直接按照高压开关柜主回路母线截面积的87% 来生产接地导体。
(3) 生产企业是从某能源企业招标技术规范中,直接选择240 mm2作为接地导体规格。
(4) 生产企业偷工减料,接地导体截面积只有30 mm2。
针对上述第1 类企业,是将高压开关柜的母线制作工艺和低压开关柜母线制作工艺混为一谈,简单的以低压开关柜接地导体制作的标准来制造高压开关柜接地导体。
针对上述第2 类企业,是混淆了接地回路额定短时耐受电流与主回路的关系。在中性点不直接接地的系统中,接地回路额定短时耐受电流需承受主回路额定短时耐受电流的87%,这仅仅是接地回路电流和主回路电流的关系,不是接地导体截面积和主回路导体截面积的关系。
针对上述第3 类企业,简单地以某一企业招标规范为依据,缺少标准支撑。
针对上述第4 类企业,对GB 3906—2006《3.6k V~40.5 k V交流金属封闭开关设备和控制设备》第5.3.2 条理解不够,错误地认为只要接地导体截面积不小于30 mm2就可以了。如果发生开关柜短路故障,如此规格的接地导体根本不能保证开关柜及运行、检修人员的安全。
2 接地导体的正确选择
国家发改委发布的电力行业标准DL/T 404—2007《3.6 k V ~ 40.5 k V交流金属封闭开关设备和控制设备》中规定,接地导体应采用铜质导体,在规定的接地故障条件下,当额定短路持续时间为4 s时,其电流密度不应超过110 A/mm2,但最小截面积不应小于30 mm2。
由于我国12 k V和40.5 k V电网系统是中性点不直接接地系统,在大多数高压开关柜型式试验报告中,接地开关承受的额定短时耐受电流和时间与主回路一致,时间大多都是3 s或4 s,而接地回路所承受的额定短时耐受电流为主回路的87%,时间大多都是2 s。
在GB 3906—2006《3.6 k V ~ 40.5 k V交流金属封闭开关设备和控制设备》的附录D中,明确了根据短时持续电流的热效应计算裸导体横截面积的方法。
因此,只需按照此公式,就能计算出接地导体的横截面积,从而选用合适的母线。
公式如下:
式中:S为导体横截面积,单位为mm2;I为电流有效值,单位为A。a以表示,并按下列规定取值:铜为13;铝为8.5;铁为4.5;铅为2.5。t为电流通过时间,单位为s。Δθ为温升,单位为K,对裸导体一般取180 K,如果时间超过2 s但小于5 s,Δθ值可增加到215 K。
3 计算实例
下面以典型的高压开关柜为例,计算接地导体横截面积。
1)KYN28A-12/1250-31.5 铠装型移开式交流金属封闭开关设备
其中31.5 代表额定短时耐受电流,单位是k A。
当公式中t =2 s时,由公式计算得到铜质接地导体截面积S =242.3 mm2,因此选用TMY-50×5 的母线。
当公式中t =4 s时,由公式计算得到铜质接地导体截面积S =330.3 mm2,因此当额定短时耐受时间越长时,对接地母线选择越严酷,此次需要选用TMY-60×6 的母线。
2)KYN61-40.5/630-25 铠装型移开式交流金属封闭开关设备
其中25 代表额定短时耐受电流,单位是k A。
当t =2 s时,由公式计算得到的铜质接地导体截面积S=192.3 mm2,因此选用TMY-50×4 的母线。
当t =4 s时,由公式计算得到的铜质接地导体截面积S=262 mm2,因此选用TMY-50×5 的母线。
4 结语