殷志強(qiáng)

【摘要】介紹了一種集成保護(hù)、測控和開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測功能的一體化新裝置及其應(yīng)用，描述了裝置的防越級(jí)跳閘保護(hù)、泄漏電流監(jiān)測、高壓電連接測溫、跳合閘線圈保護(hù)及機(jī)構(gòu)特性監(jiān)測等功能的技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方式。

【關(guān)鍵詞】保護(hù)測控；開關(guān)柜；狀態(tài)監(jiān)測；一體化

引言

隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，狀態(tài)檢修也在電力系統(tǒng)中逐漸引起了重視。狀態(tài)檢修是指根據(jù)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，判斷設(shè)備的異常，預(yù)知設(shè)備的故障，在故障發(fā)生前進(jìn)行檢修的方式，它可以減少不必要的檢修工作，節(jié)約工時(shí)和費(fèi)用，使檢修工作更加科學(xué)化。狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)是對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)測和診斷，根據(jù)有關(guān)資料記載[1]，對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)測和診斷，可使設(shè)備維修費(fèi)減少25%～50%，設(shè)備事故率減少75%，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

煤礦供電系統(tǒng)的35kV、6kV等的成套開關(guān)柜上通常安裝有微機(jī)保護(hù)、操顯裝置、帶電顯示、溫濕度調(diào)節(jié)等一系列元件，使得儀表室及成套面板凌亂，顯示不直觀，設(shè)備廠家多、維護(hù)難度大，某些功能重復(fù)投資，且大多不具有通信功能，不滿足更高級(jí)自動(dòng)化要求。

從提高設(shè)備可靠性、降低設(shè)備投入和運(yùn)維費(fèi)用，以及提高自動(dòng)化水平的方面考慮，本文介紹了一種適用于KYN-28A柜的集保護(hù)測控功能和開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測功能的一體化裝置及其應(yīng)用。

1、裝置功能配置

一體化裝置是以微機(jī)保護(hù)測控裝置為基礎(chǔ)，結(jié)合煤礦供電的特點(diǎn)，采用了新的保護(hù)原理，除根據(jù)不同供用電設(shè)備，如線路、配電變、電動(dòng)機(jī)、電容器等配置不同的保護(hù)、測控功能外，一體化裝置對(duì)成套開關(guān)柜內(nèi)部一次設(shè)備的絕緣、電連接發(fā)熱、跳合閘線圈及機(jī)構(gòu)特性進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，為設(shè)備的安全運(yùn)行提供了告警機(jī)制，從多個(gè)方面提高了開關(guān)設(shè)備的自動(dòng)化水平和可靠性。其主要功能包括：

1）防越級(jí)跳閘保護(hù)功能；

2）開關(guān)柜內(nèi)絕緣子監(jiān)測及預(yù)警；

3）開關(guān)柜內(nèi)高壓電連接測溫；

4）跳合閘線圈監(jiān)測及保護(hù)；

5）開關(guān)機(jī)構(gòu)特性監(jiān)測。

2、防越級(jí)跳閘保護(hù)功能

在我單位井工三礦6kV供電系統(tǒng)中，從地面變電所到井下中央變電所，以及各工作面采取變電所之間，大多采用縱向、多層級(jí)、短距離垂直供電模式。該供電模式線路距離短、截面積大、每段電纜阻抗小，往往一處短路，上游多級(jí)開關(guān)同時(shí)檢測到過流信息。而傳統(tǒng)的電流速斷保護(hù)整定方式無法滿足保護(hù)的選擇性要求，一旦出現(xiàn)短路故障，往往多級(jí)開關(guān)同時(shí)跳閘，進(jìn)而引發(fā)井下大面積停電，造成淹井事故和瓦斯積聚，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)[2]。

為解決越級(jí)跳閘問題，裝置利用GOOSE[3]通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了分布式區(qū)域保護(hù)，使站區(qū)各級(jí)保護(hù)有機(jī)結(jié)合，防止事故范圍擴(kuò)大，提高動(dòng)作速斷，減少對(duì)設(shè)備的沖擊。其原理如下：

對(duì)圖1所示，當(dāng)出線1在t0時(shí)刻發(fā)生故障，出線1與進(jìn)線的一體化裝置均檢測到有故障存在，在t1時(shí)刻（如相對(duì)于故障發(fā)生10ms左右），出線1一體化裝置給進(jìn)線一體化裝置發(fā)送相關(guān)故障信息，進(jìn)線一體化裝置于t2時(shí)刻接收到出線1一體化裝置的信息，短時(shí)閉所進(jìn)線保護(hù)，出線1于t3時(shí)刻（固有動(dòng)作時(shí)間）動(dòng)作跳閘，切除故障。

圖1 區(qū)域保護(hù)原理——正常動(dòng)作

對(duì)圖2所示，當(dāng)出線1在t0時(shí)刻發(fā)生故障，出線1與進(jìn)線的一體化裝置均檢測到有故障存在，在t1時(shí)刻（如相對(duì)于故障發(fā)生10ms左右），出線1一體化裝置給進(jìn)線一體化裝置發(fā)送相關(guān)故障信息，進(jìn)線一體化裝置于t2時(shí)刻接收到出線1一體化裝置的信息，短時(shí)閉所進(jìn)線保護(hù)，出線1于t3時(shí)刻（固有動(dòng)作時(shí)間）動(dòng)作跳閘，當(dāng)一體化裝置跳閘失敗時(shí)，進(jìn)線一體化裝置在經(jīng)過短延時(shí)閉鎖后，于t4時(shí)間動(dòng)作跳進(jìn)線一體化裝置，從而保證快速切除故障，并起到后備保護(hù)作用。

圖2 站域保護(hù)原理——故障線路拒動(dòng)

3、絕緣子監(jiān)測及預(yù)警

高壓開關(guān)柜內(nèi)有支撐母線的絕緣子、穿墻套管等絕緣體，其絕緣程度的好壞直接影響電氣設(shè)備的可靠性。而表面泄漏電流能有效的表征電氣設(shè)備的絕緣狀況，當(dāng)表面受潮或者污穢嚴(yán)重時(shí)，泄漏電流將會(huì)顯著增大，在臨近閃絡(luò)時(shí)絕緣表面會(huì)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間很短，幅度很高的電流脈沖。所以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測電力設(shè)備泄漏電流，能真實(shí)地反映運(yùn)行中設(shè)備的外絕緣狀況，為有效預(yù)防設(shè)備外絕緣閃絡(luò)提供一種有效的手段。因此，監(jiān)測絕緣體表面泄漏電流，不僅可評(píng)估絕緣狀況進(jìn)行預(yù)警，還可減少無謂的清掃和避免絕緣失效造成的事故的發(fā)生。

泄漏電流信號(hào)提取采用取流環(huán)方式，泄漏電流的獲取原理見圖2所示。由于泄露電流信號(hào)微弱易受外界干擾，尤其是處于高電壓、大電流的電磁環(huán)境中，影響泄漏電流的檢測效果，甚至根本無法檢測出所需要的信號(hào)，因此裝置采用了自適應(yīng)噪聲對(duì)消的處理方案以達(dá)到滿意效果。

4、高壓電連接測溫

成套開關(guān)柜里電連接類型包括：固定連接、滑動(dòng)（滾動(dòng)）連接及可分合連接。當(dāng)電連接狀態(tài)劣化最直接的外部表現(xiàn)就是電連接處溫度的異常過高，輕則加劇電連接處金屬氧化和附近絕緣材料老化，重則導(dǎo)致電連接處金屬熔焊，甚至引發(fā)火災(zāi)事故。因此需要對(duì)電連接處的發(fā)熱進(jìn)行檢測，一體化裝置對(duì)開關(guān)柜小車的一次插頭及出線電纜接頭進(jìn)行了測溫。測溫方式采用接觸式無線測溫，這種方式將溫度傳感器安裝到監(jiān)測點(diǎn)，將傳感器測得的溫度通過無線方式發(fā)送到一體化裝置，中間不需要考慮絕緣問題。溫度傳感器采用美國DALLAS公司的DS18B20數(shù)字傳感器，測溫精度0.5℃，無線采用ISM頻段的433MHz。

監(jiān)測告警的判據(jù)如下：

1）溫點(diǎn)的溫度過高超過閾值；2）度上升過快，如超過4℃/分鐘；3）三相溫度差過大，如超過5℃。

以上任一條件滿足，即可認(rèn)為電連接狀態(tài)劣化。

5、跳合閘線圈監(jiān)測及保護(hù)

現(xiàn)有的保護(hù)測控裝置均未對(duì)開關(guān)設(shè)備的操作回路進(jìn)行有效的監(jiān)測和保護(hù)，一旦發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死，則會(huì)導(dǎo)致跳閘或合閘線圈燒毀。本裝置利用霍爾傳感器來采集跳合閘回路的電流信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測跳合閘回路電流，當(dāng)檢測到電流突變，即跳合閘命令到達(dá)時(shí)，開始計(jì)時(shí)，如果開關(guān)機(jī)構(gòu)卡塞或輔助觸點(diǎn)切換不正常，在計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束，跳合閘線圈電流仍沒有消失，保護(hù)監(jiān)控裝置將發(fā)出命令斷開操作回路，起到保護(hù)跳合閘線圈的作用，同時(shí)告警，提示及時(shí)檢修。

6、機(jī)構(gòu)特性監(jiān)測

開關(guān)機(jī)械狀態(tài)的變化可以通過跳合閘線圈電流波形，及分-和過程中的時(shí)間-位移波形和輔助接點(diǎn)轉(zhuǎn)換的時(shí)間波形來反映，開關(guān)每個(gè)部位特性的變化會(huì)在波形中對(duì)應(yīng)的部分產(chǎn)生相關(guān)的變化本裝置通過將跳合閘線圈電流波形進(jìn)行分段，然后對(duì)電流大小、變化時(shí)間進(jìn)行分析，并與預(yù)先設(shè)定的參考值進(jìn)行對(duì)比，可對(duì)操作機(jī)構(gòu)因變形、卡塞等導(dǎo)致的動(dòng)作特性劣化進(jìn)行監(jiān)視和預(yù)警，防止開關(guān)操作失靈。

7、結(jié)束語

除上述保護(hù)、狀態(tài)監(jiān)測功能外，一體化裝置還集成了帶電顯示和閉鎖、開關(guān)柜溫濕度控制、人體紅外感應(yīng)及語言功能，用一臺(tái)裝置實(shí)現(xiàn)了開關(guān)柜的高度智能化。

該裝置安裝在我單位井工三礦地面變電站內(nèi)，在安裝調(diào)試階段，就成功檢測出某出線柜開關(guān)合閘機(jī)構(gòu)卡塞引起的合閘時(shí)間長問題。在兩年多的運(yùn)行過程中，由于煤礦粉塵污染大，對(duì)柜內(nèi)絕緣子表面污穢引起的泄漏電流起到了監(jiān)測，提示了維護(hù)人員及時(shí)清掃。該一體化裝置的使用，使得開關(guān)柜面板布置更加簡潔，大量的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)可以上送到變電站后臺(tái)監(jiān)控，使得運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備的健康狀況更加明了，也為一次設(shè)備嘗試從定期檢修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變提供了設(shè)備支持，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用，具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]黃雅羅，黃樹紅.發(fā)電設(shè)備狀態(tài)檢修.中國電力出版社，2000.

[2]董小秋，張偉.基于閉鎖控制的煤礦供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘新方案.中州煤炭，2012，11.

[3]DL/T860.72-2004 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng) 第7-2部分：變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)抽象通信服務(wù)接口（ACSI）[S].