高压开关柜的全方位远程在线监测技术研究

彭红霞 王智杰 牛硕丰 闫静静

摘 要：本文通过对高压开关柜常见的高温火灾、开关开合不到位、湿度过大等故障的分析，提出无线温度监测、远程视频监控、半导体冷凝除湿的解决方案，实现了开关柜内温度的实时在线监测及过限预警功能，开关分合状况的远程视频监控功能以及开关柜内湿度的监测和自动除湿功能，有效降低了开关柜事故发生率，提高了开关柜的安全稳定运行。

关键词：开关柜 温度 湿度 远程 在线 监测

中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0001-02

为了方便操作、集中管理各种开关设备，开关柜应运而生。自诞生以来，开关柜在电力行业得到了广泛应用，尤其是在电力系统的发、输、配电过程中起着关键作用。随着开关柜应用比例不断增加，实时监控管理的难度不断增大，传统依靠人力不定时查看开关柜运行状态的监控方式，不仅监控效率偏低，监控结果也不够全面，已经不能适应现代智能电网的发展要求。

基于此，本文结合现代无线传感技术，开展了高压开关柜的全方位远程智能在线监测技术研究，实现了开关柜的远程实时监控及运行状态的集中统一管理，不仅大大提高了对开关柜的管理效率，还大幅度缩减了人工成本。

1 开关柜常见故障分析

近年来，根据开关柜的实际运行状况及相关部门的事故统计分析表明，开关柜的常见故障主要表现在高温火灾、开关分合不到位、设备受潮放电3个方面，这对开关柜的安全运行带来了一定影响。下面着重分析了开关柜高温火灾、开关分合不到位、设备受潮放电事故的发生原因及主要影响。

1.1 高温火灾

由于电阻的存在，开关柜内电气设备在运行过程中不可避免地产生热量。正常情况下，热量会通过开关柜内的散热及降温装置消散掉，从而将柜内的温度控制在正常范围内。但当开关柜内设备连接部位接触不良时，电阻将是正常情况的数倍甚至数10倍以上，产生的热量超过了开关柜自身温度消散的范围，此时，如果不借助外力，热量得不到及时消散，在开关柜内积累到一定程度时将会引发火灾。

另外，开关柜内温度的异常升高，会加快电气设备的绝缘老化程度[1]。如果绝缘的老化不能及时发现，有可能导致设备的短路等，进而引发高温短路火灾。

1.2 开关分合不到位

开关分合不到位的故障主要发生在刀闸分合闸的过程中。出现这种故障的主要原因有两种：一种是开关因质量问题磨损变形；另一种是开关的动作原理或者保护性的故障，例如真空断路器的真空度异常、陶瓷保护管破裂等。

开关分合不到位的情况，只有运维人员定时检查开关柜的过程中才能被发现，如果运维人员检查不及时，继续运行，将会带来严重的影响。

1.3 受潮放电

一般而言，室内开关柜内的空气湿度在安全范围内，空气不会成为导电介质引发击穿事故。但是，当一些室外开关柜，受到长期阴雨的影响，空气湿度过大，也会导致开关柜内空气湿度变大，从而引发设备受潮。设备上易产生凝露，出现空气介质电压击穿或间歇接地的情况。

2 开关柜全方位远程监控技术研究

为降低开关柜在高温火灾、开关分合不到位、设备受潮放电等方面的事故发生率，开展高压开关柜全方位远程在线监测技术研究，实现开关柜的无线温度监测、远程视频监控及半导体冷凝除湿功能，确保运维人员在监控中心能够全方位实时了解开关柜的运行状况，发现并处理故障，提高开关柜的安全运行水平。

2.1 无线温度监测

为有效避免高压开关柜高温火灾事故的发生，本文有针对性的开展了开关柜内无线温度监测功能的研究。传统开关柜内的温度监测是通过安装温度传感器实现的[2]，运维人员通过不定时查看温度数据来了解开关柜内的温度状况。传统的温度监测暴露两个问题，一是，普通的温度传感器在高温状态下采集数据不准确；二是，运维人员一般是事后才发现开关柜内温度过高，不能及时的在柜内温度过高之前发现高温故障。

为了有效提高高压开关柜对温度的有效监控，本文采用的温度传感器经过耐高温改造，反应灵敏，能够在-20～250℃的高温环境下正常工作。另外，本文设计的高压开关柜温度监测，实现了高温预警功能，当开关柜内的温度达到一定的限值，会自动发出告警信息，提醒工作人员进行故障的排查，这样就尽可能地减少了因工作人员处理不及时导致的高温火灾等事故。

2.2 远程视频监控

由于开关柜内设备复杂，开关分合不到位的情况时有发生，为了方便查看，开关柜多加装了玻璃观察窗，但是由于一些开关柜受柜体设计和安装地理位置的限制，观察的角度不便，视野不佳，不能对开关柜进行方便的查看。

为了解決上述问题，本文对开关柜进行了远程视频监控，通过在开关柜内安装监控摄像头，实时监测开关柜内设备的运行状态，并将柜内监视图像传输至监控中心，克服传统受限于视野角度的缺陷，全方位了解开关柜内设备的运行状态。另外，通过远程实时信号的传输，在进行隔离开关远程操作时，监控中心人员可以实时看到操作状态，确保操作到位，提高了开关柜运行的可靠性。

2.3 半导体冷凝除湿

保持开关柜柜内湿度正常，是室外开关柜维护的一个重点内容，尤其是在多雨的江南地带，每年都有相关的事故发生，对于开关柜内湿度的监控以及行之有效的除湿设计迫在眉睫。

本文采用先进的半导体冷凝装置进行柜内除湿，该项技术主要是利用珀尔帖效应，将电能转化为热能。当环境中的湿热空气流经冷端散热片时，其中的水汽遇冷凝结在散热片上，并经排水管流出柜外，可以真正降低开关柜内空气湿度，区别于其他类型的加热除湿器。加热除湿原理是通过加热柜内空气达到减少凝露的目的，这种方式只是改变了柜内水分的存在形式，不能减少柜内水分，所以有耗能、除湿效果差、效果不持久等弊端。

3 结语

本文提出的高压开关柜全方位远程在线监测技术研究，分析了开关柜常见的高温火灾、开关分合不到位、受潮放电等故障，提出了温度在线监测，远程视频监控，半导体冷凝除湿等有针对性的解决方案，对保障开关柜的安全稳定运行具有重要意义。

参考文献

[1] 史宏伟，王俊平，刘守明，等.基于红外测温技术的开关柜非接触式监测系统研究[J].轻工科技，2013（2）：47-48.

[2] 韩润生.变电站中低压开关柜过热故障在线监测系统[D].南京理工大学，2008.