高压开关柜在线监测消防系统研制

● 山东·国网德州供电公司 何玉磊 魏本成 韩丙光 徐京睿

近年来，变电站高压开关柜电缆头因制作工艺不良、长期服役老化或单相接地故障等导致绝缘降低，造成电缆头局部放电发热、绝缘击穿甚至爆炸，致使开关柜发生火灾和大面积停电事故，对人身、设备安全和电网稳定运行构成严重威胁。据统计，由电缆接头故障引发的事故占高压开关柜故障的65%以上。

本论文着力研究解决开关柜电缆仓内三相电缆头温度的实时监测，在电缆发生故障前就能启动报警功能，发生事故酿成火灾后，还可实现自动灭火功能。

1 高压开关柜电缆仓监测消防系统研制背景

1.1 电缆头故障成开关柜故障的主要来源

为保证供电的可靠性，大部分10kV、35kV配电网系统中性点不接地系统发生单相接地故障时，无法准确判断接地点，并且故障后允许继续运行1～2小时，系统不能及自动切除单相接地故障，一旦产生单相接地故障电弧，就难以自行熄灭。电缆仓内空间比较狭小，设备比较密集，若电缆头发生单相接地电弧，由此产生的光热效应会迅速充斥电缆仓，极易发展成为相间弧光短路故障甚至爆炸，导致事故扩大。若中性点不接地系统其他部位发生单相接地故障，非接地的其它两相电压会增长到正常相电压的1.7倍，对电缆头的绝缘是严峻考验，极易发生击穿放电，酿成相间短路故障，引发爆炸或火灾。

1.2 缺少有效的监测手段

由于开关柜结构的特殊性，目前缺少对电缆接头过热、放电的有效监测手段，无法及时发现电缆头薄弱部位并采取有针对性的预控措施。发生故障引发火情后也不能及时自动消除，极易蔓延至电缆层或相邻开关柜。

因此，非常有必要开发一套高压开关柜电缆仓在线监测消防系统，及时发现电缆接头处的不良运行工况，并采取针对性防护措施，以提高开关柜和高压电缆运行可靠性，确保人身、电网和设备安全。

2 高压开关柜电缆仓监测消防系统研制

高压开关柜电缆仓监测消防系统主要由测控装置、红外测温报警以及消防自启动回路3部分构成，系统原理如图1所示。

2.1 测控装置

图1 电缆仓消防监测系统原理图

测控装置采用变电站现有的测控设备，即高压开关柜原来所使用的电气参数测量装置，在其中选择有关温度和烟尘参数的电气信号回路加以利用。

2.2 红外测温报警系统

红外测温报警系统用于监测三相电缆头应力锥处的温度，该分系统由控制电源、红外点测感应器、温度分析触发器和输出节点构成。控制电源采用+110V直流电源，红外点测感应器有3个，分别监测3个电缆头的温度，温度分析触发器有2个温度定值，温度超过小定值启动报警信号节点，温度超过大定值启动消防信号节点。

2.3 消防自启动系统

消防自启动系统用于监测并消除电缆仓内的明火。该分系统由消防罐（内含灭火气溶胶）和电控阀门构成。消防罐做成锅饼状，内封灭火气溶胶；电控阀门上装有电压型继电器，可以实现消防罐开启和关闭。

3 高压开关柜电缆仓监测消防系统应用效果

高压开关柜电缆仓监测消防系统创意合理，应用操作简单，实际效果显著。自2017年8月以来，国网德州供电公司已有4座110kV变电站的116个10kV高压开关柜电缆仓安装了该防护系统，取得了很好的应用效果。

（1）监测到2座变电站的3个线路开关柜出现过电缆头超温报警，运维人员现场带电检测发现此3处是电流致热型超温，随着负荷的回落都恢复正常。

（2）监测到1处电压致热型超温，是由于单相接地故障导致了电缆绝缘降低，局部放电造成的过热，属于危急缺陷，紧急停电后消除了缺陷。

（3）成功实现过一次电缆仓灭火，某变电站10kV松桥线开关柜电缆仓因电弧故障鼓包，仓内的电缆头烧损严重，故障发生后人员到达现场时发现火情已经完全熄灭，火灾没有波及内侧TA和相邻开关柜。