高压开关柜的设计与有效应用

马文博

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，电力行业发展迅速。电力设备设施是有效提供电力能源的重要工具，其中高压开关柜则是一种常见电力设备，所以为了符合大众用电的需求量，就需要对高压开关柜进行良好的设计和应用分析。文章阐述了从高压开关柜和其电力系统的概况及高压开关柜从设计到高压开关柜应用的重要性，进而为电力行业未来的发展奠定夯实的基础。

关键词：高压开关柜;电力设备设施;电力能源;电力系统;电力行业

引言

高压开关柜是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用。高压开关柜属于电压等级在3.6kV到550kV的电器产品。高压开关柜是高压设备中的一种，它和高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器，高压操作机构、高压防爆配电装置等都属于高压设备。

1开关柜局部放电检测技术

高压开关柜中由于设计、制造、安装和运行维护等方面仍存在着不同程度的问题，导致开关柜在运行时可能出现局部放电，例如绝缘爬距及空气间隙不够，紧固螺栓松动或锈蚀，互感器内部气隙或裂纹、支持瓷柱质量差等，此外污秽和潮湿也可能引起开关柜内部绝缘子、套管及母线沿面放电。开关柜局部放电产生的电磁波在开关柜外表面感应出暂态地电压信号，利用电容耦合传感器能够检测测出局放的幅值及脉冲数量。暂态地电压其主要特征为频带范围为3～100MHz，电磁波沿开关柜表面传播，不同制造厂家同类型的开关柜会有相同的衰减路径。由于开关柜结构封闭，局放在柜内及各柜间的传播规律不明，现场许多情况下暂态地电压检测结果不能判断放电信号的具体来源。电气设备内部产生局部放电的过程中，会伴随产生声发射现象，即在局部放电发生的区域由于脉冲电流的作用瞬间受热膨胀，形成一个近似爆破的效果，当局放结束后表面膨胀效果消失。由于放电区域体积变化引起的介质疏密变化形成超声波，波形特征上表现为一连串的脉冲形式。超声波以球面波的形式从局部放电点向四周传播，针对开关柜内部产生的局部放电，超声波在传播过程中会遇到不同的介质，从而在柜体内部经过一系列的折反射，最后通过柜体缝隙传播出来。针对开关柜内的局部放电超声信号可以利用非接触式超声传感器沿柜体缝隙处进行检测，通过检测到的信号周期最大值、有效值、频率成分、信号波形等特征，同时结合聆听耳机中超声信号的声音特征对放电信号进行综合检测判断。通过特高频传感器对开关柜中局放时产生的特高频信号（300MHz～1.5GHz）进行检测，获得局放信号的幅值、相位等信息。特高频信号只能从高压柜缝隙、观察窗、散热孔等非金属连续部位传出。特高频检测法由于其抗干扰能力强、PRPD/PRPS波形特征明显等特征可识别缺陷类型，在开关柜局放带电检测中得到了广泛的应用。

2高压开关柜的设计

2.1温度采集系统设计

高压开关柜温度在线监测系统利用ZigBee网络作为数据传输的载体，实现对高压开关柜内温度实时监测、传输和存储。高压开关柜温度在线监测系统主要由传感器组、ZigBee网络、存储器、电源模块、PIC单片机、复位单元、时钟单元、通讯单元、中央监控室等组成。其中PIC单片机对采集ZigBee网络反馈的温度数据进行运算处理，同时通过通讯单元将温度数据发送到中央监控室的工业计算机;ZigBee网络实现传感器组信号和PIC单片机之间的数据传输;多个高精度温度传感器组成的传感器组用于测试高压开关柜温度数据;存储器用于存储高压开关柜的温度实时数据。

2.2高压开关柜中真空断路器的设计

高压开关柜中断路器主要是可以起到开关器件的作用。而且在高压开关柜正常运行的状态体系，断路器是对断开回路的负荷电流进行接收。如果发生故障问题，断路器会和继电保护装置互相协作，将发生故障的电流及时断开，避免重大故障问题的发生，并保证其断路器具备安全的防跳性能，进一步实现对电气回路的控制。

2.3高压开关柜测温技术

高压开关柜内部处于高电压、强磁场和强辐射的复杂运行工况致使传统检修方式（事故后维修和定期检修）限制了测温技术的发展[4]。国内外关于高压开关柜测温方式缺乏统一的标准，市场上也没有垄断性的产品，各个厂家根据自身实践经验和研发能力开发不同类型的测温产品。目前，市场上主要的测温手段有示温腊片变色法、光纤技术测温法、红外手持设备测温法等，以下对上述方法进行详细介绍。示温腊片变色法测试温度是根据示温腊片在不同温度环境下显示不同颜色的物理过程。测试时把示温腊片粘贴在高压开关柜需要测试的部位，通过人工观察示温腊片颜色的变化来确定测试点温度范围。当温度超过示温腊片的测试范围时，示温腊片会自然脱落。示温腊片变色法测试温度需要工作人员定期查看，在测试过程中人员工作量大、成本高、稳定性低、实时性较差。示温腊片变色法测试温度方法在早期的高压开关及其它类型电气设备温度测试过程中具有一定的应用空间，但随着测温技术和电力电子技术的高速发展，示温腊片已经慢慢退出温度测试领域，目前只有在极少的领域应用。光纤测温法是利用光在光纤中的喇曼效应改变光波波长的特性，喇曼效应信号的强弱与温度有直接关系。当宽带光进入光纤，经过光栅返回一定波长的光，该波长与被测温度有一定变换关系，经测量反射光波长可确定被测物体温度。光纤测温一般依托光纤传感器，传感器输出与温度成比例的信号，采用埋入/表面安装方式。光纤测温法的测试精度和实时性较好，具有一定的市场空间，但该方式测温成本较高、维护困难，不利于大范围推广应用。红外手持设备测温法利用被测物体温度高于绝对零度时向外界散射红外能量的原理。散射的红外能量与物体表面温度相关，通过测试散射的能量并计算就能得到物体表面的温度。红外手持设备测温法为非接触式测温方式，测试精度较高，但巡检间隔时间较长，不利于及时和实时发现被测物体温度的变化情况。

3高压开关柜的效果

该散热性能好的高压开关柜，通过在开关柜本体上开设透气孔，使外界空气可以流入柜体的内部，置换出柜内的高温空气。通过设置挡板，有效防止了在雨天等情况时雨水通过透气孔进入到高压开关柜内部引起故障的问题;通过在开关柜本体上开设通风孔，在通风孔内安装固定架和散热风机组成的散热装置，使散热风机可以转动将高压开关柜内部的高温空气吹出;通过设置防尘罩，避免了由于开关柜本体不密封造成灰尘从通风孔進入到高压开关柜内部的问题，且可以通过拉动卡杆与L形块分离，使L形块和防尘罩组成的防尘装置可以拆卸，防止防尘罩在阻挡较多灰尘后造成堵塞不通风影响散热的情况，避免了由于高压开关柜内部电压较高，造成控制柜内部温度进一步升高。

结束语

综上所述，柜体的散热和通风是高压开关柜内结构设计要考虑的重要因素，通过上述开关柜结构的设计，能很好地使柜内热量散出，避免因温度过高而产生故障，有一定的实际应用价值。

参考文献

[1]梁文滨.刍议高压开关柜的设计与应用[J].中国新技术新产品，2014，2（6）.

[2]朱国谦.浅谈高压开关柜的设计[J].电气传动自动化，2015，5（9）.

[3]宋传山，杨晓青.浅谈10kV高压开关柜设计的几点体会[J].科技风，2010，4（3）.

[4]孔令明，肖云东，刘娟等.开关柜局部放电带电检测定位技术的应用与研究[J].山东电力技术，2010（6）：5-8.

[5]王流火，吕鸿，王增彬等.开关柜局部放电检测定位技术的应用研究[J].广东电力，2014，27（4）：91-94.