3. 智能監(jiān)測的改造
中壓開關(guān)柜智能化改造基于常規(guī)開關(guān)柜，通過在關(guān)鍵位置布置多種智能傳感器、多功能采集器，智能化測控、操作終端，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜智能化。
3.1 智能量測的更新
新型微機(jī)保護(hù)及配網(wǎng)自動(dòng)化終端功能更加豐富，所需要的電流、電壓功率很小。新型電流傳感器、電壓傳感器與微機(jī)保護(hù)直接配合，完成對(duì)開關(guān)柜的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算，并可以對(duì)開關(guān)進(jìn)行分合閘操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線開關(guān)的故障識(shí)別、隔離和對(duì)非故障區(qū)間的恢復(fù)供電，有些還具備保護(hù)和備用電源自動(dòng)投入的功能。
采用新型電流電壓傳感器更換老舊電流、電壓互感器，或是通過更換集成新型傳感器的斷路器隔室實(shí)現(xiàn)整體智能化改造，隔室觸頭盒集成電流傳感器，實(shí)現(xiàn)電流監(jiān)測、保護(hù)功能。采用新型的電容式傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電壓信息采集，智能裝置還能夠根據(jù)電壓的運(yùn)行功率判斷出電流的方向，實(shí)現(xiàn)方向保護(hù)；
老式電流、電壓互感器尺寸龐大、安裝空間大，新型傳感器尺寸小、重量輕。如圖1所示，電流傳感器安裝在抽出式斷路器隔室觸頭盒前部，方便安裝和維護(hù)，通過RJ45插頭網(wǎng)線連接，實(shí)現(xiàn)了小型化、數(shù)字化，減少了現(xiàn)場改造工作量。
圖1 智能傳感器的安裝
3.2 斷路器的智能化
對(duì)于非常老舊開關(guān)柜中的斷路器需要更換的，可以采用新型智能斷路器，更換和原斷路器接口尺寸一致的智能斷路器，快速實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜的智能化，智能斷路器集在線監(jiān)測、控制、通信等功能于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，可以對(duì)真空斷路器三相分合閘機(jī)械特性、分合閘電磁鐵電流以及儲(chǔ)能電機(jī)電流、觸頭溫度等進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。智能斷路器還集成保護(hù)和控制單元，電流、電壓傳感器測量每相電流、電壓將測量值和保護(hù)狀態(tài)傳達(dá)給控制系統(tǒng)，通過保護(hù)單元控制開關(guān)繼電器提供變電站保護(hù)、控制、測量和監(jiān)視功能，以太網(wǎng)端口傳輸數(shù)字和通信信號(hào)。
對(duì)于不更換斷路器的改造，可以采用非介入式回路監(jiān)測裝置，如圖2所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器控制回路的監(jiān)測，實(shí)時(shí)采集分合閘線圈電流、儲(chǔ)能及分合閘線圈通流時(shí)間、分合閘時(shí)間、儲(chǔ)能電流、儲(chǔ)能時(shí)間，通過處理運(yùn)算獲得儲(chǔ)能電機(jī)電壓電流曲線、分合閘線圈電壓電流曲線、儲(chǔ)能次數(shù)、分合閘次數(shù)、分合閘線圈操作時(shí)間和儲(chǔ)能電機(jī)操作時(shí)間等數(shù)據(jù)，通過AI實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器機(jī)械性能的評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷路器機(jī)構(gòu)的缺陷。監(jiān)測裝置配備有就地顯示裝置，具備顯示設(shè)定值、測量值、異常報(bào)警等功能，還具備RS485通訊Modbus通訊功能，實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通訊。
圖2 非介入式監(jiān)測裝置組成
相比較于在原有斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝位移傳感器等智能化改造，非介入式控制回路監(jiān)測在不影響斷路器的機(jī)械性能、絕緣性能就可以實(shí)現(xiàn)操動(dòng)機(jī)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)斷路器彈簧老化、機(jī)構(gòu)磨損、線圈短路等影響斷路器分合閘特性的問題。監(jiān)測裝置安裝在開關(guān)柜儀表室內(nèi)部，一側(cè)與控制電源連接，另一側(cè)與抽出式斷路器航空插座連接，不改變原斷路器控制回路。監(jiān)測裝置配備的就地顯示裝置可以安裝在儀表門上，通過RS485通訊和后臺(tái)系統(tǒng)連接。
3.3 關(guān)鍵部位溫升的監(jiān)測
溫升直接影響到開關(guān)柜的安全運(yùn)行和壽命，通過在線監(jiān)測溫升，對(duì)觸頭等動(dòng)連接點(diǎn)、電纜、母線的連接點(diǎn)等關(guān)鍵部位進(jìn)行溫升監(jiān)測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作、安裝、產(chǎn)品質(zhì)量等缺陷，避免長期溫升過高導(dǎo)致的加速老化、破壞絕緣。
測溫的方式有很多種，對(duì)于老舊開關(guān)柜的智能化提升，可以采用非接觸式紅外測溫方式，或通過安裝在母排上的溫度傳感器測溫，無線傳輸方式將測量的溫度發(fā)送到接收端。
3.3.1 非接觸式紅外測溫
紅外測溫，一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量，物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。通過對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度。
紅外測溫由于可靠性高，是現(xiàn)在全球電力溫度監(jiān)測的主要手段，通過紅外觀察窗手持式測溫槍已廣泛使用，DL/T664電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)紅外測溫有著明確的規(guī)定，紅外測溫還是最有效直接的溫升監(jiān)測手段，通過手持式測溫槍定期對(duì)開關(guān)柜特別是易發(fā)生故障的電纜連接頭等部位進(jìn)行溫度測量，可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題，已成為變電站等運(yùn)維的標(biāo)準(zhǔn)程序。而通過安裝在開關(guān)柜內(nèi)部的紅外測溫傳感器，實(shí)時(shí)測量銅排、觸頭連接點(diǎn)以及電纜連接頭的溫度，更加直接有效。
非接觸式紅外傳感器，通過在機(jī)箱內(nèi)部提供連續(xù)溫升監(jiān)控功能，非接觸式紅外測溫的可靠性非常高，使用壽命可達(dá)40年。另外傳感器不安裝在導(dǎo)電回路上，不影響開關(guān)柜導(dǎo)電回路，也不需要擰松螺栓以安裝新的溫升監(jiān)測設(shè)備，灰塵不會(huì)通過光纖維上產(chǎn)生潛在的電弧路徑，不會(huì)損害導(dǎo)體之間的電氣絕緣間距，安裝后不需要任何維護(hù)。
紅外在線監(jiān)測在開關(guān)柜中的應(yīng)用如圖3所示。在老舊開關(guān)柜中，將測溫傳感器安裝在與帶電母線保持足夠電氣間隙的安裝板上，傳感器測溫探頭與母線上需要側(cè)溫的位置對(duì)應(yīng)，傳感器連接線沿著二次線槽進(jìn)入采集終端，數(shù)據(jù)終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過RS485通訊與后臺(tái)系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵連接部位的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測。
圖3 紅外測溫傳感器開關(guān)柜中的應(yīng)用示意
3.3.2 接觸式測溫，無線傳輸
無線測溫傳感器，根據(jù)現(xiàn)場安裝空間位置，可以選擇無源或有源形式，無源測溫裝置采用合金片鎖扣式安裝，無需電池與電源，通過無線CT取電，可以方便對(duì)高壓柜的斷路器梅花觸頭、母排、電纜、電纜搭接處等位置進(jìn)行可靠測溫。
有源測溫裝置在開關(guān)柜中的安裝如圖4所示，裝置包括多個(gè)測溫傳感器和一個(gè)無線發(fā)射器。小型化傳感器可安裝在母線連接、靜觸頭等處，采用絕緣綁帶固定，傳感器連線沿著銅排連接到無線發(fā)射器。無線發(fā)射器固定在母線上相間或距地電氣間隙較大的位置，無線傳輸，高壓隔離，體積小，不受開關(guān)柜結(jié)構(gòu)和空間影響，無需維護(hù)，自帶鋰亞電池，最長可運(yùn)行8年。測溫接收器安裝在開關(guān)柜儀表室內(nèi)部，或者安裝在開關(guān)柜室其它部位，一個(gè)接收器可以接收100個(gè)傳感器的信號(hào)，且支持150m長的通信距離。有源測溫裝置安裝位置靈活，最小電氣間隙不受影響，不管母線是否通有電流，都可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度的監(jiān)測。
圖4 無線測溫裝置在開關(guān)柜中的應(yīng)用
3.4 弧光保護(hù)的集成
隨著運(yùn)行年限的增加，老舊開關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障的機(jī)率不斷增加，老舊開關(guān)柜一般缺乏IAC內(nèi)部電弧等級(jí)設(shè)計(jì)，柜體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能承受內(nèi)部電弧故障。內(nèi)部電弧故障會(huì)造成開關(guān)柜嚴(yán)重的破壞，人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。電弧持續(xù)時(shí)間越長，破壞程度越大，如果在35ms內(nèi)切除故障，損壞程度比較輕，檢查絕緣沒有問題后便可繼續(xù)投入使用；在100ms內(nèi)切除故障，有較小的損壞，只需進(jìn)行簡單的清理、檢測及維修后便可繼續(xù)投入運(yùn)行；但超過500ms后切除故障，就會(huì)造成部分設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，甚至人員傷亡，需要更換損壞的設(shè)備才能夠投入運(yùn)行。通過傳感器檢測弧光、弧聲、電壓電流、壓力等電量和非電量信號(hào)，并對(duì)檢測到的信號(hào)進(jìn)行分析或與相應(yīng)的設(shè)定值進(jìn)行比較，快速判斷內(nèi)部電弧故障，從而通過對(duì)應(yīng)的進(jìn)、出線斷路器分閘，切斷能量，快速熄滅電弧，減少損失。
弧光保護(hù)傳感器安裝在電纜室、母線室和手車室，如圖5所示。傳感器放置在靠近電弧易發(fā)區(qū)，如母線、電纜連接區(qū)域，以盡量減少光和聲音信號(hào)之間的延遲。在接地的隔板上的適合位置開孔或支架上安裝弧光保護(hù)傳感器， 傳感頭朝向電弧可能發(fā)生的位置，注意光纖的彎曲半徑，傳感器和光纖不應(yīng)懸掛以免在靜電場中形成爬電路徑?；」獗Ｗo(hù)主控單元安裝在儀表室內(nèi)部。
圖5 弧光保護(hù)傳感器的安裝
來源：會(huì)說電氣
