專利名稱：一種開關柜內(nèi)部故障的探測方法及探測裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于變配電領域，尤其涉及一種用于電能輸送/分配設備的故障探測方法 及探測裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，作為基礎的電力工業(yè)也得到了長期快速的發(fā)展。作為 電力建設中的重要設備之一，封閉型組合電器的應用日益普及，同時也對封閉型組合電器 設備的安全/穩(wěn)定運行提出了更高的要求?？諝饨^緣開關柜是封閉型組合電器的一種，在10 40. 5KV的開關設備中應用廣 泛。然而，由于其封閉式箱體結(jié)構(gòu)的特點所致，空氣絕緣開關柜也有一定的缺點，主要 是在內(nèi)部電氣異常在發(fā)生的早期，發(fā)現(xiàn)比較困難。若不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，通常會造成開關 裝置及其附屬部件的損壞/焚毀，嚴重時甚至會影響到整個系統(tǒng)的運行和整個變配電站/ 所的人身/設備安全。具體的，空氣絕緣開關柜一般采用箱體型結(jié)構(gòu)，它將配電設備的所有元件均放置 在柜體內(nèi)部，這樣的結(jié)構(gòu)形式帶來的問題就是無法從柜體外部及時/直觀地了解柜體內(nèi)部 的設備運行狀況(正常帶電運行時柜體的柜門是處于關閉狀態(tài))，對于一次設備最常見的 接頭發(fā)熱、六氟化硫氣體泄漏、局部放電異常等故障，無法在柜外通過直觀、明顯的方式及 時發(fā)現(xiàn)或表現(xiàn)出來，當發(fā)現(xiàn)時，往往已經(jīng)釀成嚴重后果。例如，對于六氟化硫絕緣氣體的泄漏故障，只有等到壓力低于報警或閉鎖值時，才 能通過光字牌、指示燈間接顯示出來；而對于局部放電故障，雖然采用高頻超聲波檢測手段 可以檢測，但其檢測的準確度和靈敏度不能令人滿意；又如，對于接頭發(fā)熱故障，除了打開 柜門采用直接瞄準的非接觸式紅外測量之外，目前還沒有很好的其他在線探測手段；雖然 有單位已經(jīng)研究出在開關柜斷路器小車觸頭等部位加裝溫度探測器，將溫度信號無線向外 發(fā)射的探測裝置和測量手段，但該裝置缺點也很明顯，安裝時設備必須逐倉停電，安裝工作 成本高，且由于變配電站/所均為電磁波強烈干擾區(qū)域，裝置本身的可靠性和壽命也存在 問題。所以，如何在封閉型組合開關柜帶電運行(此時開關柜的柜門處于關閉位置)的 狀態(tài)下及時、低成本地獲得柜內(nèi)開關設備的運行狀況或發(fā)現(xiàn)其異常運行信息，成為現(xiàn)場運 行/巡檢工作中一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種開關柜內(nèi)部故障的探測方法及探測裝置， 其在開關柜處于帶電運行狀態(tài)下運行時，采用與一、二次回路帶電體非接觸式的氣體采集 方式，能夠靈敏地檢測到柜內(nèi)開關設備的常見運行故障，且工作時不需要對運行中的開關 柜停役，也不需要對現(xiàn)有開關柜電氣一、二次回路設備進行改動，實施成本低廉，不影響現(xiàn)有設備的正常運行。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種開關柜內(nèi)部故障的探測方法，包括開關柜的柜體， 其特征是對于柜門處于關閉狀態(tài)下的帶電運行的開關柜，在柜體外部，利用開關柜柜體的 通孔，抽取柜體內(nèi)部空間的氣體；對于被抽出的柜內(nèi)氣體，采用氣體濃度測量裝置進行某種指定特征氣體的濃度測 量；所述的氣體濃度測量裝置中設置多路氣敏傳感器模塊，每一路氣敏傳感器模塊對 應測量某一種指定特征氣體的濃度，每一路氣敏傳感器模塊設置一個平衡電橋；所述的氣敏傳感器模塊將各種指定特征氣體的濃度轉(zhuǎn)變成電信號；采用分別或依次測量各平衡電橋的不平衡電壓的方法，通過不平衡電壓值的數(shù)值 或數(shù)值的變化，來對應反映柜內(nèi)某種特征氣體的濃度或濃度的變化趨勢；分別記錄氣體濃度測量裝置對柜內(nèi)各種指定特征氣體濃度所對應的不平衡電壓 測量值以及該時段中環(huán)境空氣中同種指定特征氣體的濃度所對應的不平衡電壓測量值；將同一柜體某一時間段所測各種指定特征氣體的不平衡電壓測量值與環(huán)境空氣 中同種指定特征氣體所對應的不平衡電壓測量值和/或其他不同柜體在同一時間段內(nèi)同 種指定特征氣體所對應不平衡電壓的測量值進行對比；發(fā)現(xiàn)不平衡電壓測量值異常變化的開關柜；根據(jù)不平衡電壓測量值發(fā)生異常變化所對應指定特征氣體的種類，對應得出所對 應的事故種類和所對應的開關柜倉位；通過對帶電運行狀態(tài)下柜體內(nèi)部空間氣體的抽取、測量/分析和數(shù)據(jù)對比，將每 個代表某種特征氣體濃度項目的不平衡電壓數(shù)值與周圍環(huán)境空氣和/或其他開關柜倉位 的代表該種特征氣體濃度項目的不平衡電壓的數(shù)值相比較，及早發(fā)現(xiàn)開關柜內(nèi)部處于初發(fā) 階段的事故或早期事故隱患，防止事故的擴大或進一步蔓延。具體的，上述的指定特征氣體至少包括臭氧、六氟化硫和煙霧，其所對應的事故分 別為開關柜內(nèi)部的放電、六氟化硫氣體泄漏和接頭發(fā)熱事故。上述的氣體濃度測量裝置中設置有氣體采樣模塊、氣敏傳感器模塊、顯示模塊和 電源模塊；所述的氣體濃度測量裝置利用氣體采樣模塊抽取開關柜體內(nèi)部空間的氣體，將 其送入氣敏傳感器模塊的氣體采樣部分，氣敏傳感器模塊的不平衡電壓輸出信號送入顯示 模塊進行實時顯示，所述的電源模塊為氣體采樣模塊、氣敏傳感器模塊和顯示模塊提供工 作電源。進一步的，所述開關柜柜體的通孔，包括開關柜的鎖孔、操作孔或散熱孔。所述的氣敏傳感器模塊包括半導體氣敏傳感器和/或固體電解質(zhì)電化學氣敏傳 感器。本發(fā)明還提供了 一種采用上述方法進行工作的開關柜內(nèi)部故障探測裝置，其特征 是設置一便攜式且?guī)в羞M氣口的裝置殼體；在殼體中設置氣體采樣模塊、氣敏傳感器模 塊、顯示模塊和電源模塊；所述裝置殼體的進氣口與空氣絕緣開關柜體上的通孔氣路連接； 所述的氣敏傳感器模塊經(jīng)過氣體采樣模塊、裝置殼體進氣口以及空氣絕緣開關柜體上的通 孔，與空氣絕緣開關柜體的內(nèi)部空間進行氣路連接；所述的氣敏傳感器模塊的檢測信號輸出端與顯示模塊的測量信號輸入端電連接；所述電源模塊的電源輸出端與氣體采樣模塊、 氣敏傳感器模塊和顯示模塊的電源輸入端電連接。進一步的，所述裝置殼體的進氣口經(jīng)柔性吸盤固定在空氣絕緣開關柜體上的通孔 上。具體的，所述的氣體采樣模塊包括真空泵和控制按鈕開關，所述真空泵的氣體吸 入口經(jīng)裝置殼體的進氣口與空氣絕緣開關柜體上的通孔氣路連接，所述真空泵的氣體出口 與氣敏傳感器模塊的氣體采樣部分氣路連接；所述的控制按鈕開關串接在電源模塊的電源 輸出端與真空泵繞組線圈之間。所述的氣敏傳感器模塊包括臭氧傳感器、六氟化硫傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、硫化 氫傳感器和/或煙霧傳感器及其外圍電路。所述的顯示模塊包括電壓表和輸入選擇切換開關，所述電壓表的測量電壓輸入端 經(jīng)輸入選擇切換開關與氣敏傳感器模塊的測量信號輸出端電連接。所述的電源模塊包括至少蓄電池/干電池組和電源開關。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點是1.使用抽取開關柜內(nèi)空氣進行分析的方式，能夠靈敏地檢測到柜內(nèi)開關設備的常 見運行故障，且工作時不需要對運行中的開關柜停役，也不需要對現(xiàn)有開關柜電氣一、二次 回路設備進行改動，實施成本低廉，不影響現(xiàn)有設備的正常運行；2.在開關柜處于帶電運行狀態(tài)下運行時，采用非電連接的方式，對開關柜的運行 狀況進行檢測，能夠靈敏地探測空氣絕緣開關柜內(nèi)部的接頭發(fā)熱、放電和六氟化硫氣體泄 漏等異常，有利于故障的早期發(fā)現(xiàn)和及時處理，可有效地避免問題的擴大和故障的蔓延，為 整個變配電系統(tǒng)的安全/穩(wěn)定運行創(chuàng)造了條件；3.裝置采用便攜式結(jié)構(gòu)，便于在移動狀態(tài)下使用，完全可以滿足定期巡檢要求，操 作方便、探測準確度高。


圖1是本發(fā)明的方法步驟示意框圖；圖2是本發(fā)明裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的電路圖。圖中1為裝置殼體，2為進氣口，3為氣體采樣模塊，4為氣敏傳感器模塊，5為顯示 模塊，6為電源模塊，7為柔性吸盤，
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。圖1中，本發(fā)明的探測方法，至少包括下列步驟A、對于柜門處于關閉狀態(tài)下的帶電運行的開關柜，在柜體外部，利用開關柜柜體 的通孔，抽取柜體內(nèi)部空間的氣體；B、對于被抽出的柜內(nèi)氣體，采用氣體濃度測量裝置進行某種指定特征氣體的濃度 測量；C、所述的氣體濃度測量裝置中設置多路氣敏傳感器模塊，每一路氣敏傳感器模塊對應測量某一種指定特征氣體的濃度，每一路氣敏傳感器模塊設置一個平衡電橋；D、所述的氣敏傳感器模塊將各種指定特征氣體的濃度轉(zhuǎn)變成電信號；E、采用分別或依次測量各平衡電橋的不平衡電壓的方法，通過不平衡電壓值的數(shù) 值或數(shù)值的變化，來對應反映柜內(nèi)某種特征氣體的濃度或濃度的變化趨勢；F、分別記錄氣體濃度測量裝置對柜內(nèi)各種指定特征氣體濃度所對應的不平衡電 壓測量值以及該時段中環(huán)境空氣中同種指定特征氣體的濃度所對應的不平衡電壓測量 值；G、將同一柜體某一時間段所測各種指定特征氣體的不平衡電壓測量值與環(huán)境空 氣中同種指定特征氣體所對應的不平衡電壓測量值和/或其他不同柜體在同一時間段內(nèi) 同種指定特征氣體所對應不平衡電壓的測量值進行對比；H、發(fā)現(xiàn)不平衡電壓測量值異常變化的開關柜；I、根據(jù)不平衡電壓測量值發(fā)生異常變化所對應指定特征氣體的種類，對應得出所 對應的事故種類和所對應的開關柜倉位；J、通過對帶電運行狀態(tài)下柜體內(nèi)部空間氣體的抽取、測量/分析和數(shù)據(jù)對比，將 每個代表某種特征氣體濃度項目的不平衡電壓數(shù)值與周圍環(huán)境空氣和/或其他開關柜倉 位的代表該種特征氣體濃度項目的不平衡電壓的數(shù)值相比較，及早發(fā)現(xiàn)開關柜內(nèi)部處于初 發(fā)階段的事故或早期事故隱患，防止事故的擴大或進一步蔓延。氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導體氣敏傳感器、接觸 燃燒式氣敏傳感器和電化學氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導體氣敏傳感器。它的應 用主要有一氧化碳氣體的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂(R11、R12)的檢測、 呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可 以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關的信息，從而可以進行檢測、監(jiān)控、報警；還可 以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。進一步的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的指定特征氣體至少包括臭氧、六氟化硫 和煙霧，其所對應的事故分別為開關柜內(nèi)部的放電、六氟化硫氣體泄漏和接頭發(fā)熱事故。所述的氣體濃度測量裝置中設置有氣體采樣模塊、至少一路氣敏傳感器模塊、顯 示模塊和電源模塊；所述的氣體濃度測量裝置利用氣體采樣模塊抽取開關柜體內(nèi)部空間的 氣體，將其送入氣敏傳感器模塊的氣體采樣部分，氣敏傳感器模塊的不平衡電壓輸出信號 送入顯示模塊進行實時顯示，所述的電源模塊為氣體采樣模塊、氣敏傳感器模塊和顯示模 塊提供工作電源。所述開關柜柜體的通孔，包括開關柜的鎖孔、操作孔或散熱孔。所述的氣敏傳感器模塊包括半導體氣敏傳感器和/或固體電解質(zhì)電化學氣敏傳 感器。在本技術(shù)方案中，采用抽取開關柜內(nèi)空氣進行定性/定量分析的方式，能夠靈敏 地檢測到柜內(nèi)開關設備的接頭發(fā)熱、放電和六氟化硫氣體泄漏三種常見的運行故障，且工 作時不需要對運行中的開關柜停役，也不需要對現(xiàn)有開關柜電氣一、二次回路設備進行改 動，實施成本低廉，不影響現(xiàn)有設備的正常運行，特別適用于那些已經(jīng)建成的輸變電所/站。
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同時，在開關柜處于帶電運行狀態(tài)下運行時，采用非電連接的方式，對開關柜的運 行狀況進行檢測，能夠靈敏地探測空氣絕緣開關柜內(nèi)部的異?，F(xiàn)象或事故先期征兆，有利 于故障的早期發(fā)現(xiàn)和及時處理，可有效地避免問題的擴大和故障的蔓延，為整個變配電系 統(tǒng)的安全/穩(wěn)定運行創(chuàng)造了條件。圖2中，本發(fā)明所述的探測裝置包括一帶有進氣口 2和出氣孔(圖中未示出)的 裝置殼體1 ；在殼體中設置有氣體采樣模塊3、氣敏傳感器模塊4、顯示模塊5和電源模塊6。裝置殼體的進氣口與空氣絕緣開關柜體上的通孔(圖中未示出)氣路連接；裝置 殼體的出氣孔與大氣相通。氣敏傳感器模塊經(jīng)過氣體采樣模塊、裝置殼體進氣口以及空氣絕緣開關柜體上的 通孔，與空氣絕緣開關柜體的內(nèi)部空間進行氣路連接。進一步地，在裝置殼體進氣口與空氣絕緣開關柜體上通孔氣路連接的一端，可以 設置一柔性吸盤7，裝置殼體的進氣口經(jīng)柔性吸盤固定在空氣絕緣開關柜體上的通孔上?；蛘撸谘b置殼體進氣口與空氣絕緣開關柜體上通孔之間，設置一采樣管，裝置殼 體進氣口經(jīng)采樣管與空氣絕緣開關柜體上的通孔氣路連接，在采樣管與空氣絕緣開關柜體 上通孔連接的一端，設置一柔性吸盤，采樣管經(jīng)柔性吸盤固定在空氣絕緣開關柜體上的通 孔上。氣敏傳感器模塊的檢測信號輸出端與顯示模塊的測量信號輸入端電連接。電源模塊的電源輸出端與氣體采樣模塊、氣敏傳感器模塊和顯示模塊的電源輸入 端電連接。本探測裝置中的氣體采樣模塊包括真空泵和控制按鈕開關，所述真空泵的氣體吸 入口經(jīng)裝置殼體的進氣口與采樣管氣路連接，所述真空泵的氣體出口與氣敏傳感器模塊的 氣體采樣部分氣路連接；所述的控制按鈕開關串接在電源模塊的電源輸出端與真空泵繞組 線圈之間。本探測裝置中的氣敏傳感器模塊為氣敏傳感器。具體的，氣敏傳感器包括臭氧傳感器、六氟化硫傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、硫化氫 傳感器和/或煙霧傳感器。本探測裝置中的顯示模塊包括電壓表和輸入選擇切換開關，電壓表的測量電壓輸 入端經(jīng)輸入選擇切換開關與氣敏傳感器模塊的測量信號輸出端電連接。本探測裝置中的電源模塊包括蓄電池/干電池組，具體的，電源模塊包括蓄電池/ 干電池組、防反接電路、電源開關、穩(wěn)壓集成電路和充電插口。前述空氣絕緣開關柜體上的通孔包括開關柜的鎖孔、操作孔或散熱孔。圖3中，本發(fā)明所述裝置的電氣路部分依次由氣體采樣模塊、氣敏傳感器模塊、顯 示模塊和電源模塊構(gòu)成。從電路構(gòu)成上來說，氣體采樣模塊3包括真空泵電機M和控制按鈕開關SA3 ；其 中，控制按鈕開關與真空泵電機的繞組線圈串接后與電源模塊的正、負電源輸出端分別對 應連接。氣敏傳感器模塊4包括臭氧傳感器檢測電路、六氟化硫傳感器檢測電路、空氣質(zhì) 量傳感器檢測電路、硫化氫傳感器檢測電路和煙霧傳感器檢測電路；其中臭氧傳感器檢測電路包括臭氧傳感器CG1、第一電阻R1、第二恒流二極管D2和第
8七可調(diào)電阻R7，臭氧傳感器的第1管腳經(jīng)第一電阻與電源模塊電源輸出端的正極連接，臭 氧傳感器的第2管腳經(jīng)過第七可調(diào)電阻和第二恒流二極管與電源模塊電源輸出端的正極 連接，臭氧傳感器的第3管腳與電源模塊電源輸出端的負極連接，其第七可調(diào)電阻和第二 恒流二極管的連接端，構(gòu)成臭氧傳感器檢測電路的檢測信號輸出端。六氟化硫傳感器檢測電路包括六氟化硫傳感器CG2、第二電阻R2、第三恒流二極 管D3和第八可調(diào)電阻R8，六氟化硫傳感器的第1管腳經(jīng)第二電阻與電源模塊電源輸出端的 正極連接，六氟化硫傳感器的第2管腳經(jīng)過第八可調(diào)電阻和第三恒流二極管與電源模塊電 源輸出端的正極連接，六氟化硫傳感器的第3管腳與電源模塊電源輸出端的負極連接，其 第八可調(diào)電阻和第三恒流二極管的連接端，構(gòu)成六氟化硫傳感器檢測電路的檢測信號輸出 端?？諝赓|(zhì)量傳感器檢測電路包括空氣質(zhì)量傳感器CG3、第五電阻R5和第十電阻R10， 空氣質(zhì)量傳感器的兩個加熱端管腳分別與電源模塊電源輸出端的正、負極對應連接，空氣 質(zhì)量傳感器的第3管腳經(jīng)第五電阻與電源模塊電源輸出端的正極連接，空氣質(zhì)量傳感器的 第4管腳與電源模塊電源輸出端的負極連接，其空氣質(zhì)量傳感器第3管腳串接第十電阻后， 構(gòu)成空氣質(zhì)量傳感器檢測電路的檢測信號輸出端。硫化氫傳感器檢測電路包括硫化氫傳感器CG4、第三電阻R3、第i^一電阻Rll和 第四恒流二極管D4，硫化氫傳感器的第1管腳經(jīng)第三電阻與電源模塊電源輸出端的正極連 接，硫化氫傳感器的第2管腳經(jīng)過第四恒流二極管與電源模塊電源輸出端的正極連接，硫 化氫傳感器的第3管腳與電源模塊電源輸出端的負極連接，其硫化氫傳感器第3管腳串接 第十一電阻后，構(gòu)成硫化氫傳感器檢測電路的檢測信號輸出端。煙霧傳感器檢測電路包括煙霧傳感器CG5、第四電阻R4、第六電阻R6和第十二電 阻R12，煙霧傳感器的第1管腳經(jīng)第四電阻與電源模塊電源輸出端的正極連接，煙霧傳感器 的第2管腳經(jīng)第六電阻與電源模塊電源輸出端的正極連接，煙霧傳感器的第3管腳與電源 模塊電源輸出端的負極連接，其煙霧傳感器的第2管腳串接第十二電阻后，構(gòu)成煙霧傳感 器檢測電路的檢測信號輸出端。臭氧傳感器檢測電路的檢測信號輸出端，與顯示模塊中輸入選擇切換開關SA2的 第1測量信號輸入端連接。六氟化硫傳感器檢測電路的檢測信號輸出端，與顯示模塊中輸入選擇切換開關 SA2的第2測量信號輸入端連接?？諝赓|(zhì)量傳感器檢測電路、硫化氫傳感器檢測電路和煙霧傳感器檢測電路的檢測 信號輸出端并接，與顯示模塊中輸入選擇切換開關SA2的第3測量信號輸入端連接。顯示模塊5包括輸入選擇切換開關SA2、電壓表V、第十三電阻R13、第十四電阻R14 和第九可調(diào)電阻R9，輸入選擇切換開關的第1測量信號輸入端與臭氧傳感器檢測電路的檢測 信號輸出端連接，輸入選擇切換開關的第2測量信號輸入端與六氟化硫傳感器檢測電路的檢 測信號輸出端連接，輸入選擇切換開關的第3測量信號輸入端與空氣質(zhì)量傳感器檢測電路、 硫化氫傳感器檢測電路和煙霧傳感器檢測電路的檢測信號輸出端連接，同時經(jīng)第九可調(diào)電阻 與電源模塊電源輸出端的負極連接，電壓表的2個工作電源輸入端分別與電源模塊電源輸出 端的正、負極對應連接，電壓表的第一輸入信號端與輸入選擇切換開關的檢測信號輸出端 連接，電壓表的第二輸入信號端經(jīng)第十三電阻與電源模塊電源輸出端的正極連接，電壓表
9的第二輸入信號端同時還經(jīng)第十四電阻與電源模塊電源輸出端的負極連接。電源模塊6包括電池組B、隔離二極管D1、充電插口 K、穩(wěn)壓集成電路IC、電源開關 SAl和濾波電容Cl，充電插口串接隔離二極管后并接在電池組的正、負極端之間，電池組的 正極經(jīng)電源開關與穩(wěn)壓集成電路的電源輸入端連接，穩(wěn)壓集成電路的電源輸出端構(gòu)成電源 模塊電源輸出端的正極，穩(wěn)壓集成電路的接地端與電池組的負極連接，構(gòu)成電源模塊電源 輸出端的負極，濾波電容并接在電源模塊電源輸出端的正、負極端之間。另一方面，從電路功能上來說，氣體采樣模塊3包括真空泵電機M和控制按鈕開關 SA3，真空泵電機M的電源輸入端和按鈕開關SA3串聯(lián)后與電源模塊的電源輸出端相連。氣敏傳感器模塊4包括臭氧傳感器檢測電路、六氟化硫傳感器檢測電路、空氣質(zhì) 量傳感器檢測電路、硫化氫傳感器檢測電路和煙霧傳感器檢測電路；其中臭氧傳感器CGl的輸出端與臭氧傳感器輸出端恒流二極管D2以及調(diào)零電位器R7 串聯(lián)后并聯(lián)在電源電路電源輸出端，臭氧傳感器CGl的輔助電源端與輔助電源電阻Rl串聯(lián) 后并聯(lián)在電源電路的電源輸出端。六氟化硫傳感器CG2的輸出端與恒流二極管D3以及調(diào)零電位器R8串聯(lián)后并聯(lián)在 電源電路電源輸出端，六氟化硫傳感器CG2的輔助電源端與輔助電源電阻R2串聯(lián)后并聯(lián)在 電源電路的電源輸出端。空氣質(zhì)量傳感器CG3的輸出端與輸出端電阻R5串聯(lián)后并聯(lián)在電源電路電源輸出 端，空氣質(zhì)量傳感器CG3的輔助電源端并聯(lián)在電源電路的電源輸出端。硫化氫傳感器CG4和煙霧傳感器CG5的輸出端分別與恒流二極管D4以及輸出端 電阻R6串聯(lián)后并聯(lián)在電源電路電源輸出端，硫化氫傳感器CG4和煙霧傳感器CG5的輔助電 源端分別與電阻R3和電阻R4串聯(lián)后并聯(lián)在電源電路的電源輸出端；調(diào)零電位器R7和R8 與恒流二極管D2和D3的串聯(lián)連接點分別接切換開關SA2的第一選擇點1和第二選擇點2 ； 空氣質(zhì)量傳感器、硫化氫傳感器和煙霧傳感器的輸出端分別接均壓電阻R10、均壓電阻Rll 和均壓電阻R12，均壓電阻R10、均壓電阻Rll和均壓電阻R12的另一端均與切換開關SA2 的第三選擇點3相連，并通過調(diào)零電位器R9接電源負極。本電路中的硫化氫傳感器、六氟化硫傳感器和臭氧傳感器建議選用固體電解質(zhì)電 化學氣敏傳感器為宜。在顯示模塊5中，分壓電阻R13和分壓電阻R14串聯(lián)后并聯(lián)在電源電路電源輸出 端，分壓電阻R13和分壓電阻R14的串聯(lián)連接點接電壓表V的信號輸入端，電壓表V的另一 個信號輸入端與切換開關SA2的公共點相連，電壓表V的工作電源輸入端并聯(lián)在電源電路 的電源輸出端，電壓表V選用數(shù)字顯示式電壓表。在電源模塊6中，充電插口 K的正極通過隔離二極管Dl與電池B相連，電池B的 正極通過電源開關SAl與穩(wěn)壓集成電路IC的輸入端相連，穩(wěn)壓集成電路IC的輸出端和調(diào) 整端之間并聯(lián)有濾波電容Cl，穩(wěn)壓集成電路IC的調(diào)整端與電池B以及充電插口 K的負極連 接。上述元件中，二極管Dl用于通過充電插口對機內(nèi)電池充電時充電器極性插反；穩(wěn)壓集 成電路IC采用7805型，用于將電池電壓穩(wěn)定在5V，給各級傳感器供電；Cl為濾波電容，用 于穩(wěn)定直流電源電壓。此外，很明顯地，本電路中的氣敏傳感器模塊用于將各種氣體濃度信號轉(zhuǎn)變成電 信號，在該模塊電路中，電阻Rl、R2、R3、R4是傳感器的輔助電源電阻，用于為傳感器內(nèi)部
10的電解質(zhì)或輔助電源提供穩(wěn)定的直流電流；二極管D2、D3、D4是傳感器的輸出端恒流二極 管，由于本電路中臭氧、六氟化硫和硫化氫傳感器為定電流輸出，因此其輸出端電流需要通 過恒流二極管固定，同時為取出信號電壓提供方便；電阻R5、R6分別是異味傳感器和煙霧 傳感器的輸出端負載電阻，為取出信號電壓提供方便；電阻RIO、RlU R12用于將探測發(fā)熱 的異味、硫化氫、煙霧傳感器的輸出端連接以簡化電路，這是因為各種氣敏傳感器輸出電阻 均與特征氣體濃度呈反比，電阻RIO、RlU R12三者阻值相同，其阻值遠大于三個傳感器的 最大輸出電阻，這樣圖中a、b、c三點的電位可通過一點(圖中的選擇開關SA2的第三選擇 點3)顯示出來，圖中的3點的電位約等于a、b、c三點電壓的平均值，只要有一個傳感器感 受到異常而阻值變小，則3點的電位就會下降；電阻R13、R14與二極管D2、D3、D4以及電阻 R5、R6構(gòu)成平衡電橋，這樣就可以高靈敏度地檢測出各傳感器輸出電阻的變化；V為數(shù)字式 電壓表，用于直觀顯示平衡電橋的不平衡電壓；電阻R7、R8、R9用于調(diào)零以獲取基準氣體濃 度，便于檢測。由于空氣中也存在一些顆粒物、硫化氫、臭氧等特征氣體，且各地有所不同，因此 在檢測開關柜設備之前可先通過氣體采樣模塊獲取外界空氣，將環(huán)境空氣設定為基準值， 分別調(diào)節(jié)可調(diào)電阻(電位器)R7、R8、R9至電橋平衡，電壓表V無讀數(shù)，再檢測開關柜設備， 就能比較設備內(nèi)部空氣各特征氣體與外界空氣中特征氣體在濃度或含量上的差異，從而更 方便地檢測設備。檢測項目切換開關SA2，用于切換“發(fā)熱”、“SF6泄漏”、“放電”三種檢測項目，其中 切換開關的第一選擇點1為檢測“放電”故障，第二選擇點2為檢測“SF6(六氟化硫)泄漏” 故障，第三選擇點3為檢測“接頭發(fā)熱”故障。本裝置中的氣體采樣裝置2的排氣端與氣敏傳感器模塊3的氣體采樣部分相連。 其中的SA3為取氣按鈕開關，按下SA3真空泵運轉(zhuǎn)，從外界吸入氣體，從排氣端吹入氣敏傳 感器模塊，供傳感器判斷。實際使用時，接通電源開關SA1，裝置開始工作，此時需要等待1分鐘左右，待所有 傳感器預熱完畢，進入穩(wěn)態(tài)后，即可開始測量，每個傳感器的輸出電阻變化通過平衡電橋反 映在電壓表上，為了使測得的數(shù)據(jù)直觀，可先將選擇切換開關切至每個位置分別調(diào)零，然后 將探測裝置的取氣口對準開關柜柜門的鎖孔、操作孔或散熱孔，按下SA3接通真空泵吸氣， 裝置就可顯示對應各種特征氣體濃度的平衡電橋的不平衡電壓，將每個項目的不平衡電壓 大小與環(huán)境空氣以及其他開關柜倉位的數(shù)值相比較，就能清楚地顯示出內(nèi)部有異常的開關 柜設備倉位。由于本發(fā)明采用非電連接的氣體分析方式采集被測對象的運行狀態(tài)參數(shù)，能夠靈 敏地檢測到柜內(nèi)開關設備最常見的三種運行故障，在進行檢測工作時不需要對運行中的開 關柜停役，不影響現(xiàn)有設備的正常運行，有利于故障的早期發(fā)現(xiàn)和及時處理，可有效地避免 問題的擴大和故障的蔓延，為整個變配電系統(tǒng)的安全/穩(wěn)定運行創(chuàng)造了條件。同時，本裝置采用便攜式結(jié)構(gòu)設計，便于在移動狀態(tài)下使用，在封閉型組合開關柜 帶電運行的狀態(tài)下，可以“一對多”地及時、低成本地獲得多個空氣絕緣開關柜倉位的柜內(nèi) 開關設備的運行狀況或發(fā)現(xiàn)其異常運行信息，檢測實施成本低廉，探測準確度高，解決了現(xiàn) 有設備的不停電進行技術(shù)改造和裝置監(jiān)測手段的完善等諸多問題。本發(fā)明可廣泛用于各種封閉型組合電器/空氣絕緣開關柜的運行監(jiān)控領域。
1權(quán)利要求
一種開關柜內(nèi)部故障的探測方法，包括開關柜的柜體，其特征是對于柜門處于關閉狀態(tài)下的帶電運行的開關柜，在柜體外部，利用開關柜柜體的通孔，抽取柜體內(nèi)部空間的氣體；對于被抽出的柜內(nèi)氣體，采用氣體濃度測量裝置進行某種指定特征氣體的濃度測量；所述的氣體濃度測量裝置中設置多路氣敏傳感器模塊，每一路氣敏傳感器模塊對應測量某一種指定特征氣體的濃度，每一路氣敏傳感器模塊設置一個平衡電橋；所述的氣敏傳感器模塊將各種指定特征氣體的濃度轉(zhuǎn)變成電信號；采用分別或依次測量各平衡電橋的不平衡電壓的方法，通過不平衡電壓值的數(shù)值或數(shù)值的變化，來對應反映柜內(nèi)某種特征氣體的濃度或濃度的變化趨勢；分別記錄氣體濃度測量裝置對柜內(nèi)各種指定特征氣體濃度所對應的不平衡電壓測量值以及該時段中環(huán)境空氣中同種指定特征氣體的濃度所對應的不平衡電壓測量值；將同一柜體某一時間段所測各種指定特征氣體的不平衡電壓測量值與環(huán)境空氣中同種指定特征氣體所對應的不平衡電壓測量值和/或其他不同柜體在同一時間段內(nèi)同種指定特征氣體所對應不平衡電壓的測量值進行對比；發(fā)現(xiàn)不平衡電壓測量值異常變化的開關柜；根據(jù)不平衡電壓測量值發(fā)生異常變化所對應指定特征氣體的種類，對應得出所對應的事故種類和所對應的開關柜倉位；通過對帶電運行狀態(tài)下柜體內(nèi)部空間氣體的抽取、測量/分析和數(shù)據(jù)對比，將每個代表某種特征氣體濃度項目的不平衡電壓數(shù)值與周圍環(huán)境空氣和/或其他開關柜倉位的代表該種特征氣體濃度項目的不平衡電壓的數(shù)值相比較，及早發(fā)現(xiàn)開關柜內(nèi)部處于初發(fā)階段的事故或早期事故隱患，防止事故的擴大或進一步蔓延。
2.按照權(quán)利要求1所述的開關柜內(nèi)部故障的探測方法，其特征是所述的指定特征氣體 至少包括臭氧、六氟化硫和煙霧，其所對應的事故分別為開關柜內(nèi)部的放電、六氟化硫氣體 泄漏和接頭發(fā)熱事故。
3.按照權(quán)利要求1所述的開關柜內(nèi)部故障的探測方法，其特征是所述的氣體濃度測量 裝置中設置有氣體采樣模塊、氣敏傳感器模塊、顯示模塊和電源模塊；所述的氣體濃度測量 裝置利用氣體采樣模塊抽取開關柜體內(nèi)部空間的氣體，將其送入氣敏傳感器模塊的氣體采 樣部分，所述的氣敏傳感器模塊用于將各種氣體濃度信號轉(zhuǎn)變成電信號，氣敏傳感器模塊 的不平衡電壓輸出信號送入顯示模塊進行實時顯示，所述的電源模塊為氣體采樣模塊、氣 敏傳感器模塊和顯示模塊提供工作電源。
4.按照權(quán)利要求1或3所述的開關柜內(nèi)部故障的探測方法，其特征是所述開關柜柜體 的通孔，包括開關柜的鎖孔、操作孔或散熱孔；所述的氣敏傳感器模塊包括半導體氣敏傳感 器和/或固體電解質(zhì)電化學氣敏傳感器。
5.一種開關柜內(nèi)部故障探測裝置，其特征是 設置一便攜式且?guī)в羞M氣口的裝置殼體；在殼體中設置氣體采樣模塊、氣敏傳感器模塊、顯示模塊和電源模塊； 所述裝置殼體的進氣口與空氣絕緣開關柜體上的通孔氣路連接； 所述的氣敏傳感器模塊經(jīng)過氣體采樣模塊、裝置殼體進氣口以及空氣絕緣開關柜體上 的通孔，與空氣絕緣開關柜體的內(nèi)部空間進行氣路連接；所述的氣敏傳感器模塊的檢測信號輸出端與顯示模塊的測量信號輸入端電連接；所述電源模塊的電源輸出端與氣體采樣模塊、氣敏傳感器模塊和顯示模塊的電源輸入 端電連接。
6.按照權(quán)利要求5所述的開關柜內(nèi)部故障探測裝置，其特征是所述裝置殼體的進氣口 經(jīng)柔性吸盤固定在空氣絕緣開關柜體上的通孔上。
7.按照權(quán)利要求5所述的開關柜內(nèi)部故障探測裝置，其特征是所述的氣體采樣模塊包 括真空泵和控制按鈕開關，所述真空泵的氣體吸入口經(jīng)裝置殼體的進氣口與空氣絕緣開關 柜體上的通孔氣路連接，所述真空泵的氣體出口與氣敏傳感器模塊的氣體采樣部分氣路連 接；所述的控制按鈕開關串接在電源模塊的電源輸出端與真空泵繞組線圈之間。
8.按照權(quán)利要求5所述的開關柜內(nèi)部故障探測裝置，其特征是所述的氣敏傳感器模塊 包括臭氧傳感器、六氟化硫傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、硫化氫傳感器和/或煙霧傳感器及其 外圍電路。
9.按照權(quán)利要求5所述的開關柜內(nèi)部故障探測裝置，其特征是所述的顯示模塊包括電 壓表和輸入選擇切換開關，所述電壓表的測量電壓輸入端經(jīng)輸入選擇切換開關與氣敏傳感 器模塊的測量信號輸出端電連接。
10.按照權(quán)利要求5所述的開關柜內(nèi)部故障探測裝置，其特征是所述的電源模塊包括 至少一蓄電池/干電池組和電源開關。
全文摘要
一種開關柜內(nèi)部故障的探測方法及探測裝置，屬變配電領域。其對于柜門關閉狀態(tài)下帶電運行的開關柜，利用開關柜柜體的通孔，在柜體外部抽取柜體內(nèi)部空間的氣體；通過對帶電運行狀態(tài)下柜體內(nèi)部空間氣體的抽取、測量和數(shù)據(jù)對比，將每個代表某種特征氣體濃度項目的不平衡電壓數(shù)值與周圍環(huán)境空氣和/或其他開關柜倉位的代表該種特征氣體濃度項目的不平衡電壓的數(shù)值相比較，及早發(fā)現(xiàn)開關柜內(nèi)部處于初發(fā)階段的事故或早期事故隱患，防止事故的擴大或進一步蔓延。其采用與氣體采集方式，能夠靈敏地檢測到柜內(nèi)開關設備的常見運行故障，工作時無需對運行中的開關柜停役，也不需要對現(xiàn)有開關柜設備作改動，實施成本低廉，不影響現(xiàn)有設備的正常運行。
文檔編號G01N27/407GK101968459SQ20101026026
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者周徐達 申請人:上海市電力公司超高壓輸變電公司