專利名稱：智能中壓開關(guān)柜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種輸電系統(tǒng)中的金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，具體是中壓開關(guān)柜。
背景技術(shù)：
中壓開關(guān)柜是輸電系統(tǒng)中的一種重要電氣設(shè)備,外部電流經(jīng)過導(dǎo)線先進入柜內(nèi)主控開關(guān)，然后進入分控開關(guān)與各分路接通；各分路需要設(shè)置儀表、控制與保護組件、監(jiān)測組件、各種交流斷路器等控制元器件，對電路進行控制、保護、測量、計量、監(jiān)測等。隨著使用時間的增長，開關(guān)柜的運行狀態(tài)會逐漸惡化，各種故障苗頭會逐步顯現(xiàn)； 例如開關(guān)柜內(nèi)部的導(dǎo)電連接處會因為電磨損、機械振動以及設(shè)備制造過程中的隱藏缺陷導(dǎo)致接觸條件惡化，引起接觸點溫度升高，而溫度升高會進一步加 劇接觸表面的氧化，形成惡性循環(huán)，直至絕緣損壞，最終形成電弧放電，導(dǎo)致設(shè)備事故。柜內(nèi)絕緣件由于長期處于高電壓、強電磁場環(huán)境，也會導(dǎo)致絕緣老化、表面積塵，最終使絕緣性能下降引發(fā)事故。斷路器由于處在運行狀態(tài)長期不動作，致使操動機構(gòu)運動部件潤滑功能下降，機械特性發(fā)生變化，對開斷和關(guān)合正常電流或故障電流的能力產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時將引發(fā)事故。根據(jù)電力系統(tǒng)對事故的統(tǒng)計分析，中壓開關(guān)柜的故障主要表現(xiàn)為機械故障、絕緣故障和發(fā)熱故障。通常預(yù)防事故的方式都建立在檢修人員對設(shè)備的巡檢基礎(chǔ)上；不僅耗費大量人力，也不能及時發(fā)現(xiàn)故障；而且由于開關(guān)柜的數(shù)量巨大，實地巡檢的工作效率太低，難以確保輸電系統(tǒng)的安全正常運行。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服上述背景技術(shù)中的不足，提供一種開關(guān)柜的改進，該開關(guān)柜應(yīng)可實時監(jiān)測開關(guān)柜運行狀況，具有監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、巡檢工作效率高的特點，以保證開關(guān)柜安全可靠運行。本實用新型采用的技術(shù)方案是智能中壓開關(guān)柜，包括柜體、安裝在柜體內(nèi)的銅母線、觸頭盒、斷路器以及與網(wǎng)絡(luò)連通的控制系統(tǒng)；其特征在于柜體內(nèi)還分別安裝有用于檢測銅母線溫度的測溫組件、用于檢測斷路器機械特性的位移組件、用于檢測絕緣件泄漏電流的引流組件；所述測溫組件、位移組件以及引流組件分別通過數(shù)據(jù)線接入控制系統(tǒng)以將測得的數(shù)據(jù)上傳，進而實現(xiàn)對開關(guān)柜運行狀況的實時監(jiān)測以及與有關(guān)系統(tǒng)的無縫對接。所述測溫組件包括具有屏蔽作用的不銹鋼金屬外殼、固定在該金屬外殼內(nèi)的紅外傳感器以及連接該傳感器的屏蔽引出線，所述金屬外殼上還制有一匯聚該紅外傳感器紅外光的開孔尼龍屏蔽筒。所述測溫組件分別設(shè)置在母線室內(nèi)觸頭盒安裝孔的上方、電纜室內(nèi)觸頭盒安裝孔的下方，并且每個紅外傳感器分別監(jiān)測一個銅母線，紅外傳感器中的尼龍屏蔽筒的開孔對準(zhǔn)銅母線的平面。[0010]所述紅外傳感器與母線直線距離為130-180mm。所述引流組件包括在觸頭盒絕緣套管上環(huán)繞制作一圈的凹槽、嵌入該凹槽內(nèi)的引流環(huán)以及從引流環(huán)引出的屏蔽線。所述凹槽深0. 5-1. 5mm,寬 3_7mm。所述位移組件包括角位移傳感器、將該傳感器固定在斷路器主軸端面的連接器以及將傳感器數(shù)據(jù)引出的屏蔽線。所述連接器的一端制有固定角位移傳感器的螺釘結(jié)構(gòu)；另一端制成可與斷路器主軸端面螺孔配合的螺桿，并配有固定螺母。本實用新型的有益效果是能夠在不影響主回路原有功能、結(jié)構(gòu)及正常檢修維護的前提下；(I)能夠在線監(jiān)測開關(guān)柜中絕緣件泄漏電流；(2)能夠在線監(jiān)測開關(guān)柜中母線電連接處溫度；(3)能夠在線監(jiān)測開關(guān)機械特性曲線和參數(shù)；(4)能夠在線監(jiān)測開關(guān)量(分合閘狀態(tài)、手車位置等)；配置與網(wǎng)絡(luò)連通的控制系統(tǒng)后，還具有智能診斷、歷史數(shù)據(jù)存儲、故障報警功能； 整柜具備完善的保護、控制、測量、計量、狀態(tài)監(jiān)測、通訊功能、狀態(tài)檢修輔助決策功能。另外，本實用新型的控制系統(tǒng)配有遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，使智能開關(guān)柜與后臺監(jiān)測系統(tǒng)之間形成統(tǒng)一的通訊協(xié)議，可實現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)與變電站綜合自動化系統(tǒng) IEC61850協(xié)議的無縫對接，以及與電力公司的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)無縫對接。

圖I是本實用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型中的測溫組件金屬外殼的立體結(jié)構(gòu)放大示意圖之一。圖4是本實用新型中的測溫組件金屬外殼的立體結(jié)構(gòu)放大示意圖之二。圖5是本實用新型中的位移組件的安裝結(jié)構(gòu)放大示意圖。圖6是本實用新型中的引流組件的安裝結(jié)構(gòu)放大示意圖。
具體實施方式
本實用新型所稱的智能開關(guān)柜是指具有感知、判斷、執(zhí)行功能的開關(guān)柜；感知在線監(jiān)測實現(xiàn)了實時監(jiān)測功能即感知；判斷在線監(jiān)測數(shù)據(jù)后，進行診斷，與預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進行比對，判斷是否正常，若異常則報警。報警后在后臺或變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)出相關(guān)下一步執(zhí)行的指令。 執(zhí)行采用微機來執(zhí)行。以上功能主要依靠兩大部分完成；一是用于監(jiān)測各類數(shù)據(jù)信號的監(jiān)測部分(感知);二是對監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)信號進行判斷、執(zhí)行的控制系統(tǒng)。由于控制系統(tǒng)為常規(guī)技術(shù)，因而本實用新型主要是對監(jiān)測部分進行研究攻關(guān)。智能中壓開關(guān)柜，包括柜體、安裝在柜體I內(nèi)的銅母線6、斷路器、觸頭盒以及與網(wǎng)絡(luò)連通的控制系統(tǒng)；柜體內(nèi)還分別安裝有用于檢測銅母線溫度的測溫組件、用于檢測斷路器機械特性的位移組件、用于檢測絕緣件泄漏電流的引流組件；所述測溫組件、位移組件以及引流組件分別通過數(shù)據(jù)線接入控制系統(tǒng)，然后將測得的數(shù)據(jù)上傳，進而實現(xiàn)對開關(guān)柜運行狀況的實時測量監(jiān)測以及與變電站綜合自動化系統(tǒng)IEC61850協(xié)議的無縫對接，以及與電力公司的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)無縫對接。本實用新型中的控制系統(tǒng)(包括微機及其配套的溫度測量模塊、泄漏電流測量模塊、機械特性測量模塊)可直接外購。而傳感器組件(包括測溫組件、位移組件以及引流組件)用于各類數(shù)據(jù)的取樣，既要考慮各種傳感器的安裝不能影響開關(guān)柜原有的電氣性能和機械性能，又要保證整個裝置在監(jiān)測開關(guān)柜各種運行狀態(tài)包括故障情況下的準(zhǔn)確性和可靠性。傳感器組件包含很多的電子元件，最怕強電場和強磁場的干擾，而開關(guān)柜在實際運行中恰恰是高電壓、大電流的環(huán)境，有很強的電場和磁場，所以各種傳感器在開關(guān)柜中的安裝方式和屏蔽措施是關(guān)鍵問題。本實用新型針對上述問題采取了以下措施一、設(shè)置在線監(jiān)測絕緣件泄漏電流的引流組件表征絕緣特性的有很多參量，比如介質(zhì)損耗角正切、局部放電、泄漏電流等，但從經(jīng)濟性和實際實施的可行性考慮，目前在中壓開關(guān)柜上有實際使用價值的是檢測絕緣件的泄漏電流，該方法具有硬件成本低，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，現(xiàn)場施工簡單等優(yōu)點，既可以在老變電站設(shè)備上實施改造也可以在新設(shè)備上配置。在監(jiān)測絕緣件泄露電流的過程中，需要對絕緣件的底部安裝引流環(huán)，引出泄露電流信號。在安裝引流環(huán)的過程中，不能減小一次母線與接地柜架的電氣間隙及絕緣件本身的爬電距離。為了方便泄漏電流的引出，還需在絕緣件的相應(yīng)位置安裝引線端子。智能開關(guān)柜中觸頭盒內(nèi)有動靜觸頭的連接，電場分布復(fù)雜，所以觸頭盒是關(guān)鍵的絕緣件，需要對觸頭盒5泄漏電流進行監(jiān)測，為方便檢測，母排室中的3個觸頭盒以及電纜室內(nèi)的3個觸頭盒中，在每個觸頭盒的絕緣套管上，靠近不銹鋼安裝板1-1附近3-8_ (推薦5_)位置處開了一圈深I(lǐng)mm寬5mm的凹槽,凹槽中嵌入一引流環(huán)11 (可用導(dǎo)電橡膠或金屬條制成)，并采用一固定螺釘12連接傳輸用的屏蔽線以引出信號(如圖6所示)(該信號通常接入小電流互感器高低電位隔離放大后進入處理器的A/D);該方法具有較高的檢測靈敏度和抗干擾能力。通過實驗室模擬現(xiàn)場污穢試驗，在清潔狀態(tài)下絕緣套管表面的泄漏電流非常小， 在潮濕和污穢情況下，絕緣套管表面的絕緣狀況會明顯劣化，泄漏電流大幅增加。在單相接地且套管上有嚴(yán)重污穢的情況下，絕緣套管泄漏電流約為40 y A。根據(jù)這些試驗結(jié)果，可以設(shè)定12 kV斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)的一級絕緣劣化閾值為50 UA (此閾值考慮了大電流引起的電磁干擾，留有10 UA裕量)，超過這個閾值提供報警功能。如果泄漏電流值明顯超過 50 PA，說明環(huán)氧絕緣套管絕緣性能有失效的危險，電器設(shè)備必須立即停電檢修?？梢栽O(shè)定二級絕緣劣化報警閾值為100 PA,既考慮了實驗結(jié)果，也留有足夠裕量以防止因電磁干擾導(dǎo)致系統(tǒng)誤動作。
二、安裝了在線監(jiān)測母線發(fā)熱溫度的測溫組件實時溫度在線監(jiān)測是預(yù)防這類事故發(fā)生的重要手段，但長期以來因為開關(guān)柜內(nèi)空間狹小、運行電位高等原因安裝普通溫度傳感器難以保證絕緣距離，同時傳感器若使用電池供電存在定期停機更換的缺點，而采用外部供電則電源的絕緣處理困難。目前比較理想的測溫方式是基于紅外輻射的非接觸式測溫，該方式要克服兩個技術(shù)難點，第一是測溫探頭的安裝位置選擇，必須對現(xiàn)有的絕緣結(jié)構(gòu)不構(gòu)成影響，第二是對紅外測溫結(jié)果的準(zhǔn)確修正，以避免測試環(huán)境、距離系數(shù)、輻射率、工作波長、瞬時視場角對測量正確性的影響。測溫組件的安裝位置選擇可見圖I ;斷路器手車的動靜觸頭結(jié)合位置是熱故障的多發(fā)位置，容易出現(xiàn)由于觸頭彈簧抱緊力減小、嚙合尺寸偏差、及大電流運行氧化等原因?qū)е碌陌l(fā)熱。因為該位置有絕緣觸頭盒包覆，無法直接測量，因此測溫點選擇了觸頭盒出口處的銅母線，該位置距離實際接觸點較近，溫差較小，易于通過軟件補償還原實際溫度。采用紅外傳感器測溫時，既要保證測溫探頭與高壓帶電母線間保持足夠的電氣絕緣距離，使得一次回路離地之間> 125mm ;同時又要防止電磁干擾保證測量準(zhǔn)確性和可靠性。經(jīng)過計算和實驗驗證，紅外傳感器與銅母線直線距離為130-180mm (150mm左右為最佳)，本方案在母線室A內(nèi)觸頭盒5安裝孔的上方、電纜室B內(nèi)觸頭盒安裝孔的下方分別設(shè)置3個測溫組件7 (圖I中，母線室中的3個觸頭盒以及3個測溫組件分別重疊；電纜室內(nèi)的3個觸頭盒以及3個測溫組件也分別重疊)，每個測溫組件的紅外傳感器對準(zhǔn)一個銅母排 6 ;為防電磁干擾，紅外傳感器封閉在一個不銹鋼的外殼7-1內(nèi)起到屏蔽作用，并采用一個開孔尼龍屏蔽筒7-2 (該屏蔽筒為定制加工)匯聚紅外光(還可在孔口處卡嵌一紅外玻璃進行隔離)，以保證原有的防護等級，對原柜的絕緣也沒有任何影響；引出線采用屏蔽電纜線 (圖3、圖4中，外殼上還制有導(dǎo)出屏蔽電纜線的開孔7-3 ;外殼底板7-5上的開孔用于螺釘固定)。此外，也可在電纜室內(nèi)大彎板下方的G點位置分別安裝3個測溫組件，對準(zhǔn)電纜室內(nèi)的3個銅母排進行監(jiān)測。通過預(yù)埋熱電偶并通以1250A電流模擬溫升試驗，該方式的測溫精度在±1K，完全滿足狀態(tài)監(jiān)控的要求。測溫組件中的紅外傳感器選用MLX90614新型高精度測溫傳感器，其優(yōu)點是I)非接觸式的紅外測溫方法，可有效實現(xiàn)在線監(jiān)測的高低電位有效隔離。2)傳感器的輸出為數(shù)字信號，且自身集成了相應(yīng)的數(shù)字濾波器和存儲器，數(shù)字信號的傳輸具有很強的抗電磁干擾性能。3)該溫度傳感器體積小，安裝方便，抗干擾能力強。4)在保證測溫準(zhǔn)確度的要求下，傳感器前端探頭離母線距離可達150mm，完全滿足開關(guān)柜電氣絕緣距離的要求。5)溫度傳感器壽命可達10年。三、配置了在線監(jiān)測開關(guān)機械特性的位移組件斷路器最嚴(yán)重的機械故障是拒動和誤動。引起此類故障的主要原因有兩個一是操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的機械失效；另一個是電氣控制和輔助回路的故障。針對這兩方面的原因，并結(jié)合目前的技術(shù)水平和產(chǎn)品成本等因素，對中壓真空斷路器的機械特性作以下兩方面的檢測①斷路器觸頭行程-時間特性曲線的檢測，由該曲線計算出平均分合閘速度、最大分合閘速度、動觸頭行程、固有分合閘時間等參量；②分合閘脫扣線圈回路電流的檢測，記錄下整個分合閘過程中線圈電流波形，從分析線圈電流的變化可以診斷斷路器機械故障的趨勢，同時也可以得到固有分合閘時間等參數(shù)。觸頭行程-時間特性是斷路器工作狀態(tài)的重要表征，行程測量的基本要求是既不能影響機構(gòu)原有的機械特性和絕緣性能， 又要真實的反映觸頭行程隨時間的變化。此外，傳感器還要便于安裝，即監(jiān)測系統(tǒng)的適應(yīng)性要強，這就要求選用的傳感器體積不能太大，并且線性度和靈敏度要盡可能高。傳統(tǒng)的直線位移傳感器由于尺寸的限制均難以在實際中使用。同時，由于在線情況下動觸頭處于高電位，對監(jiān)測系統(tǒng)的隔離措施要求很高，使得直接測量動觸頭的行程曲線非常困難?？紤]到真空斷路器在分合閘過程中，動觸頭的行程與主軸轉(zhuǎn)動角度之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，因此測得主軸的角位移 曲線，即可間接得到動觸頭的直線位移曲線。斷路器室D中，斷路器9 (真空斷路器)的主軸處于地電位，遠離高壓部分，不存在高電位隔離的問題，而且一般情況下主軸附近的可用空間很大，能夠方便地安裝角位移傳感器，這種間接測量的方式對多種型號的真空斷路器都適用。主軸的角位移與觸頭直線位移的關(guān)系通過大量的離線試驗來確定，并制作出角位移-直線位移表格，供程序查表時使用。進一步計算即可得到各速度和分合閘時間等參量。本實用新型選用WDD3 系列精密導(dǎo)電塑料電位器作為角位移傳感器，具有體積小、便于安裝；與斷路器主軸同軸；角位移傳感器本身阻尼很小，不影響斷路器原有性能或結(jié)構(gòu)等優(yōu)點。角位移傳感器應(yīng)緊固于斷路器操動機構(gòu)的某一合適位置，確保不影響操作機構(gòu)的機械運動并便于維護。目前IOkV真空斷路器普遍采用固封極柱式真空斷路器，在斷路器操動機構(gòu)的主軸(圖I中該主軸為軸向布置)兩端有內(nèi)螺紋孔，角位移傳感器10可通過一個連接器15與斷路器主軸20固定連接；該連接器15的一端是用于固定角位移傳感器的螺釘結(jié)構(gòu)(配有螺釘15-1的固定孔，角位移傳感器的固定桿10-1插入固定孔后再用螺釘固定);另一端制成可與斷路器主軸端面螺孔配合的螺桿15-1，并配有固定螺母15-2 (如圖5所示)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是I、角位移傳感器體積小，線性度好，便于安裝；2、與斷路器主軸同軸，剛性連接，真實反映主軸轉(zhuǎn)動狀態(tài)；3、角位移傳感器本身阻尼很小，不影響斷路器原有性能或結(jié)構(gòu)。通過采取以上措施，各種傳感器的安裝和屏蔽在本實用新型所述的智能開關(guān)柜得到很好的解決，還通過了國家電磁兼容性試驗(EMC) 4級標(biāo)準(zhǔn)的驗證。而且，所述的智能開關(guān)柜的控制系統(tǒng)具有遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，使智能開關(guān)柜與后臺監(jiān)測系統(tǒng)之間形成統(tǒng)一的通訊協(xié)議，可接入電力公司的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)，既可實現(xiàn)實時監(jiān)測開關(guān)柜運行狀況，又可基于開關(guān)柜運行監(jiān)測量實現(xiàn)開關(guān)柜狀態(tài)評估，對實現(xiàn)開關(guān)柜變“定期維修”為“狀態(tài)維修”并及早發(fā)現(xiàn)故障苗頭，防患于未然具有重要意義。
權(quán)利要求1.智能中壓開關(guān)柜，包括柜體(I)、安裝在柜體內(nèi)的銅母線(6)、觸頭盒(5)、斷路器(9) 以及與網(wǎng)絡(luò)連通的控制系統(tǒng)；其特征在于柜體內(nèi)還分別安裝有用于檢測銅母線溫度的測溫組件、用于檢測斷路器機械特性的位移組件、用于檢測絕緣件泄漏電流的引流組件；所述測溫組件、位移組件以及引流組件分別通過數(shù)據(jù)線接入控制系統(tǒng)以將測得的數(shù)據(jù)上傳。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能中壓開關(guān)柜，其特征在于所述測溫組件包括具有屏蔽作用的不銹鋼金屬外殼(7-1)、固定在該金屬外殼內(nèi)的紅外傳感器以及連接該傳感器的屏蔽引出線，所述金屬外殼上還制有一匯聚該紅外傳感器紅外光的開孔尼龍屏蔽筒(7-2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能中壓開關(guān)柜，其特征在于所述測溫組件分別設(shè)置在母線室內(nèi)觸頭盒安裝孔的上方、電纜室內(nèi)觸頭盒安裝孔的下方，并且每個紅外傳感器分別監(jiān)測一個銅母線，紅外傳感器中的尼龍屏蔽筒的開孔對準(zhǔn)銅母線的平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能中壓開關(guān)柜，其特征在于所述紅外傳感器與母線直線距離為 130_180mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能中壓開關(guān)柜，其特征在于所述引流組件包括在觸頭盒絕緣套管上環(huán)繞制作一圈的凹槽、嵌入該凹槽內(nèi)的引流環(huán)(11)以及從引流環(huán)引出的屏蔽線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能中壓開關(guān)柜，其特征在于所述凹槽深0.5-1. 5mm,寬 3_7mm0
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能中壓開關(guān)柜，其特征在于所述位移組件包括角位移傳感器(10)、將該傳感器固定在斷路器主軸端面的連接器(15)以及將傳感器數(shù)據(jù)引出的屏蔽線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能中壓開關(guān)柜，其特征在于所述連接器(15)的一端制有固定角位移傳感器的螺釘結(jié)構(gòu)；另一端制成可與斷路器主軸端面螺孔配合的螺桿(15-1)，并配有固定螺母(15-2)。
專利摘要本實用新型涉及一種中壓開關(guān)柜。所要解決的技術(shù)問題是提供的開關(guān)柜應(yīng)可實時監(jiān)測開關(guān)柜運行狀況，具有監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、巡檢工作效率高的特點，以保證開關(guān)柜安全可靠運行。技術(shù)方案是智能中壓開關(guān)柜，包括柜體、安裝在柜體內(nèi)的銅母線、觸頭盒、斷路器以及與網(wǎng)絡(luò)連通的控制系統(tǒng)；其特征在于柜體內(nèi)還分別安裝有用于檢測銅母線溫度的測溫組件、用于檢測斷路器機械特性的位移組件、用于檢測絕緣件泄漏電流的引流組件；所述測溫組件、位移組件以及引流組件分別通過數(shù)據(jù)線接入控制系統(tǒng)以將測得的數(shù)據(jù)上傳，進而實現(xiàn)對開關(guān)柜運行狀況的實時監(jiān)測以及與有關(guān)系統(tǒng)的無縫對接。
文檔編號H02B1/04GK202363739SQ20112044379
公開日2012年8月1日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者姚愛明, 張劍, 林友福, 王萬亭, 麻立群 申請人:臨安市供電局, 杭州恒信電氣有限公司