CN201170797Y

CN201170797Y - 高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置

Info

Publication number: CN201170797Y
Application number: CNU2007201574634U
Authority: CN
Inventors: 李洪景
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2017-11-23

Abstract

本实用新型公开了一种高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置，包括检测单元、数据分析处理单元、显示单元、网络通讯单元和电源单元，所述检测单元采用传感器输出开关柜触点拉弧信号至数据分析处理单元，数据分析处理单元对输入信号进行分析处理后，一路输出至显示单元进行检测结果显示，一路输出至网络通讯单元将检测数据通过网络发送至上位机，所述电源单元为装置供电。本实用新型解决了如何对高压开关柜触点拉弧进行检测的问题，具备远方监控功能，能够可靠、及时、准确地发出报警信息，可广泛应用于各类电力高压开关设备的触点拉弧在线监测。

Description

高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置

技术领域

本实用新型属于电力安全运行检测领域，具体涉及一种高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置。

背景技术

随着电网的发展和设备技术的提高，10kV、35kV系统开关柜在电网中已大量使用。而开关柜的内部过热现象已成为开关柜使用中的常见问题，在过热之前，开关柜内往往有高压电晕闪络或开关拉弧现象。拉弧放电是一种气体放电形式，其放电机理是电极间的导电离子不断产生和消失，处在一种动平衡状态，它的条件是电源有足够的能量不断的输入放电点，在放电间隙形成放电通道。因在拉弧放电的初始阶段，电弧电流较小，电弧的燃烧往往是不稳定的，有可能达不到保护装置动作值，随着能量的不断输入，电弧电流迅速上升，当电弧放电所产生的电游离金属气体温度达到一定程度后，形成稳定的高温电弧电流引起相间短路后才能达到过电流保护装置动作值，而使保护动作切除事故。此过程由于时间较长，电弧放电的持续性高温，会使运行中的触头烧伤熔焊并烧焦击穿带电导体表面所敷设的绝缘材料，往往扩大为大面积烧毁的短路事故。同时，若柜内已经着火，即使在断开电源后，由于拉开手车操作需要一定的时间，有可能失去灭火的最佳良机，一定程度上助长了事故的蔓延。因此，应对开关拉弧做进一步的检测。以期在拉弧的初期尽可能地产生一告警信号。引起开关拉弧的原因大致有以下几种：

1、接触不良。部分手车柜产品存在操作时机械传动部分卡滞、拉合困难现象。拉合几次动插触头就会歪斜偏心或合不到位，造成接触不良。合上后其合后状态良好与否不易检查发现。运行中在大负荷电流所造成的电磁振动力的作用下接触部分螺丝松动，引起动静触头或接头表面形成间隙，导致间隙火花放电，其能量虽不大，但温度可达摄氏百度甚至上千度，造成触头表面形成严重的电腐蚀麻坑现象，从而降低了有效接触面积，导致接触电阻进一步增大而引起严重发热。由触头接触不良烧熔而拉弧，造成母线相间短路，可迅速发展成三相短路或高压变内部故障、爆炸损毁。

2、若因避雷器内部受潮，可引起避雷器内壁闪络而引起避雷器爆炸，并进而引起接地开关弧光短路即弧光爆炸。

3、工作电源开关发热拉弧引起的高压变损坏事故。

4、对带电部分如母线、开关隔离插头相间或对地的空气距离不够的开关柜来说，在运行温度高、湿度大以及空气中含有杂质等情况下，也比较容易发生电晕放电，最坏情况下也能导致空气间隙击穿形成短路。

5、开关柜触点出现过电压，导致开关开断性能不良，引起拉弧。开关柜触点出现过电压的原因主要是由于中性点不接地系统中，如产生单相间歇性的电弧接地时，则在电网非故障相和故障相将会出现很高的过电压，非故障相的最大过电压可达电压幅值的3.5倍，故障相最大过电压也可达相电压幅值的2倍；其次是母线变压器铁磁谐振引起的过电压。

6、电晕放电。柜内母排和元器件有毛刺而引起尖端电晕放电，导致绝缘表面电场分布很不均匀，当局部电场强度达到其临界场强时，气体发生局部电离出现蓝色荧光，它产生的热效应和臭氧、氮的氧化物会使绝缘体绝缘破坏。

7、热击穿和污闪。手车柜内由于大量采用了压铸环氧树脂为材料的绝缘部件，尤其是复合绝缘材料的高压电缆外绝缘层、环氧浇注电流互感器、酚醛环氧绝缘罩、相间隔板及支架，运行中在交流电场的作用下以及接触部分的温升效应，将产生介质损耗，导致介质温度升高，温度升高又使介质损耗进一步增加。倘若柜体散热条件差，介质产生的热量超过散发热量，必然形成热积累效应，所产生的高温会导致介质熔化、炸裂或烧焦而完全丧失绝缘性能形成热击穿现象。同时，复合绝缘材料与瓷绝缘相比，憎水性差，若绝缘材料材质不好在空气湿度大且污秽严重的情况下，运行中会导致吸潮凝露，导致表面泄露电流增大，当介质受潮、脏污或有破损时，由于潮湿的作用介质表面的游离电子增加，引起传导电流也增加，因此绝缘电阻便相应降低，在绝缘下降到一定程度时即引起局部沿面放电闪络，最终发展成相间短路或接地短路事故。

因此，为了尽早地对开关柜内部电晕闪络及开关拉弧进行预警，有必要使用这样的检测装置。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种能够检测到开关柜内是否有拉弧或电晕发生的高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置。

本实用新型的技术方案是：一种高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置，包括检测单元、数据分析处理单元、显示单元、网络通讯单元和电源单元，所述检测单元采用传感器输出开关柜触点拉弧信号至数据分析处理单元，数据分析处理单元对输入信号进行分析处理后，一路输出至显示单元进行检测结果显示，一路输出至网络通讯单元将检测数据通过网络发送至上位机，所述电源单元为装置供电。

进一步地，所述检测单元采用紫外线传感器SEN1。

所述检测单元采用臭氧传感器SEN2。

所述检测单元采用超声波传感器SEN3。

所述检测单元同时采用紫外线传感器SEN1、臭氧传感器SEN2和超声波传感器SEN3。

本实用新型具有如下优点：

1、解决了如何检测开关柜内开关设备触点是否有拉弧或电晕发生的技术难题，采用非接触式方法检测高压开关柜拉弧或电晕闪络，检测手段准确、可靠、多样化。

2、本实用新型安装方便，具备远方监控功能，能够可靠、及时、准确地发出报警信息，防止开关设备故障的进一步发生，提高开关设备运行的安全性，减少恶性事故的发生。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的检测单元、数据分析处理单元、显示单元实施例的电路原理图；

图3为本实用新型的网络通讯单元和电源单元实施例的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1本实用新型的结构框图中，高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置包括检测单元、数据分析处理单元、显示单元、网络通讯单元和电源单元(图中未画出)，其中检测单元采用传感器输出开关柜触点拉弧信号至数据分析处理单元，数据分析处理单元对输入信号进行分析处理后，一路输出至显示单元进行检测结果显示，一路输出至网络通讯单元将检测数据通过网络发送至上位机，电源单元为装置各单元供电。

图2本实用新型的检测单元、数据分析处理单元、显示单元实施例的电路原理图中，检测单元包括传感器和A/D转换电路。传感器包括紫外线传感器SEN1、臭氧传感器SEN2和超声波传感器SEN3。其中：

紫外线传感器SEN1选用UV系列标准紫外线传感器，包含只对紫外线敏感的光电管，它的输出信号是同紫外线强度相对应的光电流，具体型号如UV10SF。紫外线传感器SEN1的输出经运算放大器D4A放大后接入A/D转换器D5输入端A0；其中运算放大器D4A选用四运算放大器LF347，电阻R1和电容C16并联后接在D4A输入+端和输出端之间构成外围电路；

臭氧传感器SEN2选用臭氧气体敏感元件MQ131，其输出经运算放大器D4B放大后接入A/D转换器D5输入端A1；其中运算放大器D4B选用四运算放大器LF347，其输入-端通过电阻R11和臭氧传感器SEN2的接地端连接，通过电阻R12和D4B的输出端连接；

超声波传感器SEN3选用美国邦纳BANNER超声波传感器T30U，可输出0-5V的直流信号，直接接入A/D转换器D5输入端A2，A/D转换器D5选用串行A/D转换器TLC2543，稳压二极管V11和电容C21并联后正端接地和D5的REF-端，负端接D5的REF+端同时通过电阻R15接供电电压正端。

图2中，数据分析处理单元D2采用8-bit CMOS microcontroller：W77EL58，A/D转换器D5的DTOUT端、EOC端、/CS端、ADDR端和CLK端分别与数据分析处理单元D2的P20端、P22端、P23端、P27端和P26端连接。

D3为D2的看门狗电路，选用单片机外围芯片X25045，防止D2因干扰出现死机。D3还能存储门限数据及相对于上位机的通讯地址，以便于组网。

K1，K2，K3，K4为键盘按键，可当地设置门限数据及相对于上位机的通讯地址，以便于组网，设置数据存于D3。

晶振芯片JT1、电容Cb3、Cb4提供CPU芯片D4工作所需的时钟，接D2的X1、X2端口。

在数据分析处理单元D2的控制下，A/D转换器D5将SEN1测量到的紫外线的强度，SEN2测量到的臭氧的含量，超声波传感器SEN3的强度变换成数字量供数据分析处理单元分析和判断。当开关柜内发生拉弧或电晕闪络时，开关柜内的紫外线强度，超声波强度，臭氧的含量会迅速提高。CPU根据预先设置在芯片D3的门限数据与测量数据进行比较。当测量数据大于设置数据时，表明关柜内发生拉弧或电晕闪络，设置故障标志；否则，若测量数据小于设置数据时，表明开关柜内未发生拉弧或电晕闪络，复位故障标志。由于变电站内通常无人值守，当地声光报警已无意义，故本实用新型不设计声光报警电路，而是将测量数据和故障标志通过网络通讯单元的RS485接口总线传到通常设在主控室或局端调度的上位机中。

数据分析处理单元将测量数据进行分析处理后，一方面将测量数据送到RS485总线上，一方面送到LCD屏上显示，LCD屏选用香港精电产的LCD显示器MOBI2006。

图3本实用新型的网络通讯单元和电源单元实施例的电路原理图中，装置主机使用变压器将220V的交流市电变为彼此隔离的两组8V额定交流输出，经插头P2，整流桥Z1，稳压块W1(采用7805)，得到+5V的直流电压，+5V的直流电压经稳压块W2(采用AMS117A-3.3)，得到+3.3V的直流电压作为主电源。另一路交流输出经整流桥Z2，稳压块W3(采用7805)，得到另一路隔离的+5V的直流电压，为隔离的RS485口供电。

网络通讯单元的RS485总线由图3中的U1、U2、U3、D1及其外围元件组成，串行信号RXD0，TXD0，TXEN信号来自数据分析处理单元D2芯片，光耦U1、U2、U3完成信号电气隔离，RS485变换芯片D1采用SN75LBC184，实现TTL信号与RS485信号的相互转换，RS485信号经插头P1接到RS485总线上，LED1，LED2为通讯指示灯。

本实用新型的工作过程原理如下：

电晕或拉弧现象就是带电体表面在气体或液体介质中局部放电的现象，常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内，例如高压导线的周围，带电体的尖端附近。利用其下述特点可实现对开关柜触点拉弧的检测：

1、触点拉弧时会发出嗤嗤的声音，内含超声波。超声波检测的原理是接收触点放电发出的超声波信号，将其转换为人们可听见的声音或其它电信号，通过信号的强弱，用多点时间差定位的方法来判断放电的位置和强度。为简单起见，我们使用T30U系列超声波传感器。该传感器中既包括开关量输出，又包括模拟量输出，可直接根据模拟量的大小确定是否有拉弧或电晕发生。

2、触点拉弧时会产生臭氧、NO和NO₂等，合成NH₃，C₂H₂(乙炔)等气体。可以使用臭氧、NO、NO₂、NH₃、C₂H₂等化学传感器中的任意一种来检测开关柜内相对应的气体的含量及增量，以此来判断开关柜内是否有拉弧或电晕发生。以臭氧为例，开关柜工作于相对密封，且有高压的环境中，正常情况下，柜内空气中含有一定的臭氧。在一定范围内，不能根据臭氧含量的绝对值来判断开关柜内是否有拉弧或电晕发生，而应该根据臭氧含量在某一时间段内的增量来判断，因为当发生柜内拉弧或电晕时，柜内空气中臭氧会迅速增加。

3、电晕或拉弧时在导体尖端处可见亮光。内含紫外线，能量主要集中在210nm-390nm。我们采用紫外线传感器，检测柜内紫外线能量的大小，以此来判断开关柜内是否有拉弧或电晕发生。

综上所述，本实用新型既可采用三种方法中的任何一种，也可将上述三种方法组合使用来检测到开关柜内是否有拉弧或电晕发生。

本实用新型采用非接触式方法检测高压开关柜拉弧或电晕闪络，产品可直接安装在开关柜低压侧屏上，也可安装在高压室内与高压保持足够安全距离的任何一个地方。

本实用新型解决了如何对高压开关柜触点拉弧进行检测的问题，可广泛应用于各类电力高压开关设备的触点拉弧在线监测。

Claims

1、一种高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置，其特征是，包括检测单元、数据分析处理单元、显示单元、网络通讯单元和电源单元，所述检测单元采用传感器输出开关柜触点拉弧信号至数据分析处理单元，数据分析处理单元对输入信号进行分析处理后，一路输出至显示单元进行检测结果显示，一路输出至网络通讯单元将检测数据通过网络发送至上位机，所述电源单元为装置供电。

2、根据权利要求1所述的高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置，其特征在于：所述的检测单元采用紫外线传感器SEN1。

3、根据权利要求1所述的高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置，其特征在于：所述的检测单元采用臭氧传感器SEN2。

4、根据权利要求1所述的高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置，其特征在于：所述的检测单元采用超声波传感器SEN3。

5、根据权利要求1所述的高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置，其特征在于：所述检测单元同时采用紫外线传感器SEN1、臭氧传感器SEN2和超声波传感器SEN3。