3. 智能監(jiān)測的改造
中壓開關柜智能化改造基于常規(guī)開關柜，通過在關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，實現(xiàn)開關柜智能化。
3.1 智能量測的更新
新型微機保護及配網(wǎng)自動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、電壓傳感器與微機保護直接配合，完成對開關柜的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)的采集與計算，并可以對開關進行分合閘操作，實現(xiàn)對饋線開關的故障識別、隔離和對非故障區(qū)間的恢復供電，有些還具備保護和備用電源自動投入的功能。
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現(xiàn)整體智能化改造，隔室觸頭盒集成電流傳感器，實現(xiàn)電流監(jiān)測、保護功能。采用新型的電容式傳感器技術實現(xiàn)了電壓信息采集，智能裝置還能夠根據(jù)電壓的運行功率判斷出電流的方向，實現(xiàn)方向保護；
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，通過RJ45插頭網(wǎng)線連接，實現(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
對于非常老舊開關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，快速實現(xiàn)開關柜的智能化，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，可以對真空斷路器三相分合閘機械特性、分合閘電磁鐵電流以及儲能電機電流、觸頭溫度等進行實時在線監(jiān)測。智能斷路器還集成保護和控制單元，電流、電壓傳感器測量每相電流、電壓將測量值和保護狀態(tài)傳達給控制系統(tǒng)，通過保護單元控制開關繼電器提供變電站保護、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。
對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，實現(xiàn)對斷路器控制回路的監(jiān)測，實時采集分合閘線圈電流、儲能及分合閘線圈通流時間、分合閘時間、儲能電流、儲能時間，通過處理運算獲得儲能電機電壓電流曲線、分合閘線圈電壓電流曲線、儲能次數(shù)、分合閘次數(shù)、分合閘線圈操作時間和儲能電機操作時間等數(shù)據(jù)，通過AI實現(xiàn)對斷路器機械性能的評估，及時發(fā)現(xiàn)斷路器機構(gòu)的缺陷。監(jiān)測裝置配備有就地顯示裝置，具備顯示設定值、測量值、異常報警等功能，還具備RS485通訊Modbus通訊功能，實現(xiàn)與后臺監(jiān)控系統(tǒng)的實時通訊。
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機構(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械性能、絕緣性能就可以實現(xiàn)操動機構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)斷路器彈簧老化、機構(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通訊和后臺系統(tǒng)連接。
3.3 關鍵部位溫升的監(jiān)測
溫升直接影響到開關柜的安全運行和壽命，通過在線監(jiān)測溫升，對觸頭等動連接點、電纜、母線的連接點等關鍵部位進行溫升監(jiān)測，能夠及時發(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致的加速老化、破壞絕緣。
測溫的方式有很多種，對于老舊開關柜的智能化提升，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系。通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準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)標準對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開關柜特別是易發(fā)生故障的電纜連接頭等部位進行溫度測量，可以及時的發(fā)現(xiàn)問題，已成為變電站等運維的標準程序。而通過安裝在開關柜內(nèi)部的紅外測溫傳感器，實時測量銅排、觸頭連接點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40年。另外傳感器不安裝在導電回路上，不影響開關柜導電回路，也不需要擰松螺栓以安裝新的溫升監(jiān)測設備，灰塵不會通過光纖維上產(chǎn)生潛在的電弧路徑，不會損害導體之間的電氣絕緣間距，安裝后不需要任何維護。
紅外在線監(jiān)測在開關柜中的應用如圖3所示。在老舊開關柜中，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)溫的位置對應，傳感器連接線沿著二次線槽進入采集終端，數(shù)據(jù)終端對數(shù)據(jù)進行處理，通過RS485通訊與后臺系統(tǒng)連接，實現(xiàn)關鍵連接部位的溫度實時監(jiān)測。
圖3 紅外測溫傳感器開關柜中的應用示意
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，可以方便對高壓柜的斷路器梅花觸頭、母排、電纜、電纜搭接處等位置進行可靠測溫。
有源測溫裝置在開關柜中的安裝如圖4所示，裝置包括多個測溫傳感器和一個無線發(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，不受開關柜結(jié)構(gòu)和空間影響，無需維護，自帶鋰亞電池，最長可運行8年。測溫接收器安裝在開關柜儀表室內(nèi)部，或者安裝在開關柜室其它部位，一個接收器可以接收100個傳感器的信號，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，都可以實現(xiàn)實時溫度的監(jiān)測。
圖4 無線測溫裝置在開關柜中的應用
3.4 弧光保護的集成
隨著運行年限的增加，老舊開關柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障的機率不斷增加，老舊開關柜一般缺乏IAC內(nèi)部電弧等級設計，柜體結(jié)構(gòu)強度不能承受內(nèi)部電弧故障。內(nèi)部電弧故障會造成開關柜嚴重的破壞，人員傷亡及財產(chǎn)損失。電弧持續(xù)時間越長，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，只需進行簡單的清理、檢測及維修后便可繼續(xù)投入運行；但超過500ms后切除故障，就會造成部分設備嚴重損壞，甚至人員傷亡，需要更換損壞的設備才能夠投入運行。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，并對檢測到的信號進行分析或與相應的設定值進行比較，快速判斷內(nèi)部電弧故障，從而通過對應的進、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，傳感器和光纖不應懸掛以免在靜電場中形成爬電路徑?；」獗Ｗo主控單元安裝在儀表室內(nèi)部。
圖5 弧光保護傳感器的安裝
來源：會說電氣
