基于電磁場(chǎng)感應(yīng)原理的開關(guān)柜防誤閉鎖技術(shù)

胡旭波, 張 磊, 萬真禮

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司, 浙江 寧波 315000)

中高壓開關(guān)柜在電力行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛,幾乎是所有新建35 kV以下輸配電設(shè)備的首選.開關(guān)柜類設(shè)備種類多、功能豐富、配置靈活、現(xiàn)場(chǎng)安裝方便,給用戶與電力部門的設(shè)計(jì)選型、調(diào)試安裝帶來了極大的方便,然而這些特點(diǎn)也導(dǎo)致了開關(guān)柜內(nèi)部元器件種類復(fù)雜、連接隨意、容易造成事故、缺陷發(fā)生率較高等問題.由于開關(guān)柜類設(shè)備所供電的對(duì)象很多沒有環(huán)網(wǎng)或多路電源,搶修或檢修工作時(shí)間相對(duì)緊迫,而且開關(guān)柜類設(shè)備內(nèi)部元件的帶電狀態(tài)不夠直觀,導(dǎo)致了大量的人身傷亡事故.

1 開關(guān)柜現(xiàn)有防控技術(shù)缺陷分析

對(duì)最近15年國(guó)網(wǎng)公司以及部分發(fā)電企業(yè)6～35 kV開關(guān)柜人身事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn),最常見的事故原因主要有誤開帶電柜門、誤開手車柜帶電簾門、帶電操作刀閘或手車、帶電合接地刀閘4種[1-4],這4種類型的事故占開關(guān)柜設(shè)備所有人身事故的85%以上.由于最近幾年加強(qiáng)了帶電顯示裝置的質(zhì)量管控,帶電合接地刀閘事故基本得到遏制,但其他3類事故仍頻繁發(fā)生.具體原因如圖1所示.

圖1 高壓開關(guān)柜事故原因

由圖1可以看出,導(dǎo)致事故的根本原因就是欠缺閉鎖帶電柜門、帶電的閘刀手柄或手車搖柄的防誤閉鎖設(shè)備.雖然設(shè)計(jì)具備這些功能的閉鎖設(shè)備難度并不大,然而開關(guān)柜類設(shè)備倉(cāng)位極多、型號(hào)結(jié)構(gòu)多樣,供電可靠性要求又高,要大范圍安排逐個(gè)回路停電加裝幾乎是不可能的.新的防誤閉鎖設(shè)備必須具備不停電加裝的功能,才能快速推廣應(yīng)用,從根本上遏制此類人身事故頻發(fā)的勢(shì)頭.

2 電磁場(chǎng)感應(yīng)防誤閉鎖技術(shù)原理

基于對(duì)3類開關(guān)柜人身事故高發(fā)原因的分析,開發(fā)了一種基于新型智能機(jī)械鎖的開關(guān)柜人身事故防控系統(tǒng).通過將該系統(tǒng)應(yīng)用于高壓開關(guān)柜,起到閉鎖帶電柜門開啟、帶電簾門開啟、帶電刀閘或手車手搖操作的作用,從而達(dá)到管控人身事故的目的.通過分析開關(guān)柜一、二次部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),基于新型智能機(jī)械鎖技術(shù),本文提出了新型智能機(jī)械鎖的防誤閉鎖系統(tǒng).它是由電場(chǎng)/電流感應(yīng)機(jī)械鎖鑰匙保管裝置與機(jī)械鎖兩部分組成,如圖2所示.

圖2 新型智能型機(jī)械鎖系統(tǒng)框架

鑰匙保管裝置原理如下:通過非接觸采集可能帶電的柜門內(nèi)部設(shè)備的電場(chǎng)信號(hào),以及可能存在電流的刀閘的電流信號(hào),來決定是否開放鑰匙保管裝置的鑰匙閉鎖.如果滿足相應(yīng)的無電條件,則對(duì)應(yīng)的機(jī)械鎖鑰匙通過輸入密碼開啟保管狀態(tài),可取出開鎖;否則,鑰匙無法取出,相應(yīng)的機(jī)械鎖無法打開,從而起到閉鎖作用.整個(gè)鑰匙保管裝置如圖3所示.

圖3 鑰匙保管裝置示意

電場(chǎng)感應(yīng)的原理是采用高阻抗的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,通過屏蔽導(dǎo)線采集開關(guān)柜二次室內(nèi)部的原有帶電顯示器、電壓互感器的二次回路周圍的對(duì)地交流電場(chǎng),將該交流電場(chǎng)經(jīng)過整流、穩(wěn)壓保持等環(huán)節(jié),加在專門設(shè)計(jì)的場(chǎng)效應(yīng)管柵極上,由于場(chǎng)效應(yīng)管的輸入阻抗極高,一般幾伏特的微弱交流電場(chǎng)也能驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通變位,從而控制機(jī)械鎖保管裝置的啟閉[5].

對(duì)于電流的測(cè)量,本文基于高靈敏度的模擬量放大電路,通過微型開口CT取得二次電流回路電流信號(hào),只有當(dāng)三相電流均下降至零才能開放閉鎖,此時(shí)才能取出鑰匙,開啟閘刀手柄或手車搖柄機(jī)械鎖,從而有效防范了帶電合分刀閘的惡性事故的發(fā)生.

3 硬件電路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)測(cè)試

3.1 硬件電路設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上述機(jī)械閉鎖功能,對(duì)硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì),如圖4所示.電路的工作過程為:從信號(hào)輸入端進(jìn)來的交流電場(chǎng)或開口CT二次繞組電壓信號(hào)經(jīng)過高頻整流橋D1的整流變?yōu)橹绷?由于三相采樣的需要,實(shí)際樣機(jī)采用了4個(gè)橋臂的帶零相三相整流橋,由電力電子技術(shù)可知,任一相存在電壓信號(hào)就能被場(chǎng)效應(yīng)管采集電路所感知.該直流電場(chǎng)信號(hào)由平波電容器C進(jìn)行平波并保持,然后經(jīng)過電阻R1/R2分壓后加載場(chǎng)效應(yīng)管V的柵極,由于場(chǎng)效應(yīng)管的柵極完全絕緣,輸入阻抗極大,這就使得非常微弱的電壓信號(hào)也能驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電狀態(tài)的報(bào)警.因此,利用靜電耦合原理和三次儀表用開口CT可實(shí)現(xiàn)對(duì)二次系統(tǒng)的交流電壓和電流的檢測(cè)[6-7].

圖4 電壓檢測(cè)電路

在此基礎(chǔ)上,為了使上述帶電狀態(tài)可視化,檢修人員能夠直觀地了解高壓開關(guān)柜的帶電狀態(tài),因此采用LCD液晶屏進(jìn)行顯示.整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖5所示.

圖5 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)的程序流程示意如圖6所示.系統(tǒng)的工作過程為:首先,系統(tǒng)對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行初始化;然后,對(duì)電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和顯示;接著,分析高壓開關(guān)柜是否帶電,若發(fā)現(xiàn)帶電,則禁止開啟鑰匙保存裝置,反之,則允許開啟鑰匙保存裝置.

3.2 系統(tǒng)測(cè)試

為了了解系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)帶電閉鎖,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果如表1所示.從表1可以看出,本文所介紹的開關(guān)柜防誤閉鎖系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電開關(guān)柜的有效閉鎖.

圖6 系統(tǒng)程序流程示意

序號(hào)A相電壓B相電壓C相電壓A相電流B相電流C相電流測(cè)試結(jié)果1000000可開啟21*****閉鎖3*1****閉鎖4**1***閉鎖5***1**閉鎖6****1*閉鎖7*****1閉鎖注:*—任何情況;0—不帶電;1—帶電.

4 結(jié) 論

(1) 采用靜電耦合和CT的方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電壓和電流的測(cè)量,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓開關(guān)柜帶電狀態(tài)的檢測(cè);

(2) 系統(tǒng)采用微電子和機(jī)械機(jī)構(gòu)相結(jié)合的閉鎖方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓開關(guān)柜鑰匙的鎖存,從而避免了由于運(yùn)行人員誤操作引起的電力事故;

(3) 系統(tǒng)采用了微機(jī)和LCD顯示技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)開關(guān)柜帶電狀態(tài)的顯示,使運(yùn)行人員可以直觀地了解開關(guān)柜的帶電狀態(tài).

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