一種非接觸式高壓帶電檢測(cè)裝置在寶興電站的運(yùn)用

熊繼宏，曾 燃，張 洋

（四川華能寶興河水電有限責(zé)任公司，四川 雅安 625000）

1 引言

寶興水電站位于四川省雅安市寶興河流域，裝機(jī)容量3×65 MW，2009 年開(kāi)始投運(yùn)。電站13.8 kV高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)高壓帶電檢測(cè)裝置均采用的是由環(huán)氧樹(shù)脂澆注制成的支柱絕緣子式高壓傳感器，這種傳統(tǒng)的高壓帶電顯示閉鎖裝置是利用支柱式高壓電容來(lái)獲取高壓信號(hào)，高壓電容與帶電體直接連接，在惡劣環(huán)境下容易造成電容擊穿。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，此設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性升高，可能會(huì)影響運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備帶電情況的判斷。其次，近幾年已發(fā)生多起因開(kāi)關(guān)柜直接接觸式高壓帶電檢測(cè)裝置故障而引起的設(shè)備跳閘事故[1]。于是，為了提高設(shè)備可靠性，決定更換目前的帶電檢測(cè)裝置。

2 目前的帶電顯示裝置

2.1 結(jié)構(gòu)及原理

電站目前采用的高壓帶電顯示裝置主要是由接觸式傳感器和顯示器構(gòu)成。傳感器內(nèi)部是芯棒式電容，由高強(qiáng)介質(zhì)功能性材料制成，上端通過(guò)法蘭連接高壓導(dǎo)線(xiàn)，下端連接二次連接端，外部殼體是由環(huán)氧樹(shù)脂澆注而成，從而組成支柱絕緣子式傳感器。而顯示器又分別由指示線(xiàn)路和閉鎖線(xiàn)路構(gòu)成。二次電容、限流電阻、直鍵開(kāi)關(guān)和氖燈組成指示線(xiàn)路，變壓器、橋式整流電路、勵(lì)磁線(xiàn)圈等組成閉鎖線(xiàn)路。傳感器中的芯棒式電容由于上端連接高壓導(dǎo)線(xiàn)，下端通過(guò)二次連接端與指示線(xiàn)路中的二次電容串聯(lián)，形成電容分壓回路，指示器由此獲得電壓信號(hào)來(lái)判斷設(shè)備是否帶電，閉鎖線(xiàn)路則通過(guò)獲得的電壓信號(hào)控制閉鎖電磁鎖。

圖1 接觸式帶電顯示裝置示意圖

2.2 缺點(diǎn)

由于接觸式帶電顯示裝置的高壓電容與高壓導(dǎo)體連接，所以具有以下缺點(diǎn)：

（1）在安裝和檢修時(shí)，需要進(jìn)行局部放電試驗(yàn)。

（2）當(dāng)遇到裝置老化、受潮或其他因素導(dǎo)致裝置絕緣降低時(shí)，容易造成電容擊穿，損壞裝置，造成運(yùn)行人員的誤判，甚至引發(fā)安全事故。

3 新型非接觸式帶電顯示裝置

3.1 原理

在尋找替代的帶電檢測(cè)裝置時(shí)，發(fā)現(xiàn)市面上有一種新型非接觸式帶電檢測(cè)裝置，與傳統(tǒng)接觸式帶電顯示裝置不同的是，非接觸式高壓帶電檢測(cè)裝置的傳感器，由直接接觸帶電導(dǎo)體的芯棒式電容變?yōu)榉墙佑|感應(yīng)式電容[2]，即通過(guò)感應(yīng)帶電導(dǎo)體附近的電場(chǎng)來(lái)準(zhǔn)確反映高壓帶電體是否帶電。

當(dāng)裝置處在交變電場(chǎng)中時(shí)，電容式傳感器表面的電荷量與電場(chǎng)強(qiáng)度E(t)成正比，Q（t）=KE（t）；其中K為比例系數(shù)。C=εS/d.（ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為極板間的距離。）[3]

因此該裝置通過(guò)測(cè)量非接觸感應(yīng)式電容的電壓，可以計(jì)算出電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，以此判斷導(dǎo)體是否帶電。

3.2 產(chǎn)品選型

對(duì)電站現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)開(kāi)關(guān)柜查看測(cè)量，翻閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并聽(tīng)取運(yùn)行人員的建議，新的帶電檢測(cè)裝置需要滿(mǎn)足以下要求：

（1）采用非接觸式帶電檢測(cè)裝置，規(guī)避電容擊穿的風(fēng)險(xiǎn)；

（2）由于現(xiàn)場(chǎng)屏柜較多，各個(gè)屏柜內(nèi)空間及滿(mǎn)足安全需求的安裝位置不盡相同，所以在調(diào)試以及使用過(guò)程中，當(dāng)安裝間距較大時(shí)，可方便地調(diào)節(jié)靈敏度，滿(mǎn)足運(yùn)行要求；

（3）在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中，因帶電導(dǎo)體較多，設(shè)備需要較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠可靠地在高壓電氣設(shè)備中運(yùn)行；

（4）為了提高可靠性，裝置采用廠(chǎng)內(nèi)供給的直流220 V 電源，考慮到極端情況下直流電源消失，可能會(huì)給運(yùn)行人員造成誤判，為防止誤判可在內(nèi)部裝設(shè)內(nèi)供電源以避免因二次電源斷電造成的安全隱患；

（5）為了避免因裝置本身硬件損壞導(dǎo)致的裝置誤指示，裝置應(yīng)有軟、硬件系統(tǒng)自檢功能，可以方便現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員檢查功能完好性，更準(zhǔn)確地判斷一次設(shè)備帶電情況。

根據(jù)上述需求，經(jīng)過(guò)篩選，決定選用RDXN-FQ1型非接觸式高壓帶電檢測(cè)裝置。

3.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

RDXN-FQ1 型非接觸式高壓帶電檢測(cè)裝置包含一組三相傳感器和一個(gè)高壓帶電顯示器。三相傳感器的接收面分別正面對(duì)準(zhǔn)三相帶電導(dǎo)體，不與高壓帶電導(dǎo)體直接接觸，并保持一定的安全距離。它在接收高壓帶電導(dǎo)體的電場(chǎng)信號(hào)后，將之傳送給顯示器的放大邏輯控制電路進(jìn)行處理，控制高壓帶電指示燈亮或熄滅，輸出強(qiáng)制閉鎖信號(hào)或解除閉鎖信號(hào)。

圖2 RDXN-FQ1 型非接觸式高壓帶電檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

3.4 產(chǎn)品安裝

確定所需帶電顯示裝置型號(hào)后，決定在某臺(tái)13.8 kV 機(jī)組出口CT 柜內(nèi)安裝一套R(shí)DXN-FQ1 非接觸式高壓帶電檢測(cè)裝置用于測(cè)試。安裝位置距離過(guò)遠(yuǎn)會(huì)影響帶電檢測(cè)裝置的準(zhǔn)確性，安裝位置距離過(guò)近會(huì)造成安全絕緣距離不夠[4、5]。RDXN-FQ1 傳感器安全測(cè)量距離見(jiàn)表1。根據(jù)傳感器安全距離要求和現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)實(shí)際情況，三相傳感器安裝在距離一次設(shè)備180 mm 的支架上，裝上傳感器后不會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)柜的絕緣設(shè)計(jì)造成影響。

表1 RDXN-FQ1 傳感器安全測(cè)量

每相傳感器需正對(duì)該相一次設(shè)備高壓銅牌，用于檢測(cè)該相一次設(shè)備帶電情況。另外，為帶電顯示裝置接入外部220 V 直流電源，用于帶電顯示裝置常規(guī)電源供給。由于該檢測(cè)裝置與帶電設(shè)備不直接接觸，所以安裝時(shí)無(wú)需做局放試驗(yàn)，在后續(xù)檢修也無(wú)需做局放試驗(yàn)。

4 使用效果

RDXN-FQ1 型非接觸式高壓帶電檢測(cè)裝置在投入運(yùn)行使用期間，工作正常，狀態(tài)穩(wěn)定，并表現(xiàn)出以下優(yōu)勢(shì)：

（1）安全性高。由于該裝置不直接與帶電設(shè)備接觸，克服了絕緣支柱式傳感器電容量值容易發(fā)生變化的問(wèn)題，消除了因故障時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓擊穿支柱絕緣式傳感器和因支柱絕緣式傳感器絕緣下降引起的接地故障等隱患，也消除了二次系統(tǒng)可能被引入高壓的安全隱患。且裝置的閉鎖十分可靠。當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備帶電時(shí)，裝置將會(huì)輸出強(qiáng)制閉鎖信號(hào)，顯示器上“閉鎖”指示燈亮。當(dāng)被測(cè)設(shè)備一相或兩相失電時(shí)，持續(xù)輸出強(qiáng)制閉鎖信號(hào)，顯示器準(zhǔn)確指示帶電相。確保了運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備狀態(tài)的判斷，防止誤操作的發(fā)生，保證了設(shè)備和人員的安全。

（2）可靠性強(qiáng)。由于裝置采用了多級(jí)隔離、濾波及抗干擾措施，即使在復(fù)雜的電場(chǎng)環(huán)境中依舊能夠準(zhǔn)確識(shí)別相序。同時(shí)，裝置內(nèi)部具有自供電源，以保證二次電源斷電的情況下仍能保持一段時(shí)間的工作。內(nèi)部電池在高壓帶電指示狀態(tài)時(shí)，工作時(shí)間約為100 h。

（3）使用方便。裝置具備靈敏度調(diào)節(jié)功能，可調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度，以彌補(bǔ)安裝時(shí)導(dǎo)致的誤差，裝置還帶有自檢功能，能夠?qū)τ布蛙浖M(jìn)行自檢，便于檢測(cè)其完好性，避免由于硬件損壞導(dǎo)致裝置誤指示。

目前帶電顯示裝置具有帶電顯示、帶電時(shí)強(qiáng)制閉鎖的功能，在后續(xù)考慮是否將該功能狀態(tài)接入監(jiān)控系統(tǒng)，供運(yùn)行人員遠(yuǎn)程監(jiān)控[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

寶興電站通過(guò)應(yīng)用非接觸式高壓帶電檢測(cè)裝置，不僅較好的實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的高壓帶電顯示及相關(guān)閉鎖，而且還避免了原有接觸式高壓帶電顯示裝置與帶電體直接接觸可能造成的各種安全性問(wèn)題，同時(shí)也降低了后續(xù)維護(hù)成本，使電站整體的安全水平有了較大提升，值得推廣使用。