專利名稱：高壓開關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力安全運行檢測領(lǐng)域，具體涉及一種高壓開關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置。
背景技術(shù)：
隨著電網(wǎng)的發(fā)展和設(shè)備技術(shù)的提高，10kV、 35kV系統(tǒng)開關(guān)柜在電網(wǎng)中已大量使用。而開 關(guān)柜的內(nèi)部過熱現(xiàn)象已成為開關(guān)柜使用中的常見問題，在過熱之前，開關(guān)柜內(nèi)往往有高壓電 暈閃絡(luò)或開關(guān)拉弧現(xiàn)象。拉弧放電是一種氣體放電形式，其放電機理是電極間的導(dǎo)電離子不 斷產(chǎn)生和消失，處在一種動平衡狀態(tài)，它的條件是電源有足夠的能量不斷的輸入放電點，在 放電間隙形成放電通道。因在拉弧放電的初始階段，電弧電流較小，電弧的燃燒往往是不穩(wěn) 定的，有可能達不到保護裝置動作值，隨著能量的不斷輸入，電弧電流迅速上升，當(dāng)電弧放 電所產(chǎn)生的電游離金屬氣體溫度達到一定程度后，形成穩(wěn)定的高溫電弧電流引起相間短路后 才能達到過電流保護裝置動作值，而使保護動作切除事故。此過程由于時間較長，電弧放電 的持續(xù)性高溫，會使運行中的觸頭燒傷熔焊并燒焦擊穿帶電導(dǎo)體表面所敷設(shè)的絕緣材料，往 往擴大為大面積燒毀的短路事故。同時，若柜內(nèi)已經(jīng)著火，即使在斷開電源后，由于拉開手 車操作需要一定的時間，有可能失去滅火的最佳良機， 一定程度上助長了事故的蔓延。因此， 應(yīng)對開關(guān)拉弧做進一步的檢測。以期在拉弧的初期盡可能地產(chǎn)生一告警信號。引起開關(guān)拉弧 的原因大致有以下幾種
1、 接觸不良。部分手車柜產(chǎn)品存在操作時機械傳動部分卡滯、拉合困難現(xiàn)象。拉合幾次 動插觸頭就會歪斜偏心或合不到位，造成接觸不良。合上后其合后狀態(tài)良好與否不易檢査發(fā) 現(xiàn)。運行中在大負荷電流所造成的電磁振動力的作用下接觸部分螺絲松動，引起動靜觸頭或 接頭表面形成間隙，導(dǎo)致間隙火花放電，其能量雖不大，但溫度可達攝氏百度甚至上千度， 造成觸頭表面形成嚴(yán)重的電腐蝕麻坑現(xiàn)象，從而降低了有效接觸面積，導(dǎo)致接觸電阻進一步 增大而引起嚴(yán)重發(fā)熱。由觸頭接觸不良燒熔而拉弧，造成母線相間短路，可迅速發(fā)展成三相 短路或高壓變內(nèi)部故障、爆炸損毀。
2、 若因避雷器內(nèi)部受潮，可引起避雷器內(nèi)壁閃絡(luò)而引起避雷器爆炸，并進而引起接地開 關(guān)弧光短路即弧光爆炸。
3、 工作電源開關(guān)發(fā)熱拉弧引起的高壓變損壞事故。
4、 對帶電部分如母線、開關(guān)隔離插頭相間或?qū)Φ氐目諝饩嚯x不夠的開關(guān)柜來說，在運行 溫度高、濕度大以及空氣中含有雜質(zhì)等情況下，也比較容易發(fā)生電暈放電，最壞情況下也能 導(dǎo)致空氣間隙擊穿形成短路。
5、 開關(guān)柜觸點出現(xiàn)過電壓，導(dǎo)致開關(guān)開斷性能不良，引起拉弧。開關(guān)柜觸點出現(xiàn)過電壓 的原因主要是由于中性點不接地系統(tǒng)中，如產(chǎn)生單相間歇性的電弧接地時，則在電網(wǎng)非故障
相和故障相將會出現(xiàn)很高的過電壓，非故障相的最大過電壓可達電壓幅值的3.5倍，故障相 最大過電壓也可達相電壓幅值的2倍；其次是母線變壓器鐵磁諧振引起的過電壓。
6、 電暈放電。柜內(nèi)母排和元器件有毛刺而引起尖端電暈放電，導(dǎo)致絕緣表面電場分布很 不均勻，當(dāng)局部電場強度達到其臨界場強時，氣體發(fā)生局部電離出現(xiàn)藍色熒光，它產(chǎn)生的熱 效應(yīng)和臭氧、氮的氧化物會使絕緣體絕緣破壞。
7、 熱擊穿和污閃。手車柜內(nèi)由于大量采用了壓鑄環(huán)氧樹脂為材料的絕緣部件，尤其是復(fù) 合絕緣材料的高壓電纜外絕緣層、環(huán)氧澆注電流互感器、酚醛環(huán)氧絕緣罩、相間隔板及支架， 運行中在交流電場的作用下以及接觸部分的溫升效應(yīng)，將產(chǎn)生介質(zhì)損耗，導(dǎo)致介質(zhì)溫度升高， 溫度升高又使介質(zhì)損耗進一步增加。倘若柜體散熱條件差，介質(zhì)產(chǎn)生的熱量超過散發(fā)熱量， 必然形成熱積累效應(yīng)，所產(chǎn)生的高溫會導(dǎo)致介質(zhì)熔化、炸裂或燒焦而完全喪失絕緣性能形成 熱擊穿現(xiàn)象。同時，復(fù)合絕緣材料與瓷絕緣相比，憎水性差，若絕緣材料材質(zhì)不好在空氣濕 度大且污穢嚴(yán)重的情況下，運行中會導(dǎo)致吸潮凝露，導(dǎo)致表面泄露電流增大，當(dāng)介質(zhì)受潮、 臟污或有破損時，由于潮濕的作用介質(zhì)表面的游離電子增加，引起傳導(dǎo)電流也增加，因此絕 緣電阻便相應(yīng)降低，在絕緣下降到一定程度時即引起局部沿面放電閃絡(luò)，最終發(fā)展成相間短 路或接地短路事故。
因此，為了盡早地對開關(guān)柜內(nèi)部電暈閃絡(luò)及開關(guān)拉弧進行預(yù)警，有必要使用這樣的檢測 裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠檢測到開關(guān)柜內(nèi)是否有拉弧或電暈發(fā)生的高 壓開關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種高壓開關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置，包括檢測單元、數(shù)據(jù) 分析處理單元、顯示單元、網(wǎng)絡(luò)通訊單元和電源單元，所述檢測單元采用傳感器輸出開關(guān)柜 觸點拉弧信號至數(shù)據(jù)分析處理單元，數(shù)據(jù)分析處理單元對輸入信號進行分析處理后， 一路輸 出至顯示單元進行檢測結(jié)果顯示， 一路輸出至網(wǎng)絡(luò)通訊單元將檢測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至上位 機，所述電源單元為裝置供電。
進一步地，所述檢測單元采用紫外線傳感器SEN1。
所述檢測單元采用臭氧傳感器SEN2。 所述檢測單元采用超聲波傳感器SEN3。
所述檢測單元同時采用紫外線傳感器SEN1、臭氧傳感器SEN2和超聲波傳感器SEN3。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、 解決了如何檢測開關(guān)柜內(nèi)開關(guān)設(shè)備觸點是否有拉弧或電暈發(fā)生的技術(shù)難題，采用非接 觸式方法檢測高壓開關(guān)柜拉弧或電暈閃絡(luò)，檢測手段準(zhǔn)確、可靠、多樣化。
2、 本發(fā)明安裝方便，具備遠方監(jiān)控功能，能夠可靠、及時、準(zhǔn)確地發(fā)出報警信息，防止
開關(guān)設(shè)備故障的進一步發(fā)生，提高開關(guān)設(shè)備運行的安全性，減少惡性事故的發(fā)生。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖2為本發(fā)明的檢測單元、數(shù)據(jù)分析處理單元、顯示單元實施例的電路原理圖； 圖3為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)通訊單元和電源單元實施例的電路原理圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖l本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖中，高壓開關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置包括檢測單元、數(shù)據(jù)分 析處理單元、顯示單元、網(wǎng)絡(luò)通訊單元和電源單元(圖中未畫出)，其中檢測單元采用傳感器 輸出開關(guān)柜觸點拉弧信號至數(shù)據(jù)分析處理單元，數(shù)據(jù)分析處理單元對輸入信號進行分析處理 后， 一路輸出至顯示單元進行檢測結(jié)果顯示， 一路輸出至網(wǎng)絡(luò)通訊單元將檢測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò) 發(fā)送至上位機，電源單元為裝置各單元供電。
圖2本發(fā)明的檢測單元、數(shù)據(jù)分析處理單元、顯示單元實施例的電路原理圖中，檢測單 元包括傳感器和A/D轉(zhuǎn)換電路。傳感器包括紫外線傳感器SEN1、臭氧傳感器SEN2和超聲波 傳感器SEN3。其中
紫外線傳感器SEN1選用UV系列標(biāo)準(zhǔn)紫外線傳感器，包含只對紫外線敏感的光電管，它的 輸出信號是同紫外線強度相對應(yīng)的光電流，具體型號如UV10SF。紫外線傳感器SEN1的輸出 經(jīng)運算放大器D4A放大后接入A/D轉(zhuǎn)換器D5輸入端A0;其中運算放大器D4A選用四運算放 大器LF347，電阻Rl和電容C16并聯(lián)后接在D4A輸入+端和輸出端之間構(gòu)成外圍電路；
臭氧傳感器SEN2選用臭氧氣體敏感元件MQ131 ，其輸出經(jīng)運算放大器D4B放大后接入A/D 轉(zhuǎn)換器D5輸入端A1;其中運算放大器D4B選用四運算放大器LF347，其輸入-端通過電阻Rll 和臭氧傳感器SEN2的接地端連接，通過電阻R12和D4B的輸出端連接；
超聲波傳感器SEN3選用美國邦納BANNER超聲波傳感器T30U，可輸出0—5V的直流信號， 直接接入A/D轉(zhuǎn)換器D5輸入端A2, A/D轉(zhuǎn)換器D5選用串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543，穩(wěn)壓二極 管Vll和電容C21并聯(lián)后正端接地和D5的REF-端，負端接D5的REF+端同時通過電阻R15接 供電電壓正端。
圖2中，數(shù)據(jù)分析處理單元D2采用8-bit CMOS microcontroller: W77EL58, A/D轉(zhuǎn)換 器D5的DT0UT端、E0C端、/CS端、ADDR端和CLK端分別與數(shù)據(jù)分析處理單元D2的P20端、 P22端、P23端、P27端和P26端連接。
D3為D2的看門狗電路，選用單片機外圍芯片X25045，防止D2因干擾出現(xiàn)死機。D3還 能存儲門限數(shù)據(jù)及相對于上位機的通訊地址，以便于組網(wǎng)。
K1，K2，K3,K4為鍵盤按鍵，可當(dāng)?shù)卦O(shè)置門限數(shù)據(jù)及相對于上位機的通訊地址，以便于組
網(wǎng)，設(shè)置數(shù)據(jù)存于D3。
晶振芯片JT1、電容Cb3、 Cb4提供CPU芯片D4工作所需的時鐘，接D2的X1、 X2端口。 在數(shù)據(jù)分析處理單元D2的控制下，A/D轉(zhuǎn)換器D5將SEN1測量到的紫外線的強度，SEN2 測量到的臭氧的含量，超聲波傳感器SEN3的強度變換成數(shù)字量供數(shù)據(jù)分析處理單元分析和判 斷。當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生拉弧或電暈閃絡(luò)時，開關(guān)柜內(nèi)的紫外線強度，超聲波強度，臭氧的含量 會迅速提高。CPU根據(jù)預(yù)先設(shè)置在芯片D3的門限數(shù)據(jù)與測量數(shù)據(jù)進行比較。當(dāng)測量數(shù)據(jù)大于 設(shè)置數(shù)據(jù)時，表明關(guān)柜內(nèi)發(fā)生拉弧或電暈閃絡(luò)，設(shè)置故障標(biāo)志；否則，若測量數(shù)據(jù)小于設(shè)置 數(shù)據(jù)時，表明開關(guān)柜內(nèi)未發(fā)生拉弧或電暈閃絡(luò)，復(fù)位故障標(biāo)志。由于變電站內(nèi)通常無人值守， 當(dāng)?shù)芈暪鈭箢σ褵o意義，故本發(fā)明不設(shè)計聲光報警電路，而是將測量數(shù)據(jù)和故障標(biāo)志通過網(wǎng) 絡(luò)通訊單元的RS485接口總線傳到通常設(shè)在主控室或局端調(diào)度的上位機中。
數(shù)據(jù)分析處理單元將測量數(shù)據(jù)進行分析處理后， 一方面將測量數(shù)據(jù)送到RS485總線上， 一方面送到LCD屏上顯示，LCD屏選用香港精電產(chǎn)的LCD顯示器M0BI2006。
圖3本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)通訊單元和電源單元實施例的電路原理圖中，裝置主機使用變壓器將 220V的交流市電變?yōu)楸舜烁綦x的兩組8V額定交流輸出，經(jīng)插頭P2,整流橋Z1,穩(wěn)壓塊W1 (采 用7805)，得到+5V的直流電壓，+5V的直流電壓經(jīng)穩(wěn)壓塊W2 (采用AMS117A-3. 3)，得到+3. 3V 的直流電壓作為主電源。另一路交流輸出經(jīng)整流橋Z2,穩(wěn)壓塊W3 (采用7805),得到另一路 隔離的+5V的直流電壓，為隔離的RS485 口供電。
網(wǎng)絡(luò)通訊單元的RS485總線由圖3中的Ul、 U2、 U3、 Dl及其外圍元件組成，串行信號 RXD0，TXD0，TXEN信號來自數(shù)據(jù)分析處理單元D2芯片，光耦U1、 U2、 U3完成信號電氣隔離， RS485變換芯片D1采用SN75LBC184,實現(xiàn)TTL信號與RS485信號的相互轉(zhuǎn)換，RS485信號經(jīng) 插頭Pl接到RS485總線上，LED1， LED2為通訊指示燈。
本發(fā)明的工作過程原理如下
電暈或拉弧現(xiàn)象就是帶電體表面在氣體或液體介質(zhì)中局部放電的現(xiàn)象，常發(fā)生在不均勻 電場中電場強度很高的區(qū)域內(nèi)，例如高壓導(dǎo)線的周圍，帶電體的尖端附近。利用其下述特點 可實現(xiàn)對開關(guān)柜觸點拉弧的檢測
1、 觸點拉弧時會發(fā)出嗤嗤的聲音，內(nèi)含超聲波。超聲波檢測的原理是接收觸點放電發(fā)出 的超聲波信號，將其轉(zhuǎn)換為人們可聽見的聲音或其它電信號，通過信號的強弱，用多點時間 差定位的方法來判斷放電的位置和強度。為簡單起見，我們使用T30U系列超聲波傳感器。該 傳感器中既包括開關(guān)量輸出，又包括模擬量輸出，可直接根據(jù)模擬量的大小確定是否有拉弧 或電暈發(fā)生。
2、 觸點拉弧時會產(chǎn)生臭氧、NO和NOz等，合成NH:,， C孔(乙炔)等氣體?？梢允褂贸粞?、
N0、 NO,、 NH3、 012等化學(xué)傳感器中的任意一種來檢測開關(guān)柜內(nèi)相對應(yīng)的氣體的含量及增量， 以此來判斷開關(guān)柜內(nèi)是否有拉弧或電暈發(fā)生。以臭氧為例，開關(guān)柜工作于相對密封，且有高 壓的環(huán)境中，正常情況下，柜內(nèi)空氣中含有一定的臭氧。在一定范圍內(nèi)，不能根據(jù)臭氧含量 的絕對值來判斷開關(guān)柜內(nèi)是否有拉弧或電暈發(fā)生，而應(yīng)該根據(jù)臭氧含量在某一時間段內(nèi)的增 量來判斷，因為當(dāng)發(fā)生柜內(nèi)拉弧或電暈時，柜內(nèi)空氣中臭氧會迅速增加。
3、電暈或拉弧時在導(dǎo)體尖端處可見亮光。內(nèi)含紫外線，能量主要集中在210nm—390nm。 我們采用紫外線傳感器，檢測柜內(nèi)紫外線能量的大小，以此來判斷開關(guān)柜內(nèi)是否有拉弧或電 暈發(fā)生。
綜上所述，本發(fā)明既可采用三種方法中的任何一種，也可將上述三種方法組合使用來檢 測到開關(guān)柜內(nèi)是否有拉弧或電暈發(fā)生。
本發(fā)明采用非接觸式方法檢測高壓開關(guān)柜拉弧或電暈閃絡(luò)，產(chǎn)品可直接安裝在開關(guān)柜低 壓側(cè)屏上，也可安裝在高壓室內(nèi)與高壓保持足夠安全距離的任何一個地方。
本發(fā)明解決了如何對高壓開關(guān)柜觸點拉弧進行檢測的問題，可廣泛應(yīng)用于各類電力高壓 開關(guān)設(shè)備的觸點拉弧在線監(jiān)測。
權(quán)利要求
1、一種高壓開關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置，包括檢測單元、數(shù)據(jù)分析處理單元、顯示單元、網(wǎng)絡(luò)通訊單元和電源單元，所述檢測單元采用傳感器輸出開關(guān)柜觸點拉弧信號至數(shù)據(jù)分析處理單元，數(shù)據(jù)分析處理單元對輸入信號進行分析處理后，一路輸出至顯示單元進行檢測結(jié)果顯示，一路輸出至網(wǎng)絡(luò)通訊單元將檢測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至上位機，所述電源單元為裝置供電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓丌關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置，其特征在于所述的檢測單元采用紫外線傳感器(SEN1)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓開關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置，其特征在于所述的檢測單元采用臭氧傳感器(SEN2)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓開關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置，其特征在于所述的檢測單元采用超聲波傳感器(SEN3)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓開關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置，其特征在于所述檢測單元同時采用紫外線傳感器(SEN1)、臭氧傳感器(SEN2)和超聲波傳感器(SEN3)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓開關(guān)柜觸點電暈及拉弧檢測裝置，包括檢測單元、數(shù)據(jù)分析處理單元、顯示單元、網(wǎng)絡(luò)通訊單元和電源單元，所述檢測單元采用傳感器輸出開關(guān)柜觸點拉弧信號至數(shù)據(jù)分析處理單元，數(shù)據(jù)分析處理單元對輸入信號進行分析處理后，一路輸出至顯示單元進行檢測結(jié)果顯示，一路輸出至網(wǎng)絡(luò)通訊單元將檢測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至上位機，所述電源單元為裝置供電。本發(fā)明解決了如何對高壓開關(guān)柜觸點拉弧進行檢測的問題，具備遠方監(jiān)控功能，能夠可靠、及時、準(zhǔn)確地發(fā)出報警信息，可廣泛應(yīng)用于各類電力高壓開關(guān)設(shè)備的觸點拉弧在線監(jiān)測。
文檔編號H01H9/00GK101388525SQ20071011513
公開日2009年3月18日 申請日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者李洪景 申請人:李洪景