李宇辉
摘 要：该文主要介绍了电力系统中使用的老旧一次设备如何通过升级改造，实现智能化，以此来满足当下的要求，并就电力系统中的一次机械设备的相关技术发展趋势进行展望，为促进电力行业一次机械设备在高新技术应用提供一些参考。
关键词：电动操作;无线测温;主动防护;弧光保护;智能监测
中图分类号：TM591 文献标志码：A
0 引言
电力系统智能自动化是今后的发展方向。为了匹配电网中电力系统的运行监控、用户负荷监控和故障报警功能，需要实时获取系统中的一次設备（成套中压开关设备、断路器及变压器等）运行信息，因此要求中压开关柜（即一次系统中的机械设备）提高智能化程度，保证能够对设备运行时的温度进行监测与反馈报警、对监测数据进行处理与分析。
1 电力系统中的一次开关柜
电力系统中的一次开关柜是电力系统中直接用于生产、使用电能的一种电气设备，是相对于二次设备（如控制回路等）流经电压更高的电气设备。通常情况，这一设备能实现电路的接通和断开，进而保证系统的良好运行。
2 电力系统中一次开关柜的升级改造应用
2.1 一次设备断路器的电动操作升级改造应用
一次开关柜内部元器件断路器手车增加电动摇入摇出操作功能，是设备实现智能化五遥的过程中不可或缺的一部分。断路器手车的电动操作如图1所示，能够以马达带动整个传动机构运行完成断路器手车电动摇进/摇出的操作。当马达停转或失效时，该设备中的离合机构自动分离，芯轴的运动脱离蜗轮蜗杆传动，即采用手动摇进/摇出手车。电机驱动手车控制单元为保护断路器手车电动底盘车开发的多功能控制器， 在驱动电机运转受阻（如安装不到位或机构因其他原因导致不畅）达到保护条件时，立即对电机进行制动，并逆向驱动电机解除闷车卡死状态，让电动转手动成为可能。它还能独立完成电机驱动与各种运行状态间的切换工作，可替代原控制方式中的多个自保持继电器与中间继电器，减少电气节点，增加系统的可靠性，并且便于维护[1]。
2.2 一次设备开关柜接地开关的升级改造应用
一次开关柜内部接地开关实现自动化操作是变电站智能化实现无人值守的必要因素。接地刀闸增加电动操作是为了实现设备就地或远方合闸或分闸操作。该结构的特点有5个。1）利用离合器对传动系统随时进行分离或接合。2）当马达正常工作时，蜗轮蜗杆配合传动，促使离合机构联接，带动整个传动机构运行，使操作杆传动，完成合闸或分闸的操作。3）当马达停转或失效时，操作离合机构分离，芯轴的运动脱离蜗轮蜗杆传动，随时可以采用手动合闸或分闸的操作。4）为防止断路器在运行状态下，误合接地刀闸。5）防止接地刀闸在合闸状态下，断路器进入工作位置导致误合闸的情况发生。因此仅当断路器手车处于隔离/试验位置时，才可实现就地或远方操作，实现接地刀闸电动操作合闸或电动操作分闸方式。断路器电动操作改造示意图如图2所示。
2.3 一次设备开关柜的安全运行升级改造应用分析
在中压系统中，电弧故障很大概率会导致母线三相弧光短路，系统大多没有合适的母线保护，而进线开关没有速断保护或速断时限很长，开关柜内电弧故障会造成严重的后果。电弧事故中故障电弧会释放惊人的能量，对故障及相邻的开关设备及附近的运行人员造成严重的伤害。为避免无法阻止的电弧故障对设备及人员的伤害，通过对真空灭弧室与Is-快速限流器的创新组合，推出了主动型快速灭弧器。当系统运行发生电弧故障时，快速灭弧器4 ms内快速三相金属接地，将电弧熄灭，事故可立即处理修复，设备恢复运行。
2.4 一次设备中断路器智能升级应用分析
为了帮助解决客户存在的问题、满足客户对在线监测功能的需求，可对电力系统的核心元器件断路器进行智能化改造。可实现主回路关键部分运行温度的实时监测、断路器参数的实时监测以及智能的全电机驱动等功能，是支持状态检修维护的远程状态监测系统。智能改造方案主要由智能监控单元、储能电机监控单元、线圈监控单元和具有测温功能的智能触臂4个部分组成。在进行改造时，将智能监控单元直接固定安装在一次电力设备的低压仓室网格板上，将储能电机监控单元、线圈监控单元通过二次电缆与智能监控单元相连，同时将智能触臂连接在原断路器的极柱上。实现同时检测触头温升和断路器二次元件和机械参数的功能。
智能监控单元是该改造方案的核心元件，其功能主要包括对开关柜内部主回路的关键接点的运行温度进行实时监测、判断开关柜的内部温度是否超标、提高设备的安全稳定运行程度。能够监测储能电机的储能时间和电流以及断路器合/分闸时间及速度，从而提前发现电机的故障隐患，为断路器诊断及保养提供参考信息[2]。断路器智能触臂部分是带有温度探测与信号发射单元的智能触臂，用来采集触头的实时温度。温度信号的传输是利用无线射频技术进行无线传输，将安装在高压处的测温点与MDC4单元彻底隔离。温度监测模块采用耐受温度高达125 ℃的技术方案，完全满足开关柜实际运行环境的要求，温度监测模块的供电采用感应CT自取电的方式，有效地延长了使用寿命且安全可靠。储能电机监控单元，即储能电机，配合断路器二次元件及机械特性监测子单元，完成对断路器的电机储能的电压/电流储能工作，完成对储能时间的监测和计算并输出相应的波形，实现实时监测的功能。线圈监控单元即分/合闸线圈，闭锁电磁铁等线圈继电器设备，配合MDC4内断路器二次元件及机械特性，监测子单元完成对动作电压/电流、分/合闸时间、分/合闸速度的监测。
2.5 红外线温度传感技术在一次设备中的应用分析
开关柜内导电连接点是最薄弱的环节之一，很多因素的存在都会导致接触条件恶化，接触电阻增加。直接导致接触点的温度升高，加剧接触表面的氧化，使局部熔焊或接触松动处产生火花，甚至电弧放电。因此高压电器在负载电流过大时，会因温升过高导致电力设备损坏，影响整个电力系统的正常工作，甚至造成巨大的经济损失。通过红外线温度传感器对开关设备内的关键导电体进行无接触式、快速、可靠的温度检测（最多可同时检测12个设备点）。对于及时、准确地测出电力设备关键点的温度、对于发现并排除故障具有重大意义。如图3所示。
红外温度监控方案可实现的功能及特点有4个。1） 温度监测过程，是完全非接触式的，不影响开关柜工作运行。2）能够最早发现过热设备点，提高设备安全性。3）设定高温控制值后，超过该温度的报警信息能够送至远程控制中心。4）直接对现有的中压开关柜进行改造安装，不需要检查其他接触点，降低维护费用。
3 结语
电力系统一次设备技术升级改造的应用：
按照“防火耐爆、本质安全、一键顺控、智能巡检、状态感知、免（少）维护、标准设备、绿色环保”等要求进行设备更换、设计优化，全面提升一次设备的质量和智能化水平。一次设备智能改造应用以实现变电站“全面监视、远程顺控、主动预警、智能决策、实物ID应用”等高级应用功能为目标，提升变电站监视、操作、巡视、预警、决策和现场管控的智能化水平。
参考文献
[1]邓雷.电气设备的绝缘在线监测与状态维修[J].自动化应用，2018（2）：104-105.
[2]卓会丹，朱广帅.中压开关柜智能化技术的研究[J].黑龙江科技信息，2014（26）：112.
