专利名称：高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力安全运行检瀕领域，具体涉及一种髙压开关柜触点电晕及拉弧检測装置。
背景技术：
随着电网的发展和设备技术的提高，10kV、 35kV系统开关柜在电网中已大量使用。而开 关柜的内部过热现象已成为开关柜使用中的常见问題，在过热之前，开关柜内往往有高压电 晕闪络或开关拉弧现象。拉弧放电是一种气体放电形式，其放电机理是电极间的导电离子不 断产生和消失，处在一种动平衡状态，它的条件是电源有足够的能量不断的输入放电点，在 放电间隙形成放电通道。因在拉弧放电的初始阶段，电弧电流较小，电弧的燃烧往往是不稳 定的，有可能达不到保护装置动作值，随着能i的不断输入，电弧电流迅速上升，当电弧放 电所产生的电游离金属气体温度达到一定程度后，形成稳定的髙温电弧电流引起相间短路后 才能达到过电流保护装置动作值，而使保护动作切除事故。此过程由于时间较长，电弧放电 的持续性高温，会使运行中的触头烧伤熔焊并烧焦击穿带电导体表面所敷设的绝缘材料，往 往扩大为大面积烧毁的短路事故。同时，若柜内已经着火，即使在断开电源后，由于拉开手 车操作需要一定的时间，有可能失去灭火的最佳良机， 一定程度上助长了事故的堇延。因此， 应对开关拉弧做进一步的检測。以期在拉弧的初期尽可能地产生一告警信号。引起开关拉弧 的原大致有以下几种-
1、 接触不良。部分手车柜产品存在操作时机械传动部分卡滞、拉合困难现象。拉合几次 动插触头就会歪斜偏心或合不到位，造成接触不良。合上后其合后状态良好与否不易检査发 现。运行中在大负荷电流所造成的电磁振动力的作用下接触部分糠丝松动，引起动静触头或 接头表面形成间隙，导致间隙火花放电，其能量虽不大，但温度可达摄氏百度甚至上千度， 造成触头表面形成严重的电腐蚀麻坑现象，从而降低了有效接触面积，导致接触电阻进一步 增大而引起严重发热。由触头接触不良烧熔而拉弧，造成母线相间短路，可迅速发展成三相 短路或髙压变内部故障、爆炸损毁。
2、 若因避雷器内部受潮，可引起避雷器内壁闪络而引起避雷器爆炸，并进而引起接地开 关弧光短路即弧光爆炸。
3、 工作电源开关发热拉弧引起的高压变损坏事故。
4、 对带电部分如母线、开关隔离插头相间或对地的空气距离不够的开关柜来说，在运行 温度高、湿度大以及空气中含有杂质等情况下，也比较容易发生电晕放电，最坏情况下也能 导致空气间隙击穿形成短路。
5、 开关柜触点出现过电压，导致开关开断性能不良，引起拉弧。开关柜触点出现过电压的原因主要是由于中性点不接地系统中，如产生单相间歇性的电弧接地时，则在电网非故障
相和故陣相将会出现很髙的过电压，非故障相的最大过电压可达电压幅值的3.5倍，故障相
最大过电压也可达相电压幅值的2倍；其次是母线变压器铁磁谐振引起的过电压。
6、 电晕放电。柜内母拌和元器件有毛刺而引起尖端电翬放电，导致绝缘表面电场分布很 不均匀，当局部电场强度达到其临界场强时，气体发生局部电离出现蓝色荧光，它产生的热 效应和臭氧、氣的氧化物会使绝缘体绝缘破坏。
7、 热击穿和污闪。手车柜内由于大量采用了压铸环氧树脂为材料的绝缘部件，尤其是复 合绝缘材料的髙压电统外绝缘层、环氧浇注电流互感器、酚醛环氧绝缘軍、相间隔板及支架， 运行中在交流电场的作用下以及接触部分的温升效应，将产生介质损耗，导致介质温度升高， 温度升高又使介质损耗进一步增加。倘若柜体散热条件差，介质产生的热量超过散发热量， 必然形成热积累效应，所产生的高温会导致介质熔化、炸裂或烧焦而完全丧失绝缘性能形成 热击穿现象。同时，复合绝缘材料与瓷绝缘相比，憎水性差，若绝缘材料材质不好在空气湿 度大且污秽严重的情况下，运行中会导致吸潮凝露，导致表面泄露电流增大，当介质受潮、 脏污或有破损时，由于潮湿的作用介质表面的游离电子增加，引起传导电流也增加，因此绝 缘电阻便相应降低，在绝缘下降到一定程度时即引起局部沿面放电闪络，最终发展成相间短 路或接地短路事故。
因此，为了尽早地对开关柜内部电晕闪络及开关拉弧进行预整，有必要使用这样的检渊 装置。 发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够检拥到开关柜内是否有拉弧或电晕发生
的高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置。
本实用新型的技术方案是'一种高压开关柜触点电晕及拉弧检涠装置，包括检满单元、 数据分析处理单元、显示单元、网络通讯单元和电源单元，所述检渊单元采用传感器输出开 关柜触点拉弧信号至数据分析处理单元，数据分析处理单元对输入信号进行分析处理后，一 路输出至显示单元进行检拥结果显示， 一路输出至网络通讯单元将检測数据通过网络发送至 上位机，所述电源单元为装置供电。
进一步地，所述检測单元采用紫外线传感器SEN1。
所述检測单元采用臭氧传感器SEN2。
所述检測单元采用超声波传感器SEN3。
所述检測单元同时采用紫外线传感器SEN1、臭氧传感器SEN2和超声波传感器SEN3。 本实用新型具有如下优点
1、解决了如何检測开关柜内开关设备触点是否有拉弧或电晕发生的技术难题，采用非接 触式方法检測髙压开关柜拉弧或电晕闪络，检渊手段准确、可靠、多样化。2、本实用新型安装方便，具备远方监控功能，能够可靠、及时、准确地发出报曹信息， 防止开关设备故降的进一步发生，提高开关设备运行的安全性，减少恶性事故的发生。
图1为本实用新型的结构框图2为本实用新型的检測单元、数据分析处理单元、显示单元实施例的电路原理图； 图3为本实用新型的网络通讯单元和电源单元实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图l本实用新型的结构框图中，高压开关柜触点电晕及拉弧检測装置包括检测单元、数 据分析处a单元、显示单元、网络通讯单元和电源单元(图中朵画出)，其中检測单元采用传 感器输出开关柜触点拉弧信号至数据分析处理单元，数据分析处理单元对输入信号进行分析 处理后，一路输出至显示单元进行检测结果显示， 一路输出至网络通讯单元将检渕数据通过 网络发送至上位机，电源单元为装置各单元供电。
图2本实用新型的检測单元、数据分析处理单元、显示单元实施例的电路原理图中，检 镧单元包括传感器和A/D转换电路。传感器包括紫外线传感器SEN1、臭氧传感器SEN2和超 声波传感器SEN3。其中
紫外线传感器SEN1选用UV系列标准紫外线传感器,包含只对紫外线敏感的光电管,它的 输出信号是同紫外线强度相对应的光电流，具体型号如UV10SF。紫外线传感器SEN1的输出 经运算放大器D4A放大后接入A/D转换器D5输入端A0;其中运算放大器D4A选用四运算放 大器LF347,电阻Rl和电容C16并联后接在D4A输入+端和输出端之间构成外围电路；
臭氧传感器SEN2选用臭氧气体敏感元件,其输出经运算放大器D4B放大后接入A/D 转换器D5输入端Al;其中运算放大器D4B选用四运算放大器LF347，其输入-端通过电阻Rll 和臭氧传感器SEN2的接地端连接，通过电阻R12和D4B的输出端连接
超声波传感器SEN3选用美国邦纳BANNER超声波传感器T30U，可输出0—5V的直流信号， 直接接入A/D转换器D5输入端A2， A/D转换器D5选用串行A/D转换器TLC2543,稳压二极 管Vll和电容C21并联后正端接地和D5的REF-端，负端接D5的REF+端同时通过电阻R15 接供电电压正端。
图2中，数据分析处理单元D2采用8-bit CMOS microcontroller: W77EL58, A/D转换 器D5的DTOUT端、E0C端、/CS端、ADDR端和CLK端分别与数据分析处理单元D2的P20端、 P22端、P23端、P27端和P26端连接。
D3为D2的看门狗电路，选用单片机外围芯片X25045,防止D2因干扰出现死机。D3还 能存储门限数据及相对于上位机的通讯地址，以便于组网。K1,K2,K3，K4为键盘按键，可当地设置门限数据及相对于上位机的通讯地址，以便于组 网，设置数据存于D3。
晶振芯片JT1、电容Cb3、 Cb4提供CPU芯片D4工作所需的时钟，接D2的X1、 X2端口。
在数据分析处理单元D2的控制下，A/D转换器D5将SEN1瀕量到的紫外线的强度，SEN2 測i到的臭氧的含量,超声波传感器SEN3的强度变换成数字量供数据分析处理单元分析和判 断。当开关柜内发生拉弧或电晕闪络时，开关柜内的紫外线强度，超声波强度，臭氧的含量 会迅速提高。CPU根据预先设置在芯片D3的门限数据与測量数据进行比较。当測量数据大于 设置数据时，表明关柜内发生拉弧或电晕闪络，设置故障标志；否则，若測量数据小于设置 数据时，表明开关柜内未发生拉弧或电晕闪络，复位故障标志。由于变电站内通常无人值守， 当地声光报警已无意义，故本实用新型不设计声^报警电路，而是将測量数据和故障标志通 过网络通讯单元的RS485接口总线传到通常设在主控室或局端调度的上位机中。
数据分析处理单元将瀕i数据进行分析处理后， 一方面将測量数据送到RS485总线上， 一方面送到LCD屏上显示，LCD屏选用香港精电产的LCD显示器MOBI2006。
图3本实用新型的网络通讯单元和电源单元实施例的电路原理图中，装置主机使用变压 器将220V的交流市电变为彼此隔离的两组8V额定交流输出，经插头P2,整流桥Zl,稳压块 Wl (采用7805),得到+5V的直流电压，+5V的直流电压经稳压块(采用AMS117A-3.3), 得到+3.3V的直流电压作为主电源。另一路交流输出经整流桥Z2,稳压块W3 (采用7805), 得到另一路隔离的+5V的直流电压，为隔离的RS485 口供电。
网络通讯单元的RS485总线由图3中的Ul、 U2、 U3、 Dl及其外围元件组成，串行信号 RXD0,TXD0，TXEN信号来自数据分析处理单元D2芯片，光耦U1、 U2、 U3完成信号电气隔离， RS485变换芯片D1采用SN75LBC184,实现TTL信号与RS485信号的相互转换，RS485信号经 插头Pl接到RS485总线上，LED1,LED2为通讯指示灯。
本实用新型的工作过程原理如下
电晕或拉弧现象就是带电体表面在气体或液体介质中局部放电的现象，常发生在不均匀 电场中电场强度很髙的区域内，例如高压导线的周围，带电体的尖端附近。利用其下述特点 可实现对开关柜触点拉弧的检测
1、触点拉弧时会发出嗤嗤的声音，内含超声波。超声波检測的原理是接收触点放电发出 的超声波信号，将其转换为人们可听见的声音或其它电信号，通过信号的强弱，用多点时间 差定位的方法来判断放电的位置和强度。为简单起见，我们使用T30U系列超声波传感器。该 传感器中既包括开关量输出，又包括模拟量输出，可直接根据模拟量的大小确定是否有拉弧 或电晕发生。2、 触点拉弧时会产生臭氧、N0和N02等，合成亂，C晶(乙炔)等气体。可以使用臭氧、 N0、 N02、 NH3、 C晶等化学传感器中的任意一种来检湄开关柜内相对应的气体的含量及增l:, 以此来判断开关柜内是否有拉弧或电晕发生。以臭氧为例，开关柜工作于相对密封，且有高 压的环境中，正常情况下，柜内空气中含有一定的臭氧。在一定范围内，不能根据臭氧含量 的绝对值来判断开关柜内是否有拉弧或电晕发生，而应该根据臭氧含量在某一时间段内的增 i来判断，因为当发生柜内拉弧或电晕时，柜内空气中臭氧会迅速增加。3、 电晕或拉弧时在导体尖端处可见亮光。内含紫外线，能量主要集中在210nm—390nm。 我们采用紫外线传感器，检測柜内紫外线能量的大小，以此来判断开关柜内是否有拉弧或电 晕发生。综上所述，本实用新型既可采用三种方法中的任何一种，也可将上述三种方法组合使用 来检測到开关柜内是否有拉弧或电晕发生。本实用新型采用非接触式方法检渕高压开关柜拉弧或电晕闪络，产品可直接安装在开关 柜低压拥屏上，也可安装在髙压室内与高压保持足够安全距离的任何一个地方。本实用新型解决了如何对髙压开关柜触点拉弧进行检測的问题，可广泛应用于各类电力 高压开关设备的触点拉弧在线监湄。
权利要求1、一种高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置，其特征是，包括检测单元、数据分析处理单元、显示单元、网络通讯单元和电源单元，所述检测单元采用传感器输出开关柜触点拉弧信号至数据分析处理单元，数据分析处理单元对输入信号进行分析处理后，一路输出至显示单元进行检测结果显示，一路输出至网络通讯单元将检测数据通过网络发送至上位机，所述电源单元为装置供电。
2、 根据权利要求l所述的髙压开关柜触点电晕及拉弧检測装置，其特征在于所述的检 獮单元采用紫外线传感器SEN1。
3、 根据权利要求l所述的高压开关柜触点电晕及拉弧检測装置，其特征在于所述的检 渊单元采用臭氧传感器SEN2。
4、 根据权利要求l所述的髙压开关柜触点电晕及拉弧检測装置，其特征在于所述的检 測单元釆用超声波传感器SEN3。
5、 根据权利要求l所述的高压开关柜触点电晕及拉弧检測装置，其特征在于所述检涠 单元同时采用紫外线传感器SEN1、臭氧传感器SEN2和超声波传感器SEN3。
专利摘要本实用新型公开了一种高压开关柜触点电晕及拉弧检测装置，包括检测单元、数据分析处理单元、显示单元、网络通讯单元和电源单元，所述检测单元采用传感器输出开关柜触点拉弧信号至数据分析处理单元，数据分析处理单元对输入信号进行分析处理后，一路输出至显示单元进行检测结果显示，一路输出至网络通讯单元将检测数据通过网络发送至上位机，所述电源单元为装置供电。本实用新型解决了如何对高压开关柜触点拉弧进行检测的问题，具备远方监控功能，能够可靠、及时、准确地发出报警信息，可广泛应用于各类电力高压开关设备的触点拉弧在线监测。
文档编号G08C19/00GK201170797SQ20072015746
公开日2008年12月24日 申请日期2007年11月23日 优先权日2007年11月23日
发明者李洪景 申请人:李洪景