臭氧检测技术的高压开关柜初始放电预警系统研究白涛

臭氧检测技术的高压开关柜初始放电预警系统研究白涛

白涛崔广巍张从跃夏冬梅宋世杰唐传佳

（安徽省电力公司蚌埠供电公司安徽蚌埠233000）

摘要：近年来，随着变电站高压开关柜的普遍应用，开关室内环境异常带来的设备事故越来越多，给电网安全运行带来诸多隐患。尤其是35千伏电压等级的开关柜，更是因为内部绝缘受潮、老化造成绝缘下降，进而引发设备短路事故。基于此，本文章介绍了一种臭氧检测技术在高压开关柜初始放电预警系统研究应用。

关键词：臭氧检测技术；高压开关柜；预警系统

本文针对变电站高压开关室内环境进行预判断和预警，从而达到防范高压开关柜内部因温湿度以及异常放电发展成设备事故的目的，在变电站高压开关柜内部故障频发的今天，有着很好的使用和推广前途，创立了变电站高压开关室内部故障在线检测手段的新方法、新途径，为变电站安全运行提高了新的支撑。

1臭氧检测技术原理

针对高压开关室内环境异常会有的一些前期现象，如柜内异常放电的初始阶段会产生大量的臭氧、空调或除湿机故障导致的温湿度异常等，该预警系统是基于开关室内环境实时检测技术，通过各类型探头实时读取室内环境参数，并根据实验和现场测试情况设置准确的预警值，用于区别环境的正常情况和异常情况，系统自动检测并通过移动网络，向后台运维班组和管理人员发送告警信息，及时安排带电检测进一步确认内部故障情况，进而采取必要手段防范设备事故的发生，如图1部署示意图。预警系统主要包含探测系统和预警系统二个部分：

1.1探测系统。通过对高压开关柜内部异常能够及时探测并触发预警信，然后配合检测开关室空调、除湿机运行工况，对开关室的有害气体的在线检测。

1.2预警系统。接收前端探头的预警信号，并根据探头检测数值换算成臭氧浓度含量，达到告警值生成预警信息并下发，通过支持GSM、CDMA网络，可向移动、电信、联通手机发送预警信息。

图1：部署示意图

2臭氧检测技术放电预警系统研究

2.1臭氧浓度检测

在开关柜中安装臭氧检测传感器探头，该传感器采用电化学原理，即传感器是一微型燃料电池，由工作电极、对电极、参比电极、电解液和电路系统等部件构成。工作电极和参比电极之间能保持一个恒定的电位值，当臭氧扩散进入传感器时，在工作电极发生还原反应，对电极发生氧化反应，对电极和工作电极之间形成微小的电流，此电流与进入传感器的臭氧浓度一定范围内成正比，最后通过电路系统处理，计算出臭氧含量。

为方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中的可燃烟雾浓度值，可将浓度值送到显示屏中。方便调节报警限，可以加入按键。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。

2.2信号转换

传感器采用的是模拟器输出，即输出的为电流强度，如何将模拟量转换为浓度值，并且对该浓度数值做到可控、可预警，成为本次系统研究的棘手问题；通过多次的选型和测试，最终项目采用了工业级测控器设备，该型设备集成了RS485模拟量信号输入、可配置的数值转换公式、GSM无线模块、可编程的模块化系统设计，最终实现了信号输出转换、越值预警提醒、远程维护。测控器的模拟量接线采用二线制，由DC和信号输入组成，接线示意图如图2：

图2：传感器与测控器接线示例

通过实时接收传感器输出的电流强度，通过以下换算公式将电流强度换算为臭氧浓度：浓度=（电流值-4）/（20-4）*量程。

2.3管理模块

1）远程管理维护

在设备选型时重点考虑设备的自管理和接入远程管理的能力，设备配置了预警发送手机卡以及管理员手机号码，管理员可通过手机短信的形式发送远程指令至预警手机卡，系统接收远程指令后通过判断源号码是否为管理员手机号决定指令是否有效，当指令有效后再交由后台模块执行指令并返回执行结果。

后台管理软件支持的短信指令多达242项，涵盖设备管理、数据管理、输入输出量管理等多个方面，从而实现远程设备的可控、可管理。

2）可扩展性

测控器采用统一的标准协议，可支持RS482、232等工业控制信号向TCP协议转换，从而为后续各变电站增加其他监控或工业设备提供传输接入和管理功能。因其电气接口标准，极易与其他工控设备连接，对各种使用环境现场数据进行监测与报警，本设备支持通过短信进行报警与数据查询，也可以通过GPRS无线网络，将数据实时的传送给中心测控程序。由多个测控器与中心测控程序组建的远程测控系统，可满足同时对多个分散广、距离远、无人值守的远程监控点的测控需求。

3臭氧检测技术放电预警系统应用

3.1臭氧浓度实时监测

对于开关柜内部初始、隐形放电故障，没有预先发现和检测系统，只能凭值班员现场运行经验，耳听鼻嗅来间接判断，随着巡视周期的拉长，对内部放电异常不能够及时发现，容易造成设备事故。

通过臭氧检测预警系统的研发和部署，能够实时对开关柜环境进行监测，检测室内臭氧浓度，后续还可监测其他有害气体的浓度含量，后台管理人员可随时调用查看浓度数值，制定巡检优先级和针对性检查提供精准数据。

3.2数据记录和存储

预警系统设备具备数据存储功能，可对日常记录数据本地及异地存储；通过对数据的对比和分析，可为故障原因分析提供有力的数据支撑。

3.3异常情况及时预警

高压开关柜内部初始放电预警系统，在开关室内建立多探头、实时检测的气体、环境分析系统，及时发现并判断开关柜内部高压设备异常放电故障，并通过无线通讯模块向多个后台管理人员提供短信预警，为运检人员及时处置、消除设备隐患提高技术支持。

4.结语

通过研究臭氧检测技术在高压开关柜初始放电预警系统应用，有效解决了以往高压开关柜内部因温湿度以及异常放电引起设备事故，给电网安全运行带来诸多隐患。因此，该技术有着很好的使用和推广前途，创立了变电站高压开关室内部故障在线检测手段的新方法、新途径，为变电站安全运行提高了新的支撑。