陈宇浩+吴锦秋
摘 要：10kV配电网使用的开关柜由于厂家的不同，选用的带电指示器种类、型号也各不相同。带电指示器长时间运行，故障率也较高，在物资采购、及时更换等问题上都给运行维护人员带来了很大的工作压力，同时也给运行埋下了误操作等安全隐患。通过近些年对带电指示器故障类型进行统计并对故障原因逐一深入探索分析后，对故障频出的显示单元进行了改进，采用新型材料和更优的原理，延长了带电指示器的寿命，降低了故障率；同时，针对显示灯及显示单元更换困难问题，改进了显示灯及显示单元。当带电指示器故障时，显示灯故障可以及时插拔更换显示灯，显示单元故障时也可以随时插拔更换，快速消除隐患，也让检修人员简便快捷地更换故障部件。
关键词：10kV高压开关柜；带电指示器；显示单元；显示灯；插拨式安装
按照《中国南方电网有限责任公司电力安全工作规程》的要求，为了显示线路是否带电，确保电气操作正确无误，保障电力系统安全稳定运行，我们在配网的高压开关柜上均需要安装带电指示器，为运行维护人员提供依据线路是否带电，确认线路的运行状态，以防带电合接地刀闸等恶性误操作的发生。[1]
但是在实际工作中，带电指示器在现场运行中经常出现故障，10kV高压开关柜由于点多面广，运行环境各不相同，大多数带电指示器由于长时间运行或运行环境潮湿等原因，导致带电指示器显示单元烧坏或显示灯不亮等现象。常常因带电指示器的种类、规格型号各异，零零星星采购带电指示器既繁琐又耗时，导致失灵、损坏的带电指示器不能及时更换，给运行检修人员埋下了误操作等安全隐患。[2]申请应急项目更换需要1-2个月的时间，若申请修理技改项目更需要12个月的时间。基于以上原因，本文对10kV带电指示器进行了部件和结构的改进，既提高了带电指示器的使用寿命，也让损坏带电指示器更换更加快捷方便，同时也大大降低了运行人员误操作等事故事件的发生。
1 10kV带电指示器故障统计分析
1.1 故障统计
南朗供电分局辖区内户内户外10kV高压开关柜共有1010面，开关柜生产厂家13家，带电指示器有8种不同类型规格型号。对南朗供电分局近三年带电指示器的故障进行统计：2014年，带电指示器故障发生78起；2015年，带电指示器故障发生126起；2016年，带电指示器故障发生176起。而且，随着配电网建设的不断扩张，不断有新的设备的投入，10kV开关柜数量也不断增加，按照现有的技术方法，将导致10kV带电指示器故障的数量也大幅增长。
1.2 故障类型及原因分析
通过对南朗供电分局的带电指示器故障类型进行统计之后，本文分析总结出主要的两种类型故障：显示单元故障，电路板单元故障。
1.2.1 显示单元故障
（1）根据国家电力行业《高压带电显示装置技术规范》标准，带电显示装置的显示单元应能提供电压状态清晰可见的显示，并且显示单元中的显示元件为长期工作制，它的连续工作寿命应不少于5万小时，显示单元应能耐受1万次连续接通和断开试验而不发生损坏。[3]但是经过现场统计分析，对2016年南朗分局发生故障的带电指示器进行统计，共需更换176个，其中显示灯模块失效的约占一半。显示灯寿命短是带电指示器故障的重要原因之一。
（2）在我们南朗管辖区域10kV开关柜带电指示器显示灯主要是氖泡型。作为指示灯用的氖泡，属于气体放电中的辉光放电，发电时阴极电流密度可在0.015-10mA/cm2，实际使用时工作电流小于2mA，具有耗电量小的优点；但是由于运行中的氖泡中的氖气会因制造工艺和热胀冷缩的原因发生泄漏，缩短了氖泡的使用寿命，在运行的过程中故障率较高。有部分厂家还会在带电指示器上加装控制氖泡的开关，仅在需要查看时才打开，延长其工作寿命；这样的改进虽然有一定效果，但故障率还是较高，还有改进的空间[4]。
1.2.2 电路板单元故障
南朗分局地处于珠三角沿海地带，气候湿润，尤其到春天的时候，更为潮湿。高压开关柜每年都有几个月在特别潮湿的环境中运行，由于高压开关柜处于密封状态，温度较高，柜内常常会凝聚一些水蒸气，同时使带电指示器电路板也一样集聚有部分水蒸气。在长时间运行过程中，会使带电指示器电路板部分焊接点霉锈，导致电路板电路不通电路板失效。通过缺陷分类统计分析后，发现这一因素造成带电指示器失效也占有一定比例。
1.3 改进的必要性
总结以上情况，对10kV带电指示器的显示单元和电路板单元的改进尤为关键，为了让带电指示器更换快捷，提升线路运行可靠性，必须从根源上降低显示单元和电路板单元的故障率。
2 面临的检修难题
2.1 带电检修
带电指示器检修使用带电的工作方式并不复杂，一般情况下在0.4小时内可以完成1台。按照现有的技术规范流程，我们检修需要打开开关柜柜门，在柜门内侧将带电指示器拆除下来，对故障元件进行更换；但是，在不停电情况下打开柜门，柜门内分布着大量二次接线和一次带电设备，工作人员很容易接触到带电设备，造成触电人身事故。[5]这种方法具有时效性，但缺乏安全性。而且，现在的开关柜柜门一般都具有防觸电的闭锁功能，线路在带电没有接地的情况下是无法开启柜门的。以往的带电检修方法满足不了现在的需求。
2.2 停电检修
停电检修能够保证工作的安全性，但是需要经过调度人员的许可，需要有运行人员停电操作，并且布置安全措施，会耗费大量的时间。工作许可人许可工作后，工作负责人应向工作班成员交底工作内容、施工过程中存在的危险点及相关注意事项，完成各项安全措施的布置，这个过程也一样耗费大量时间。工作结束时，工作负责人还要对检修设备进行检查，确认检修工作已完成后，再向工作许可人申请终结工作票，并恢复设备运行，这样也会进一步延长停电时间[6]。0.4小时可以完成的带电指示器更换检修的工作，停电检修往往需要1-2个小时才能完成。这样不仅降低了供电的可靠性，而且给用户日常生产生活造成不便，导致用户满意度的下降，严重影响供电部门的形象。
3 改进措施
3.1 显示单元改进
（1）由于显示单元中氖泡容易烧坏，大大影响了显示单元的使用寿命，针对这个故障原因，我们在了解市场上发光元件新型材料的相关信息，与氖泡进行对比研究，决定采用现在可靠性高、寿命更长的二极管代替氖泡。
（2）发光二极管与氖泡相比，具有工作电压低（最低仅需一伏左右），工作电流小（最低仅零点几毫安）即可发光，抗冲击和抗震能力好，可靠性高，工作寿命长的特点（达到10万小时以上）。因此，用发光二极管替换氖泡是比较理想的选择[7]。
3.2 插拨式结构
（1）上面提到，当带电指示器发生故障时，原有的带电检修方式无法确保安全性，而停电检修降低了供电可靠性。针对这个情况，我们参考市面上一般带电指示器显示单元采用插拔式的结构，对电路板单元的结构进行改进，方便其进行带电的更换。本文通过设计一种全新的带电指示器结构，即插拔式结构，以解决这个问题。由图1可以看出，改进后的整个带电指示器主体被分为两大部分，一部分是主壳体（包含安装地和和二次接线端子），另一部分是显示单元及电路板单元。主壳体设计如下：安装底盒使用工具将固定卡子内嵌在柜门上，四周是塑料挡板组成的壳体，而正面无挡板，用于将显示单元及电路板插入；带电指示器的二次接线端子在壳体背面，方便各种电流和闭锁信号线的接线，见图2右图。
（2）显示单元及电路板主要由送变板、显示板、电源板、试验按钮组成，其中电源板、送变板和显示板负责将二次接线端子送来的电流信号经过滤波处理，补偿放大、检波处理，再进入可编程控制电路处理，最后供给二极管发光使用。同时，配合试验按钮实现自检和解锁的信号发送、传递和实施。
（3）结合图3实物图可以看出，当电路板单元发生故障时，检修人员只需在柜门外拨出显示元件或电路板单元，对故障部分进行更换；维修好后，在柜门外插上即完成检修。采用插拔式结构后，检修人员处理带电指示器故障时不需要打开柜门，杜绝了检修人员碰触到开关柜内带电一次设备和二次接线的风险。同时，不停电即可完成检修，使检修停电时间缩短为0，大大提高了供电可靠性和客户满意度。
4 取得成效
（1）根据详细的设计资料，委托厂家生产出这种可插式带电指示器，对南朗供电分局部分10kV高压开关柜进行了带电指示器的更换。运行了半年时间，试运行的可插式带电指示器未发生故障。试运行可插式带电指示器各项指标均符合设计要求，运行可靠稳定。
（2）经济效益：按每更换一个带电指示器需停电1小时，影响500户用户正常用电，按平均电价每度电0.67元计算，不计人工成本每更换一个带电指示器损失335元，另外由于带电指示器显示失效而未能及时更换，造成误操作事件引起的经济损失更是无可估量的。综合停电损失、人工成本、误操作损失等损失因素，初步估算南朗辖区每年可以节支约4.8万元。
（3）社会效益：通过对带电指示器的技术改进，对带电指示器主题检修时无需打开柜门，保证安全和方便检修，保障了检修人员的人身性命安全，杜绝人身事故。此外，将检修停电时间缩短为0，并且杜绝了因带电指示器显示失效引发的误操作事件，大大提高了供电的可靠性，同时提高用户对供电部门的满意度，取得良好的社会效益。
5 结束语
结合实际生产中遇到的问题，本文对配网日常工作中使用率较高的10kV带电指示器进行了技术改进，解决了安全生产现实需求，创造了经济效益和社会效益。首先针对故障率较高的显示单元，我们采用可靠性更高、寿命更长的二极管代替氖泡作为显示灯；而重点是对10kV带电指示器结构进行了技术改进创新，采用插拨式结构，改进了带电检修的安全性，同时提高了供电可靠性。日后将持续关注该带电指示器的使用情况，对该带电指示器进行持续改进。
参考文献
[1]胡文平，尹项根，张哲.电气设备在线监测技术的研究与发展[J].华北电力技术，2003（2）.
[2]司淑梅.电子技术基础[M].上海：复旦大学出版社，2009.
[3]Q/GDW 670-2011.高壓带电显示装置技术规范[S].
[4]曾邵莆.高压带电显示装置的设计分析与应用[J].电气技术，2012（7）：31-33.
[5]廉世军，武建文.节电型自适应10～20kV系统高压带电指示器的研制[J].电气技术，2010（3）：38-41.
[6]孙登峰.高压带电显示器在配电设备“五防”中的应用[J].广东电力，2009，22（5）：79-81.
[7]程新.浅谈带电显示装置的设计与使用[J].工程技术：全文版，2016（8）：00298-00299.
