高壓開關(guān)柜的在線監(jiān)測和故障診斷

高壓開關(guān)柜的在線監(jiān)測和故障診斷摘要:介紹了高壓開關(guān)柜的故障表現(xiàn)及其原因，指出了在線監(jiān)測的對象和方法，分析了開關(guān)柜的特性及其與故障的關(guān)系，并介紹了幾種故障診斷方法。關(guān)鍵詞:高壓開關(guān)柜;在線監(jiān)測;故障診斷引言高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設(shè)備。由于各種原因，引起開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)惡化從而引發(fā)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，因此對開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患對累積性故障做出預(yù)測，對于保證開關(guān)柜的正常運(yùn)行，減少維修次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和自動化程度都有重要意義。一、高壓開關(guān)柜的故障表現(xiàn)及其原因分析通過對近10年來全國高壓開關(guān)設(shè)備運(yùn)行情況的調(diào)查和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以知道高壓開關(guān)柜的故障主要有以下幾類：(一)拒動、誤動故障。這種故障是高壓開關(guān)柜最主要的故障，其原因可分為兩類。一類是因操動機(jī)構(gòu)及傳動系統(tǒng)的機(jī)械故障造成。另一類是因電氣控制和輔助回路造成。(二)開斷與關(guān)合故障。這類故障是由斷路器本體造成的，對少油斷路器而言，主要表現(xiàn)為噴油短路、滅弧室燒損、開斷能力不足、關(guān)合時(shí)爆炸等。對于真空斷路器而言，表現(xiàn)為滅弧室及波紋管漏氣、真空度降低、切電容器組重燃、陶瓷管破裂等。(三)絕緣故障。表現(xiàn)為外絕緣對地閃絡(luò)擊穿，內(nèi)絕緣對地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓閃絡(luò)擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡(luò)、污閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡(luò)，CT閃絡(luò)、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。(四)載流故障。12~12kV電壓等級發(fā)生的載流故障主要原因是開關(guān)柜隔離插頭接觸不良導(dǎo)致觸頭燒融。(五)外力及其他故障。包括異物撞擊，自然災(zāi)害，小動物短路等。二、高壓開關(guān)柜的監(jiān)測方法高壓開關(guān)柜監(jiān)測方法的主要內(nèi)容在于各種傳感器的合理選擇。跟上述監(jiān)測項(xiàng)目有關(guān)的傳感器主要有以下幾種：(一)溫度傳感器。用于母線連接處溫升測量的常用傳感器有石英傳感器、光微薄硅溫度傳感器和吸收型光纖溫度傳感器，它們分別以石英晶體、硅片及玻璃構(gòu)成的Fabry-perot槽和GaAs晶體作為感溫元件，以光纖作為傳輸介質(zhì)，這就有效地解決了電磁干擾問題。(二)感應(yīng)式位置傳感器。用于監(jiān)測斷路器分合位置。這種傳感器只能安裝于操動機(jī)構(gòu)的可動部分，通過判斷操動機(jī)構(gòu)的位置間接推斷斷路器動觸頭位置，這種推斷是不可靠的，并且只能測平均速度，無法測得包含大量信息的斷路器動觸頭行程曲線，但它可以作為斷路器開斷次數(shù)統(tǒng)計(jì)的依據(jù)。(三)位移傳感器。測量直線位移的傳感器有很多，如差動變壓器式，差動電容器式，霍爾效應(yīng)等。如果直接測量斷路器動觸頭的行程曲線，首先要考慮的問題是安裝，以上所述的位移傳感器都需要將傳感器在位移方向上與動觸頭導(dǎo)桿相連，安裝上比較困難。解決方案是尋求間接的方法，一種設(shè)想是在可動部分貼上或加工上對光線敏感的條碼狀線條或圖案，通過光電發(fā)射和接收來感知位置，以此來測得行程曲線。據(jù)此可得到斷路器動觸頭的速度特性(包括瞬時(shí)速度、最大速度、平均速度等)。(四)壓力傳感器。用于測量合閘彈簧壓力值大小，判斷彈簧壓縮狀態(tài)，但這種方法需要在機(jī)構(gòu)上安裝壓力傳感器，很不方便。另一種方案是測量儲能電動機(jī)的工作電流波形，據(jù)此來間接判斷合閘彈簧的狀態(tài)。(五)振動傳感器。用于監(jiān)測振動，由于需監(jiān)測的振動強(qiáng)弱范圍很廣，從局部放電引起的微弱振動到故障引起的強(qiáng)大振動都在其中，需根據(jù)振動頻率來選擇監(jiān)測參數(shù)和相應(yīng)的傳感器。以壓電晶體做敏感元件的加速度傳感器，帶寬可達(dá)200kHz，緊貼被測設(shè)備表面，可用于監(jiān)測局部放電。對于其他振動的監(jiān)測，選擇低頻(如10Hz~1kHz)振動加速度傳感器即可。三、故障診斷方法（一）依據(jù)規(guī)則的診斷方法設(shè)備的特征可由若干個選定的特征變量表示，設(shè)備的狀態(tài)可由若干個選定的狀態(tài)變量表示，由于設(shè)備的特征與狀態(tài)不是一一對應(yīng)的，因而要對問題進(jìn)行仔細(xì)的考察，建立一套診斷規(guī)則。根據(jù)診斷規(guī)則的不同，可將診斷分成三種類型:1、邏輯診斷。這種診斷簡單明了，應(yīng)用較廣，但它把問題過于簡化，診斷準(zhǔn)確率較低。2、模糊診斷。故障初期的診斷數(shù)據(jù)有某些不確定性，即具有隨機(jī)性和模糊性。模糊性可以用模糊集合論方法來解決。模糊診斷中，用隸屬度表示故障的嚴(yán)重程度，診斷規(guī)則由模糊關(guān)系矩陣體現(xiàn)，此矩陣反映了故障狀態(tài)和特征之間的因果關(guān)系。模糊診斷方法目前已應(yīng)用于大型機(jī)械的機(jī)械故障和電力變壓器的絕緣故障診斷，取得了較好的效果，準(zhǔn)確度較高。3、統(tǒng)計(jì)診斷。這種方法需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且是基于圖形的診斷，不適用于在線診斷。（二）依據(jù)樣板的診斷方法依據(jù)樣板的診斷過程包括如下步驟:通過傳感器取得最能表征設(shè)備狀態(tài)的信號，這些信息被稱為初始模式。抑制混入有用信號中的干擾，提取特征，形成待檢模式。將待檢模式與樣板模式(故障檔案)對比，確定故障類型。根據(jù)所用樣板模式的不同，可將診斷分為:1、閾值診斷。按照特征量是否超過閾值來判斷設(shè)備狀態(tài)，我國電力系統(tǒng)實(shí)行的預(yù)防性試驗(yàn)制度就屬于閾值診斷，這種方法比較簡單，但判斷不夠全面，容易發(fā)生誤報(bào)。2、時(shí)域波形診斷。將測得的物理量隨時(shí)間變化的曲線與樣板對照來判斷設(shè)備狀態(tài)。3、頻域波形診斷。將測得的物理量的頻譜與樣板對照進(jìn)行判斷。4、指紋診斷。對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將得到某種特殊圖形與樣板對照進(jìn)行判斷，這種方法也是基于圖形的，不適合做在線診斷。四、討論與結(jié)論(一)高壓開關(guān)柜常見的故障有拒動/誤動故障開斷與關(guān)合故障、絕緣故障、載流故障等等，在線監(jiān)測應(yīng)針對這些故障確定監(jiān)測項(xiàng)目。(二)根據(jù)監(jiān)測項(xiàng)目選擇合適的傳感器，是故障診斷準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵。(三)開關(guān)柜自身結(jié)構(gòu)的多樣性