高壓隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

作者/張錦，楊景剛，張一茗，陳富國（.平高集團有限公司，河南平頂山；. 國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院）

高壓隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

作者/張錦1，楊景剛2，張一茗1，陳富國1（1.平高集團有限公司，河南平頂山；2. 國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院）

高壓隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中使用量最大、應(yīng)用范圍最廣的高壓電氣一次設(shè)備，本文首先分析了高壓隔離開關(guān)運行過程中的故障，給出故障原因。針對高壓隔離開關(guān)定期檢修成本大、效率低的問題，本文提出了高壓隔離開關(guān)在線監(jiān)測技術(shù)，給出了詳細的在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案，實際工程在線監(jiān)測案例表明此系統(tǒng)能夠?qū)Ω邏焊綦x開關(guān)運行狀態(tài)實時監(jiān)測，從而提高供電可靠性，減少安全監(jiān)測盲區(qū)，節(jié)約人力成本，提高效率。

高壓隔離開關(guān)；故障檢修；在線監(jiān)測

引言

隨著電網(wǎng)電壓等級不斷提高，用電設(shè)備對供電可靠性的要求也越來越高，運行設(shè)備發(fā)生異常就有可能造成系統(tǒng)停限電。高壓隔離開關(guān)是變電站中重要的設(shè)備之一，在高電壓、大電流狀態(tài)下運行，其工作可靠性與機械振動、觸頭燒蝕等有密切關(guān)系[1～4]，為了保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行，對高壓隔離開關(guān)進行在線監(jiān)測意義重大。

1.使用情況、發(fā)展現(xiàn)狀及常見故障分析

■1.1 高壓隔離開關(guān)的使用

高壓隔離開關(guān)是和高壓斷路器，電流互感器等設(shè)備配套使用的沒有滅弧裝置的電力設(shè)備，其作用是斷開無負荷電流的電路，且在分閘狀態(tài)下會有明顯的斷開點，這樣就能夠在一定程度上確保電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行[5]。

■1.2 高壓隔離開關(guān)發(fā)展現(xiàn)狀

高壓隔離開關(guān)產(chǎn)品逐漸成為電氣控制的主要裝置，由于其整體的設(shè)計和運行環(huán)境不同，存在一系列的問題。例如，部件損壞、操作故障以及設(shè)備的發(fā)熱和瓷瓶斷裂等一系列的問題，這些問題都嚴重影響高壓隔離技術(shù)的發(fā)展。其中觸頭發(fā)熱和結(jié)構(gòu)的問題表現(xiàn)最為突出，設(shè)計容量不足、觸頭材料質(zhì)量差等問題也很嚴重，我國的高壓隔離開關(guān)在技術(shù)和質(zhì)量等方面都是存在嚴重的問題，需要我們不斷地進行改進[6]。

■1.3 高壓隔離開關(guān)常見故障分析

高壓隔離開關(guān)在工作中會發(fā)生像操作出錯、失效拉合、三相合閘不同步、連結(jié)位置發(fā)熱等問題，若這些問題錯誤處理不當(dāng)，就會嚴重阻礙供電系統(tǒng)的安全[7]。高壓隔離開關(guān)常見故障有過熱故障，瓷絕緣子斷裂，操作失靈，零件銹蝕等。

2.在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

高壓隔離開關(guān)巡檢是電力設(shè)備運行和維護工作中一個重要環(huán)節(jié)，是保證電力設(shè)備安全運行的有效手段之一，通常定期檢修成本高，而且很難發(fā)現(xiàn)一些隔離開關(guān)運行中才會出現(xiàn)的問題。在線監(jiān)測技術(shù)作為狀態(tài)檢修的重要技術(shù)支撐，在電力設(shè)備運行狀態(tài)下為狀態(tài)檢修提供了豐富的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對電力設(shè)備的健康狀態(tài)評價起到了明顯的作用。隨著在線監(jiān)測、帶電檢測工作的全面開展，統(tǒng)一的監(jiān)測平臺正在逐步壯大完善，海量數(shù)據(jù)的縱橫比及差異化分析技術(shù)逐漸顯示出強大的優(yōu)越性和實用性。

■2.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有三部分組成：前端傳感器；信號接收、處理、顯示裝置；一體化監(jiān)控后臺，如圖1所示。傳感器有加速度傳感器、Pt電阻溫度傳感器及視頻傳感探頭；信號處理裝置將傳感器信號經(jīng)調(diào)理放大，A/D轉(zhuǎn)換、分析計算，然后由一體化監(jiān)控平臺進行存儲展示。

■2.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)詳細設(shè)計

2.2.1 振動監(jiān)測系統(tǒng)

通過振動加速度傳感器獲取刀閘振動波形數(shù)據(jù)，傳送至變電站主控室內(nèi)的振動分析專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)首先記錄每次刀閘動作的波形，然后與記錄的歷史數(shù)據(jù)進行比較，配合海量的刀閘特征積累數(shù)據(jù)以及采用先進的最大熵譜法的分析方法，可捕獲采用其他方法如電氣監(jiān)測法所不能監(jiān)測的故障，并預(yù)測可能出現(xiàn)的故障隱患。減少因高壓隔離開關(guān)閉合不到位、過位、觸點松動、發(fā)熱以及溫度不斷上升而產(chǎn)生的安全事故，提高遙控操作的安全可靠性。振動監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。

2.2.2 無線測溫系統(tǒng)

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖2 振動監(jiān)測系統(tǒng)

無線測溫系統(tǒng)分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)包括溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊、信號中繼點，數(shù)據(jù)管理平臺；軟件系統(tǒng)包括溫度數(shù)據(jù)采集程序、無線通訊程序，數(shù)據(jù)管理平臺溫度管理程序。溫度傳感器分別布置于隔離開關(guān)觸頭處，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)無線發(fā)射裝置被中心節(jié)點中繼后，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理平臺。無線測溫系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 無線測溫系統(tǒng)

圖4 攝像頭監(jiān)測系統(tǒng)

2.2.3 攝像頭監(jiān)測系統(tǒng)

攝像頭監(jiān)測系統(tǒng)利用圖像處理模式識別技術(shù)

來識別被監(jiān)測的高壓隔離開關(guān)分合狀態(tài)，檢測診斷高壓隔離開關(guān)存在的外部機械問題。系統(tǒng)首先對采集的圖像進行預(yù)處理，通過將該圖像與上次采集的圖像進行差圖像分析、區(qū)域標識、紋理描述和評判等處理，結(jié)合對應(yīng)設(shè)備的參數(shù)庫確定其是何種狀態(tài)。如有畸變發(fā)生則存儲結(jié)果，向上一級傳輸及發(fā)出告警信號。攝像頭監(jiān)測系統(tǒng)如圖4所示。

■2.3 一體化監(jiān)控后臺設(shè)計

一體化監(jiān)控后臺又稱變電站狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，是面向智能變電站中一次設(shè)備監(jiān)測組件全新開發(fā)設(shè)計的系統(tǒng)監(jiān)測軟件。軟件遵循IEC61850、SVG等相關(guān)標準，結(jié)合國網(wǎng)對高壓設(shè)備智能化和變電設(shè)備在線監(jiān)測的相關(guān)要求，為智能變電站一次設(shè)備可視化監(jiān)測提供幫助；系統(tǒng)采用以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，配置系統(tǒng)主機，用于當(dāng)?shù)匦畔⒌谋O(jiān)測、顯示和分析功能，系統(tǒng)信息發(fā)布主機可以與系統(tǒng)主機合一配置，也可以單獨配置用于將信息發(fā)布到上層系統(tǒng)或外部網(wǎng)絡(luò)中，支持系統(tǒng)對時功能和集中信息打印功能。

該變電站狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，能夠?qū)崟r多通道采集各種運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對變電站內(nèi)高壓隔離開關(guān)狀態(tài)的綜合數(shù)據(jù)分析與診斷。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，估算出高壓隔離開關(guān)的運行特性和壽命損失，為設(shè)備安全運行提供可靠的依據(jù)，為實現(xiàn)真正意義上的狀態(tài)檢修及無人值守，起到積極促進作用。

3.結(jié)束語

高壓隔離開關(guān)工作條件較惡劣，觸頭結(jié)構(gòu)及材料、隔離開關(guān)運行方式、環(huán)境氣候等因素直接影響隔離開關(guān)的運行狀態(tài)。通過分析隔離開關(guān)運行過程中的常見故障，提出了高壓隔離開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測高壓隔離開關(guān)分合狀態(tài)，觸頭溫度變化，還能根據(jù)采集的振動信號及攝像頭傳輸?shù)膶崟r視頻信息對隔離開關(guān)進行故障診斷，為消除發(fā)熱缺陷，進一步提高隔離開關(guān)運行穩(wěn)定性提供依據(jù)。

＊ [1]高明貴.高壓隔離開關(guān)在電力系統(tǒng)重要性以及故障[J].能源電力.2015,10:44—46.

＊ [2]古紅軍.高壓隔離開關(guān)的故障檢修對策[J].技術(shù)研發(fā).2015,22(9):80—83.

＊ [3]陶發(fā)年,鄧文欣.高壓隔離開關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].電力技術(shù)咨詢.2013,9:85—87.

＊ [4]王皓波.高壓隔離開關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].黑龍江科技.2015,6:142—143.

＊ [5]區(qū)偉斌,陳曦,陳潤華.高壓隔離開關(guān)的常見故障及處理[J].價值工程.2013,6:56—59.

＊ [6]姜偉民,孫博.高壓隔離開關(guān)故障分析及維修方案[J]科技視界.2012,03(7):124—126.

＊ [7]鐘振蛟.戶外隔離開關(guān)機械故障的起因及運放[J]高壓電器.2006,42(6):464—466.