中壓開關設備狀態在線監測技術特點分析

鄒文雅

摘 要：中壓開關設備是保證輸配電系統可靠運行的關鍵元素之一，中壓開關設備正常工作與否直接關系著電力系統的可靠性。隨著智能電網技術的發展以及狀態檢修概念的普及，中壓開關設備的在線監測和在線診斷技術也正逐步完善并趨于成熟。某些在線監測裝置已支持無線網絡實時傳輸、遠程控制操作、手持端瀏覽以及后臺專家系統等功能，提高了中壓開關設備狀態在線監測水平，為將來狀態檢修工作提供可靠的技術支持，最終確保電力系統的安全運行。本文主要分析了中壓開關設備狀態在線監測裝置的技術特點，包括主回路溫升監測，關鍵二次元件性能監測，斷路器壽命監測等。

關鍵詞：中壓開關設備；設備狀態檢修；狀態在線監測

中圖分類號：TM56 文獻標識碼：A

0.引言

隨著電力系統運行環境日趨復雜和電力體制改革不斷推進，傳統電網正向智能電網進行轉變，利用各種新型傳感器完成設備狀態的實時感知，采用現代網絡技術進行可靠通信，通過后臺專家系統進行有效監控，實現設備狀態檢修目的。

一、狀態檢修策略分析

狀態檢修Condition Based Maintenance（CBM），是指根據先進的狀態監測和診斷技術提供的設備狀態信息，判斷設備的異常，預知設備的故障，在故障發生前進行檢修的方式，即根據設備的健康狀態來安排檢修計劃，實施設備檢修。狀態檢修策略跟傳統的定期檢修相比，能夠及時發現隱患并采取糾正措施，避免了單純根據時間節點進行檢修帶來的盲目性和人力物力的資源浪費。

要實現狀態檢修的前提條件是設備配備完善的在線監測裝置，能夠實時監測設備的運行參數，為狀態檢修提供判據支持。中壓開關設備的狀態在線監測包括主回路溫升，斷路器的機械特性，真空滅弧室壽命和關鍵二次元器件性能等。

二、溫升在線監測技術分析

中壓開關設備長期運行過程中，斷路器動觸頭與柜內靜觸頭咬合處、主母線和電力電纜搭接處等部位通常會因為安裝不當或接觸不良而使得接觸電阻過大造成主回路溫度升高的情況。若未能及時發現此隱患，開關設備持續運行會進一步加劇這些部位的發熱和氧化，由此產生惡性循環，從而出現諸如觸指熔化脫落、觸頭燒毀以及鄰近絕緣件急速劣化等后果，甚至造成擊穿、爆炸等惡性事故。

中壓開關設備的主回路處于高電位環境，如果直接測量需要解決高壓絕緣、高低電位下電氣隔離等各類問題，目前市場上主要存在以下幾種手段來直接或間接監測主回路溫升：變色片、紅外線成像測溫、光纖測溫，有線式內置測溫，無線式內嵌測溫等。

1.變色片測溫方案優點是便宜耐水，缺點是安裝位置所限不易觀察到。

2.紅外線成像測溫方案優點是非接觸檢測且不受可見光干擾，缺點是被測物體表面材料性質和表面狀態會影響測量準確性。

3.光纖測溫方案優點是耐高壓耐腐蝕，抗電磁干擾，能自動報警，缺點是施工復雜，采購和維護成本高。

4.有線式內置測溫方案優點是價格低，能自動報警，缺點是易受電磁干擾誤報警，布線時高低電位隔離困難。

5.無線式內嵌測溫方案優點是性價比優，測量精度高，無線方式解決了高低電位隔離問題，同預埋數據線纜或光纖線纜相比不存在小動物啃咬損壞或人為折斷磨損等現象，缺點是通信距離較近，需要加密確保通信安全可靠。

以上方案解決了溫度測量的問題，但是溫升還與通過的電流大小有關系，單一地對溫度進行測量而不同時對電流進行測量，將無法準確反應動靜觸頭咬合或母線搭接的真實狀態，存在誤報警或漏報警的情況。因此溫升在線監測裝置還需要配合使用后臺專家系統進行科學地分析和診斷，可根據實時負載電流判斷當下溫升是否異常，并據此給出處理建議。

三、真空斷路器機械特性和電氣壽命監測技術分析

真空斷路器是非常重要的電力設備，據有關統計變電站維護費用的一半以上是用在高壓斷路器上，且其中60%是用于斷路器的小修和例行檢修上。頻繁的操作及過度的拆卸檢修會降低真空斷路器的動作可靠性，因此對真空斷路器進行實時在線監測有助于掌握其運行特性及變化趨勢，使計劃檢修轉向狀態檢修。

真空斷路器機械特性參數主要包括分、合閘時間和速度、同期，觸頭壓力、超程，反彈幅值等，可以利用線位移傳感器，角位移傳感器，壓力傳感器等裝置進行測量。

傳統的方式是將線位移傳感器安裝在真空斷路器動觸頭絕緣拉桿的底部，其直線運動所需空間較大，不利于設備的小型化并且傳感器拉桿會出現由于磨損或變形造成測量誤差的后果。新式角位移傳感器安裝在真空斷路器的機構主軸部位，能夠準確測量超程，合閘彈跳時間，分閘反彈幅值，合閘速度，分閘速度，合閘時間，分閘時間等數據，安裝位置不易磨損且便于檢修。觸頭壓力傳感器安裝在動觸頭絕緣拉桿處，能夠根據很分閘時的觸頭壓力值變化趨勢判斷真空滅弧室的狀態并結合分析歷史開合負載電流情況預測真空滅弧室的剩余可靠電壽命。

四、真空斷路器關鍵二次元件在線監測技術分析

真空斷路器二次元件狀態在線監測裝置可以實現對斷路器內部儲能電機、分閘線圈、合閘線圈的狀態進行監測和數據采集，目前最先進的方式是采用霍爾元件來感應儲能電機、分閘線圈、合閘線圈等執行設備導線周圍的磁場變化，從而實現非介入式電壓電流測量，無需擔心監測裝置停機或損壞導致執行設備無法動作的情況。

通過對真空斷路器關鍵二次元件的電壓電流進行實時監測，運行維護人員可通過對故障波形的分析及前后數據的對比，實現對關鍵二次元件潛在故障的快速診斷。根據診斷結果，客戶可提前制定維修安排計劃，從而避免故障突發后對供電連續性造成嚴重影響。

五、網上開關和掌上開關的應用

網上開關是為提供遠程狀態監測而開發的網站系統，可通過任一款主流瀏覽器訪問網站系統，包括IE、chrome、Firefox和Safari等。網上開關基于強大的云數據中心，將每天獲取的大量狀態數據進行過濾、提煉、保存后再根據閾值及判據算法對各種事件進行初步過濾，對疑似故障信息發出報警。網上開關可設置完善的權限審核及內容分級設計，確保用戶數據的信息安全性。

掌上開關是專門為提供遠程狀態監測開發的手機終端應用，基于蘋果公司先進的iOS系統，功能強大，安全性高，便于用戶隨時隨地了解中壓開關設備的運行狀態，成為檢修工作者的得力助手。

結語

隨著智能監測技術的發展以及狀態檢修概念的普及，中壓開關設備的在線監測和在線診斷方案也正逐步完善并趨于成熟，全面應用后可有效提高中壓開關設備的綜合管理及決策水平，實現管理規范化，決策智能化，為中壓開關設備長期安全可靠運行及狀態維修提供基礎數據支持，而伴隨著對設備管理水平和決策水平的不斷提升必將為電力行業帶來良好的經濟效益和社會效益。只是目前國內的中壓開關設備在線監測裝置良莠不齊，還需要對其原理、構造和技術指標等進行深入研究，選擇最優方案實現中壓開關設備的在線監測功能。

參考文獻

[1]王小華，蘇彪，榮命哲，等.中壓開關設備在線監測裝置的研制[J].高壓電器，2009，45（3）：52-55.endprint