超高压罐式断路器在线监测技术的应用

徐肃

摘 要 结合实际项目，论述了将采用超声波局放技术结合SF6气体微水状态监测技术的高压断路器在线监测系统引入事故多发的500 kV超高压罐式断路器状态监测的实践过程，为地方电网企业进一步开展状各类输变电设备的态检修工作提供了良好的实践经验。

关键词 超高压；罐式断路器；在线监测；超声波局放；SF6气体微水；状态检修

中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）10-0108-02

蒙西电网某500 kV变电站的6组500 kV超高压罐式断路器（同型号）在投运后两次发生断路器内部放电事故，整体可靠性较低。由于，500 kV电压等级超高压断路器检修周期一般为1-2年，而设备检修及预防性试验手段较为有限，仅能开展故障模拟等试验，无法真实反映超高压断路器运行状态，更无法有效地提前预警设备出现的隐患。同时，高频率开展的预防性试验多为具有一定破坏性的高压试验项目，往往容易造成对断路器不必要的伤害。时有发生的“不试不坏，一试就坏”可从两个侧面反映高频率的、无针对性的、广谱的预防性试验会对高压设备正常稳定运行产生不可预知的影响。如果能够结合高压设备在线监测技术的应用，加之专业的分析诊断，全面的开展实施状态检修，将会从多方面产生积极的影响。

1 超高压罐式断路器在线监测系统方案

针对上述变电站的罐式断路器设计并实现了一条行之有效的在线监测系统，本系统通过引入局部放电超声波检测法以及SF6气体微水性质在线监测技术结合远程检测报警系统，最终实现了对隐患罐式断路器的在线监测诊断预警。

1）超高压罐式断路器超声波监测。在罐式断路器内部如果发生局部放电，必定会产生超声波，并在SF6气体中以球面波形式向周围传播。此时局部放电源形如一发声源，向外发出超声波，在罐式断路器中以球面波形式向周围传播，只要将磁吸附式超声传感器吸附在变压器油箱外壁，就可以接收到放电产生的超声波，超声波信号传播路径不同导致传感器在油箱外壁接收到的超声信号强弱也随之变化，通过这些强弱变化确定超声信号传到变压器外壁最强位置，再采用电声定位法便可确定放电源位置。

2）超高压罐式断路器SF6监测。SF6气体中微水及密度监测主要是对GIS的温度、压力、湿度三个特征量进行监测，SF6气体中微水及密度在线监测单元主要由现场SF6微水及密度综合监测器、监测主机及后台监控软件组成。SF6微水及密度综合监测器内置温度、压力、露点三种传感器，用于对断路器SF6气体的微水、密度、温度进行现场数据采集，经过A/D转换成数字量，再经单片机补偿运算及处理，通过RS-485等数据通讯方式接入后台监控软件进行分析处理。

3）在线监测系统结构设计。本系统由传感器、监测主机柜、后台主机组。

传感器：安装在罐式断路器本体上，传感器包括超声传感器、SF6密度微水传感器；

监测主机柜：安装在500 kV保护小室2中，组成设备有局放在线监测IED、SF6微水密度在线监测IED、通讯模块、光纤收发器、净化电源等设备；

后台主机：安装在主控室，包括后台监测计算机、网络设备、光纤收发器。

传感器由通讯电缆经电缆沟连接到监测IED上，监测主机柜通过光纤与后台主机连接，后台主机经由网络可接受远程计算机访问。

4）生产MIS系统远程检测诊断。通过与电力公司生产管理MIS系统的接口的对接调试，实现了本高压断路器在线监测系统数据上传生产MIS系统。由生产MIS系统实现了远程高压断路器在线监测功能，功能包含实时数据查询，历史数据查询，状态异常告警等模块，同时将被监测高压断路器的状态情况与生产MIS系统已有试验数据、缺陷情况等进行综合分析，通过逻辑计算、历史数据对比确定其状态评价结果，并将根据评价结果采取相应的检修策略。

2 在线监测系统运行效果

上述500 kV变电站高压罐式断路器在线监测系统于2013年10月安装调试完成，于2013年11月1日起正式上传数据至电力公司生产MIS系统，参与高压断路器的状态评价。以下将通过对5011超高压罐式断路器实际在线监测数据情况来展示本系统的实际应用效果。

1）5011超高压A相断路器局部放电监测情况。5011超高压A相断路器2013年11月1日-2014年3月31日的SF6气体局部放电变化示意图如图1所示。

图中呈直线状曲线为5011超高压A相断路器局部放电脉冲个数，由图1可以看出在2013年11月中下旬曾连续监测到局部放电脉冲。

图中波动较大曲线为5011超高压A相断路器局部放电量情况变化，运行的5个月中5011超高压A相断路器内部局部放电发生较为频繁，但总量均处于正常状态。

2）5011超高压A相断路器气体状态监测情况。5011超高压A相断路器2013年11月1日-2014年3月31日的SF6气体状态变化示意图如图2所示。

图中可以看到蓝色曲线为5011超高压A相断路器内SF6气体的气温变化情况，其最低温度为3℃，最高温度为23℃，期间温度波动较为剧烈。

图中红色曲线为5011超高压A相断路器内SF6气体绝对压力值，由状态总图仅能看到其波动随气体温度变化并不明显。

图中绿色曲线为5011超高压A相断路器内SF6气体密度值，其波动同样随气体温度变化并不明显。

图2 高压断路器在线监测系统问题告警

3）在线监测系统运行情况报警实例。本套超高压罐式断路器在线监测系统除了能够全面反映被监控高压断路器的各类状态并对异常进行报警外，同样能够对本系统出现的异常情况进行告警，以便及时消除系统异常，保证监测数据的准确性。

例如如图2所发出的提示，5011超高压B相断路器状态监测系统运行状态处于异常，系统以异于正常绿色标识的黄色警示标识显示其处于异常状态。当鼠标移至告警灯处，可以查看异常报告。由图2可以看出装置编号为941903的TWOLM06/16型SF6气体压力检测装置出现异常。后经现场检查发现5011超高压B相断路器的微水传感器（包含压力、密度、微水、温度检测功能）的二次接线出现松动，经过紧固系统恢复正常。

3 结论

本文所描述在线监测系统着力解决500 kV变电站超高压罐式断路器的事故高发造成系统可靠性降低的问题。通过对500 kV超高压罐式断路器在线监测系统的设备选型，在线监测系统的设计、安装、调试，并且于2013年11月起开始进行了数月的局部放电量、局部放电脉冲数、SF6气体温度、绝对压力、气体密度以及气体含水量实用化运行，实现了最初的设想、达到了实用化目的。与此同时，与已有的生产管理MIS系统的接口调试后，实现了本在线监测系统的深化应用，即完成了对在线监测系统、状态评价系统以及状态检修策略的综合应用。

随着本次超高压断路器在线监测系统的研究与应用内容的圆满实现，在线监测系统与状态评价系统综合应用于高压断路器状态检修策略的制定的实践成功，翻开了我局变电设备检修维护管理的全新篇章。以此次超高压断路器在线监测系统的建设成功为契机，全面深入的实施输变电设备局状态检修工作进入新的阶段。结合即将开展的电容型设备在线监测、避雷器在线监测、电力电缆在线监测、电力变压器在线监测以及GIS系统在线监测的建设实施，以及诸如指纹诊断、人工神经网络诊断以及庄家系统等高效的故障诊断手段，进行高压电气设备状态评价，制定更加合理高效的涉及全网的设备维护检修方案策略成为可能。

参考文献

[1]郭志强，李德军，沈威.GIS局部放电常规检测和超声波检测方法的应用比较[J].高压电气，2009（3）.

[2]冯允平，乔伟.GIS局部放电检测与识别[J].高压电气，1999（5）.

[3]金立军，刘卫东，钱家骊.GIS绝缘配合中的故障分析及诊断和检测技术[J].中国电力，2002（3）.

[4]唐炬，谢颜斌，周倩，张晓星.气体绝缘组合电器内绝缘缺陷超高频局部放电信号特性[J].重庆大学学报，2009（10）.endprint

摘 要 结合实际项目，论述了将采用超声波局放技术结合SF6气体微水状态监测技术的高压断路器在线监测系统引入事故多发的500 kV超高压罐式断路器状态监测的实践过程，为地方电网企业进一步开展状各类输变电设备的态检修工作提供了良好的实践经验。

关键词 超高压；罐式断路器；在线监测；超声波局放；SF6气体微水；状态检修

中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）10-0108-02

蒙西电网某500 kV变电站的6组500 kV超高压罐式断路器（同型号）在投运后两次发生断路器内部放电事故，整体可靠性较低。由于，500 kV电压等级超高压断路器检修周期一般为1-2年，而设备检修及预防性试验手段较为有限，仅能开展故障模拟等试验，无法真实反映超高压断路器运行状态，更无法有效地提前预警设备出现的隐患。同时，高频率开展的预防性试验多为具有一定破坏性的高压试验项目，往往容易造成对断路器不必要的伤害。时有发生的“不试不坏，一试就坏”可从两个侧面反映高频率的、无针对性的、广谱的预防性试验会对高压设备正常稳定运行产生不可预知的影响。如果能够结合高压设备在线监测技术的应用，加之专业的分析诊断，全面的开展实施状态检修，将会从多方面产生积极的影响。

1 超高压罐式断路器在线监测系统方案

针对上述变电站的罐式断路器设计并实现了一条行之有效的在线监测系统，本系统通过引入局部放电超声波检测法以及SF6气体微水性质在线监测技术结合远程检测报警系统，最终实现了对隐患罐式断路器的在线监测诊断预警。

1）超高压罐式断路器超声波监测。在罐式断路器内部如果发生局部放电，必定会产生超声波，并在SF6气体中以球面波形式向周围传播。此时局部放电源形如一发声源，向外发出超声波，在罐式断路器中以球面波形式向周围传播，只要将磁吸附式超声传感器吸附在变压器油箱外壁，就可以接收到放电产生的超声波，超声波信号传播路径不同导致传感器在油箱外壁接收到的超声信号强弱也随之变化，通过这些强弱变化确定超声信号传到变压器外壁最强位置，再采用电声定位法便可确定放电源位置。

2）超高压罐式断路器SF6监测。SF6气体中微水及密度监测主要是对GIS的温度、压力、湿度三个特征量进行监测，SF6气体中微水及密度在线监测单元主要由现场SF6微水及密度综合监测器、监测主机及后台监控软件组成。SF6微水及密度综合监测器内置温度、压力、露点三种传感器，用于对断路器SF6气体的微水、密度、温度进行现场数据采集，经过A/D转换成数字量，再经单片机补偿运算及处理，通过RS-485等数据通讯方式接入后台监控软件进行分析处理。

3）在线监测系统结构设计。本系统由传感器、监测主机柜、后台主机组。

传感器：安装在罐式断路器本体上，传感器包括超声传感器、SF6密度微水传感器；

监测主机柜：安装在500 kV保护小室2中，组成设备有局放在线监测IED、SF6微水密度在线监测IED、通讯模块、光纤收发器、净化电源等设备；

后台主机：安装在主控室，包括后台监测计算机、网络设备、光纤收发器。

传感器由通讯电缆经电缆沟连接到监测IED上，监测主机柜通过光纤与后台主机连接，后台主机经由网络可接受远程计算机访问。

4）生产MIS系统远程检测诊断。通过与电力公司生产管理MIS系统的接口的对接调试，实现了本高压断路器在线监测系统数据上传生产MIS系统。由生产MIS系统实现了远程高压断路器在线监测功能，功能包含实时数据查询，历史数据查询，状态异常告警等模块，同时将被监测高压断路器的状态情况与生产MIS系统已有试验数据、缺陷情况等进行综合分析，通过逻辑计算、历史数据对比确定其状态评价结果，并将根据评价结果采取相应的检修策略。

2 在线监测系统运行效果

上述500 kV变电站高压罐式断路器在线监测系统于2013年10月安装调试完成，于2013年11月1日起正式上传数据至电力公司生产MIS系统，参与高压断路器的状态评价。以下将通过对5011超高压罐式断路器实际在线监测数据情况来展示本系统的实际应用效果。

1）5011超高压A相断路器局部放电监测情况。5011超高压A相断路器2013年11月1日-2014年3月31日的SF6气体局部放电变化示意图如图1所示。

图中呈直线状曲线为5011超高压A相断路器局部放电脉冲个数，由图1可以看出在2013年11月中下旬曾连续监测到局部放电脉冲。

图中波动较大曲线为5011超高压A相断路器局部放电量情况变化，运行的5个月中5011超高压A相断路器内部局部放电发生较为频繁，但总量均处于正常状态。

2）5011超高压A相断路器气体状态监测情况。5011超高压A相断路器2013年11月1日-2014年3月31日的SF6气体状态变化示意图如图2所示。

图中可以看到蓝色曲线为5011超高压A相断路器内SF6气体的气温变化情况，其最低温度为3℃，最高温度为23℃，期间温度波动较为剧烈。

图中红色曲线为5011超高压A相断路器内SF6气体绝对压力值，由状态总图仅能看到其波动随气体温度变化并不明显。

图中绿色曲线为5011超高压A相断路器内SF6气体密度值，其波动同样随气体温度变化并不明显。

图2 高压断路器在线监测系统问题告警

3）在线监测系统运行情况报警实例。本套超高压罐式断路器在线监测系统除了能够全面反映被监控高压断路器的各类状态并对异常进行报警外，同样能够对本系统出现的异常情况进行告警，以便及时消除系统异常，保证监测数据的准确性。

例如如图2所发出的提示，5011超高压B相断路器状态监测系统运行状态处于异常，系统以异于正常绿色标识的黄色警示标识显示其处于异常状态。当鼠标移至告警灯处，可以查看异常报告。由图2可以看出装置编号为941903的TWOLM06/16型SF6气体压力检测装置出现异常。后经现场检查发现5011超高压B相断路器的微水传感器（包含压力、密度、微水、温度检测功能）的二次接线出现松动，经过紧固系统恢复正常。

3 结论

本文所描述在线监测系统着力解决500 kV变电站超高压罐式断路器的事故高发造成系统可靠性降低的问题。通过对500 kV超高压罐式断路器在线监测系统的设备选型，在线监测系统的设计、安装、调试，并且于2013年11月起开始进行了数月的局部放电量、局部放电脉冲数、SF6气体温度、绝对压力、气体密度以及气体含水量实用化运行，实现了最初的设想、达到了实用化目的。与此同时，与已有的生产管理MIS系统的接口调试后，实现了本在线监测系统的深化应用，即完成了对在线监测系统、状态评价系统以及状态检修策略的综合应用。

随着本次超高压断路器在线监测系统的研究与应用内容的圆满实现，在线监测系统与状态评价系统综合应用于高压断路器状态检修策略的制定的实践成功，翻开了我局变电设备检修维护管理的全新篇章。以此次超高压断路器在线监测系统的建设成功为契机，全面深入的实施输变电设备局状态检修工作进入新的阶段。结合即将开展的电容型设备在线监测、避雷器在线监测、电力电缆在线监测、电力变压器在线监测以及GIS系统在线监测的建设实施，以及诸如指纹诊断、人工神经网络诊断以及庄家系统等高效的故障诊断手段，进行高压电气设备状态评价，制定更加合理高效的涉及全网的设备维护检修方案策略成为可能。

参考文献

[1]郭志强，李德军，沈威.GIS局部放电常规检测和超声波检测方法的应用比较[J].高压电气，2009（3）.

[2]冯允平，乔伟.GIS局部放电检测与识别[J].高压电气，1999（5）.

[3]金立军，刘卫东，钱家骊.GIS绝缘配合中的故障分析及诊断和检测技术[J].中国电力，2002（3）.

[4]唐炬，谢颜斌，周倩，张晓星.气体绝缘组合电器内绝缘缺陷超高频局部放电信号特性[J].重庆大学学报，2009（10）.endprint

摘 要 结合实际项目，论述了将采用超声波局放技术结合SF6气体微水状态监测技术的高压断路器在线监测系统引入事故多发的500 kV超高压罐式断路器状态监测的实践过程，为地方电网企业进一步开展状各类输变电设备的态检修工作提供了良好的实践经验。

关键词 超高压；罐式断路器；在线监测；超声波局放；SF6气体微水；状态检修

中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）10-0108-02

蒙西电网某500 kV变电站的6组500 kV超高压罐式断路器（同型号）在投运后两次发生断路器内部放电事故，整体可靠性较低。由于，500 kV电压等级超高压断路器检修周期一般为1-2年，而设备检修及预防性试验手段较为有限，仅能开展故障模拟等试验，无法真实反映超高压断路器运行状态，更无法有效地提前预警设备出现的隐患。同时，高频率开展的预防性试验多为具有一定破坏性的高压试验项目，往往容易造成对断路器不必要的伤害。时有发生的“不试不坏，一试就坏”可从两个侧面反映高频率的、无针对性的、广谱的预防性试验会对高压设备正常稳定运行产生不可预知的影响。如果能够结合高压设备在线监测技术的应用，加之专业的分析诊断，全面的开展实施状态检修，将会从多方面产生积极的影响。

1 超高压罐式断路器在线监测系统方案

针对上述变电站的罐式断路器设计并实现了一条行之有效的在线监测系统，本系统通过引入局部放电超声波检测法以及SF6气体微水性质在线监测技术结合远程检测报警系统，最终实现了对隐患罐式断路器的在线监测诊断预警。

1）超高压罐式断路器超声波监测。在罐式断路器内部如果发生局部放电，必定会产生超声波，并在SF6气体中以球面波形式向周围传播。此时局部放电源形如一发声源，向外发出超声波，在罐式断路器中以球面波形式向周围传播，只要将磁吸附式超声传感器吸附在变压器油箱外壁，就可以接收到放电产生的超声波，超声波信号传播路径不同导致传感器在油箱外壁接收到的超声信号强弱也随之变化，通过这些强弱变化确定超声信号传到变压器外壁最强位置，再采用电声定位法便可确定放电源位置。

2）超高压罐式断路器SF6监测。SF6气体中微水及密度监测主要是对GIS的温度、压力、湿度三个特征量进行监测，SF6气体中微水及密度在线监测单元主要由现场SF6微水及密度综合监测器、监测主机及后台监控软件组成。SF6微水及密度综合监测器内置温度、压力、露点三种传感器，用于对断路器SF6气体的微水、密度、温度进行现场数据采集，经过A/D转换成数字量，再经单片机补偿运算及处理，通过RS-485等数据通讯方式接入后台监控软件进行分析处理。

3）在线监测系统结构设计。本系统由传感器、监测主机柜、后台主机组。

传感器：安装在罐式断路器本体上，传感器包括超声传感器、SF6密度微水传感器；

监测主机柜：安装在500 kV保护小室2中，组成设备有局放在线监测IED、SF6微水密度在线监测IED、通讯模块、光纤收发器、净化电源等设备；

后台主机：安装在主控室，包括后台监测计算机、网络设备、光纤收发器。

传感器由通讯电缆经电缆沟连接到监测IED上，监测主机柜通过光纤与后台主机连接，后台主机经由网络可接受远程计算机访问。

4）生产MIS系统远程检测诊断。通过与电力公司生产管理MIS系统的接口的对接调试，实现了本高压断路器在线监测系统数据上传生产MIS系统。由生产MIS系统实现了远程高压断路器在线监测功能，功能包含实时数据查询，历史数据查询，状态异常告警等模块，同时将被监测高压断路器的状态情况与生产MIS系统已有试验数据、缺陷情况等进行综合分析，通过逻辑计算、历史数据对比确定其状态评价结果，并将根据评价结果采取相应的检修策略。

2 在线监测系统运行效果

上述500 kV变电站高压罐式断路器在线监测系统于2013年10月安装调试完成，于2013年11月1日起正式上传数据至电力公司生产MIS系统，参与高压断路器的状态评价。以下将通过对5011超高压罐式断路器实际在线监测数据情况来展示本系统的实际应用效果。

1）5011超高压A相断路器局部放电监测情况。5011超高压A相断路器2013年11月1日-2014年3月31日的SF6气体局部放电变化示意图如图1所示。

图中呈直线状曲线为5011超高压A相断路器局部放电脉冲个数，由图1可以看出在2013年11月中下旬曾连续监测到局部放电脉冲。

图中波动较大曲线为5011超高压A相断路器局部放电量情况变化，运行的5个月中5011超高压A相断路器内部局部放电发生较为频繁，但总量均处于正常状态。

2）5011超高压A相断路器气体状态监测情况。5011超高压A相断路器2013年11月1日-2014年3月31日的SF6气体状态变化示意图如图2所示。

图中可以看到蓝色曲线为5011超高压A相断路器内SF6气体的气温变化情况，其最低温度为3℃，最高温度为23℃，期间温度波动较为剧烈。

图中红色曲线为5011超高压A相断路器内SF6气体绝对压力值，由状态总图仅能看到其波动随气体温度变化并不明显。

图中绿色曲线为5011超高压A相断路器内SF6气体密度值，其波动同样随气体温度变化并不明显。

图2 高压断路器在线监测系统问题告警

3）在线监测系统运行情况报警实例。本套超高压罐式断路器在线监测系统除了能够全面反映被监控高压断路器的各类状态并对异常进行报警外，同样能够对本系统出现的异常情况进行告警，以便及时消除系统异常，保证监测数据的准确性。

例如如图2所发出的提示，5011超高压B相断路器状态监测系统运行状态处于异常，系统以异于正常绿色标识的黄色警示标识显示其处于异常状态。当鼠标移至告警灯处，可以查看异常报告。由图2可以看出装置编号为941903的TWOLM06/16型SF6气体压力检测装置出现异常。后经现场检查发现5011超高压B相断路器的微水传感器（包含压力、密度、微水、温度检测功能）的二次接线出现松动，经过紧固系统恢复正常。

3 结论

本文所描述在线监测系统着力解决500 kV变电站超高压罐式断路器的事故高发造成系统可靠性降低的问题。通过对500 kV超高压罐式断路器在线监测系统的设备选型，在线监测系统的设计、安装、调试，并且于2013年11月起开始进行了数月的局部放电量、局部放电脉冲数、SF6气体温度、绝对压力、气体密度以及气体含水量实用化运行，实现了最初的设想、达到了实用化目的。与此同时，与已有的生产管理MIS系统的接口调试后，实现了本在线监测系统的深化应用，即完成了对在线监测系统、状态评价系统以及状态检修策略的综合应用。

随着本次超高压断路器在线监测系统的研究与应用内容的圆满实现，在线监测系统与状态评价系统综合应用于高压断路器状态检修策略的制定的实践成功，翻开了我局变电设备检修维护管理的全新篇章。以此次超高压断路器在线监测系统的建设成功为契机，全面深入的实施输变电设备局状态检修工作进入新的阶段。结合即将开展的电容型设备在线监测、避雷器在线监测、电力电缆在线监测、电力变压器在线监测以及GIS系统在线监测的建设实施，以及诸如指纹诊断、人工神经网络诊断以及庄家系统等高效的故障诊断手段，进行高压电气设备状态评价，制定更加合理高效的涉及全网的设备维护检修方案策略成为可能。

参考文献

[1]郭志强，李德军，沈威.GIS局部放电常规检测和超声波检测方法的应用比较[J].高压电气，2009（3）.

[2]冯允平，乔伟.GIS局部放电检测与识别[J].高压电气，1999（5）.

[3]金立军，刘卫东，钱家骊.GIS绝缘配合中的故障分析及诊断和检测技术[J].中国电力，2002（3）.

[4]唐炬，谢颜斌，周倩，张晓星.气体绝缘组合电器内绝缘缺陷超高频局部放电信号特性[J].重庆大学学报，2009（10）.endprint