基于IEC61850的高压开关柜综合在线监测研究

王金帅　祁欣　苏友权

摘 要：近年来，随着电网智能化程度的不断深入，作为电力系统中的主要设备，高压开关柜的运行状态对电力系统安全可靠运行有着至关重要的影响。为确保供电的可靠性，对高压开关柜设备运行状态实施持续稳定的在线监测越来越重要。论文首先介绍了在线监测系统产生的背景及其常规结构构成，然后阐述了国内外对于高压开关柜在线监测系统的研究现状，并列举了几种监测方法进行对比分析，最后总结了在线监测系统所面临的挑战，以及提出一种结构简单、功能全面的在线监测系统的必要性。

关键词：电网智能化；高压开关柜；运行状态；在线监测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.262

1 引言

作为电力系统中重要的电力设备之一，高压开关柜在实际运行当中常会发生因为一些原因出现运行状态恶化的情况，从而导致电力系统出现整体事故。因此，实时获取高压开关柜设备的运行状态对电力系统的可靠性具有至关重要的影响[1]。

由于高压开关柜故障的模糊性和随机性，其发生故障不仅取决于设备当前的运行状态还与其历史状态有关，即便是同类故障其诱发的原因也存在一定的差异，而且同种原因还可能造成不同的故障。这就需要高压开关柜在线监测系统越来越趋于智能化。其中智能化模块是集传感器技术、计算机处理技术、电磁兼容技术与一身，使得在线监测系统在现场安全可靠地对高压开关柜的设备运行状态进行监测分析。

2 高压开关柜在线监测研究现状与发展趋势

国外对高压开关柜在线监测系统的研究开发较早，高压开关柜在线监测技术正逐步进入实用化阶段。其实现手段是通过在高压开关柜中引入微处理器，对一些能够反映高压开关柜运行状态的重要参数进行长期连续地监测[4]。不仅可以监视设备当前的状态，还可以分析某些重要参数的变化趋势，捕捉潜在的和已经存在的故障，为设备状态检修提供依据。

在引进国外先进技术的同时，国内部分高校及科研机构也开始了在线监测技术的研究。浙江大学、华南理工大学等科研院校和国内部分公司研制出了高压开关柜触头和母线温度在线监测系统。清华大学高电压和绝缘技术研究所研制的 CBA-1 型高压断路器参数测量分析系统，也得到了实际应用。

3 高压开关柜综合在线监测研究方法

据有关资料表明，在因高压开关柜故障造成的电力事故中，设备温升故障、机械故障、绝缘故障占据了绝大多数。针对不同的故障类型，需要采取不同的监测方法，而且针对同一种故障，监测方法也各有千秋。

（1）温升故障：在开关柜内部的导电连接处会因电磨损、机械振动磨损等原因造成接触条件恶化，接触电阻增加，从而引起接触点的温度升高，加剧接触表面的氧化，导致局部熔焊或接触松动处产生火花，甚至电弧放电，最终造成电气设备的损坏，导致用户停电等重大事故。温度在线监测是预防此类故障发生的重要措施。文献[5]提出目前常见的测温方式有两类：非接触式测温和接触式测温。其中非接触式测温应用比较多，在实际应用中该模块电源是感应式电源，从电力线获取能量。其获取的能量大小由电力线负荷的大小决定，由于电力线负荷的变化随机性较大，故模块常出现供电不足现象，种种约束限制了无线测温方法的应用。

（2）机械故障：断路器最严重的机械故障是拒动和误动。而引起此类故障的主要原因有两个： 一是操动机构及传动系统的机械失效；另一个是电气控制和辅助回路的故障[5]。针对此类故障，对高压断路器监测的内容有三点：触头行程—时间特性监测、分合闸线圈回路电流监测、振动信号的监测。其中，行程—时间特性是断路器机械特性的重要表征。

目前，直线位移传感器存在着机械安装不方便以及高压隔离的问题；角位移传感器虽解决了高低压隔离的问题，但是其自身机械性能受到挑战。考虑到上述两种位移传感器的优缺点，又产生了一种新型的位移传感器—非接触式位移传感器，如半导体激光位移传感器、涡流位移传感器、红外测距传感器和超声波位移传感器等。这种传感器目前正处于开发研究阶段。

（3）绝缘故障：表征绝缘特性的有很多参量，比如介质损耗角正切、局部放电、泄漏电流等[5]。对于110KV以上的开关局部放电故障是表征设备绝缘特性的重要因素。局部放电的检测和评价作为绝缘状况监测的重要手段，可以动态反映电气设备的绝缘状况，并实现对设备绝缘潜伏性故障的早期预警，通过对检测结果的分析和处理有效避免灾难性事故的发生。

在绝缘结构中产生局部放电时，会伴随产生电脉冲、超声波、电磁辐射、光、化学反应，并引起局部发热等现象。目前，通过测量伴随局部放电而产生的电、光、声和热等信号衍生出很多在线检测局部放电现象的方法。包括超声波法、暂态对地电压（TEV）法、超高频（UHF）法以及紫外检测法等。

4 总结

虽然我国对于高压开关柜在线监测技术的研究已10年有余，在技术上也取得了一些突破，但是一些关键性的问题仍然存在。究其原因，有以下两点：

1）技术上未能解决高压开关设备对在线监测设备的影响。 主要表现在在线监测设备的安装为了不影响高压开关设备的安全，而牺牲了其本身的检测精度；

2）管理上未能处理好在线监测设备厂家与高压开关设备厂家之间的关系。 主要表现为将具有“紧密联系”的在线监测设备和高压开关设备分开招标，造成了从设计到运维等各个环节职责划分不清，影响在线监测设备的缺陷和故障的及时处理。

如何使得开关柜与在线监测系统一体化将是今后该技术的趋势，使得这项技术具有整体性、兼容性和稳定性3个特点。此外，对于还要根据实际的工程应用对在线监测系统赋予特定的要求。

参考文献：

[1]刘伟华.高压开关柜监测与故障诊断分析[J].设备管理与改造.

[2]李晓凤.在线监测在高压开关柜中的应用[J].传感器检测技术.

[3]黄瑜珑.高压开关柜智能化监测装置的研制[M].电工技术杂志.

[4]王小华.中压开关柜在线监测装置的研制[J].高压电器，2009，45（03）：52-55.

[5]李中祥.高压隔离开关触头温度在线监测系统的研制[J].高压电器，45（02）：11-17.