高压隔离开关在线监测系统研究

作者/张锦，杨景刚，张一茗，陈富国（.平高集团有限公司，河南平顶山；. 国网江苏省电力公司电力科学研究院）

高压隔离开关在线监测系统研究

作者/张锦1，杨景刚2，张一茗1，陈富国1（1.平高集团有限公司，河南平顶山；2. 国网江苏省电力公司电力科学研究院）

高压隔离开关是电力系统中使用量最大、应用范围最广的高压电气一次设备，本文首先分析了高压隔离开关运行过程中的故障，给出故障原因。针对高压隔离开关定期检修成本大、效率低的问题，本文提出了高压隔离开关在线监测技术，给出了详细的在线监测系统设计方案，实际工程在线监测案例表明此系统能够对高压隔离开关运行状态实时监测，从而提高供电可靠性，减少安全监测盲区，节约人力成本，提高效率。

高压隔离开关；故障检修；在线监测

引言

随着电网电压等级不断提高，用电设备对供电可靠性的要求也越来越高，运行设备发生异常就有可能造成系统停限电。高压隔离开关是变电站中重要的设备之一，在高电压、大电流状态下运行，其工作可靠性与机械振动、触头烧蚀等有密切关系[1～4]，为了保证电力系统稳定可靠的运行，对高压隔离开关进行在线监测意义重大。

1.使用情况、发展现状及常见故障分析

■1.1 高压隔离开关的使用

高压隔离开关是和高压断路器，电流互感器等设备配套使用的没有灭弧装置的电力设备，其作用是断开无负荷电流的电路，且在分闸状态下会有明显的断开点，这样就能够在一定程度上确保电气设备的安全稳定运行[5]。

■1.2 高压隔离开关发展现状

高压隔离开关产品逐渐成为电气控制的主要装置，由于其整体的设计和运行环境不同，存在一系列的问题。例如，部件损坏、操作故障以及设备的发热和瓷瓶断裂等一系列的问题，这些问题都严重影响高压隔离技术的发展。其中触头发热和结构的问题表现最为突出，设计容量不足、触头材料质量差等问题也很严重，我国的高压隔离开关在技术和质量等方面都是存在严重的问题，需要我们不断地进行改进[6]。

■1.3 高压隔离开关常见故障分析

高压隔离开关在工作中会发生像操作出错、失效拉合、三相合闸不同步、连结位置发热等问题，若这些问题错误处理不当，就会严重阻碍供电系统的安全[7]。高压隔离开关常见故障有过热故障，瓷绝缘子断裂，操作失灵，零件锈蚀等。

2.在线监测系统设计

高压隔离开关巡检是电力设备运行和维护工作中一个重要环节，是保证电力设备安全运行的有效手段之一，通常定期检修成本高，而且很难发现一些隔离开关运行中才会出现的问题。在线监测技术作为状态检修的重要技术支撑，在电力设备运行状态下为状态检修提供了丰富的监测数据，对电力设备的健康状态评价起到了明显的作用。随着在线监测、带电检测工作的全面开展，统一的监测平台正在逐步壮大完善，海量数据的纵横比及差异化分析技术逐渐显示出强大的优越性和实用性。

■2.1 在线监测系统总体架构

在线监测系统主要有三部分组成：前端传感器；信号接收、处理、显示装置；一体化监控后台，如图1所示。传感器有加速度传感器、Pt电阻温度传感器及视频传感探头；信号处理装置将传感器信号经调理放大，A/D转换、分析计算，然后由一体化监控平台进行存储展示。

■2.2 在线监测系统详细设计

2.2.1 振动监测系统

通过振动加速度传感器获取刀闸振动波形数据，传送至变电站主控室内的振动分析专家系统，专家系统首先记录每次刀闸动作的波形，然后与记录的历史数据进行比较，配合海量的刀闸特征积累数据以及采用先进的最大熵谱法的分析方法，可捕获采用其他方法如电气监测法所不能监测的故障，并预测可能出现的故障隐患。减少因高压隔离开关闭合不到位、过位、触点松动、发热以及温度不断上升而产生的安全事故，提高遥控操作的安全可靠性。振动监测系统如图2所示。

2.2.2 无线测温系统

图1 在线监测系统总体架构

图2 振动监测系统

无线测温系统分为硬件系统和软件系统：硬件系统包括温度传感器、数据采集和数据发射模块、信号中继点，数据管理平台；软件系统包括温度数据采集程序、无线通讯程序，数据管理平台温度管理程序。温度传感器分别布置于隔离开关触头处，采集的数据经无线发射装置被中心节点中继后，通过网络传输到数据管理平台。无线测温系统如图3所示。

图3 无线测温系统

图4 摄像头监测系统

2.2.3 摄像头监测系统

摄像头监测系统利用图像处理模式识别技术

来识别被监测的高压隔离开关分合状态，检测诊断高压隔离开关存在的外部机械问题。系统首先对采集的图像进行预处理，通过将该图像与上次采集的图像进行差图像分析、区域标识、纹理描述和评判等处理，结合对应设备的参数库确定其是何种状态。如有畸变发生则存储结果，向上一级传输及发出告警信号。摄像头监测系统如图4所示。

■2.3 一体化监控后台设计

一体化监控后台又称变电站状态监测与故障诊断系统，是面向智能变电站中一次设备监测组件全新开发设计的系统监测软件。软件遵循IEC61850、SVG等相关标准，结合国网对高压设备智能化和变电设备在线监测的相关要求，为智能变电站一次设备可视化监测提供帮助；系统采用以太网络结构，配置系统主机，用于当地信息的监测、显示和分析功能，系统信息发布主机可以与系统主机合一配置，也可以单独配置用于将信息发布到上层系统或外部网络中，支持系统对时功能和集中信息打印功能。

该变电站状态监测与故障诊断系统，能够实时多通道采集各种运行数据，实现对变电站内高压隔离开关状态的综合数据分析与诊断。根据监测数据的分析结果，估算出高压隔离开关的运行特性和寿命损失，为设备安全运行提供可靠的依据，为实现真正意义上的状态检修及无人值守，起到积极促进作用。

3.结束语

高压隔离开关工作条件较恶劣，触头结构及材料、隔离开关运行方式、环境气候等因素直接影响隔离开关的运行状态。通过分析隔离开关运行过程中的常见故障，提出了高压隔离开关在线监测系统，该系统不仅能够实时监测高压隔离开关分合状态，触头温度变化，还能根据采集的振动信号及摄像头传输的实时视频信息对隔离开关进行故障诊断，为消除发热缺陷，进一步提高隔离开关运行稳定性提供依据。

＊ [1]高明贵.高压隔离开关在电力系统重要性以及故障[J].能源电力.2015,10:44—46.

＊ [2]古红军.高压隔离开关的故障检修对策[J].技术研发.2015,22(9):80—83.

＊ [3]陶发年,邓文欣.高压隔离开关技术的发展现状分析[J].电力技术咨询.2013,9:85—87.

＊ [4]王皓波.高压隔离开关技术的发展现状与发展趋势[J].黑龙江科技.2015,6:142—143.

＊ [5]区伟斌,陈曦,陈润华.高压隔离开关的常见故障及处理[J].价值工程.2013,6:56—59.

＊ [6]姜伟民,孙博.高压隔离开关故障分析及维修方案[J]科技视界.2012,03(7):124—126.

＊ [7]钟振蛟.户外隔离开关机械故障的起因及运放[J]高压电器.2006,42(6):464—466.