中压开关设备状态在线监测技术特点分析

邹文雅

摘 要：中压开关设备是保证输配电系统可靠运行的关键元素之一，中压开关设备正常工作与否直接关系着电力系统的可靠性。随着智能电网技术的发展以及状态检修概念的普及，中压开关设备的在线监测和在线诊断技术也正逐步完善并趋于成熟。某些在线监测装置已支持无线网络实时传输、远程控制操作、手持端浏览以及后台专家系统等功能，提高了中压开关设备状态在线监测水平，为将来状态检修工作提供可靠的技术支持，最终确保电力系统的安全运行。本文主要分析了中压开关设备状态在线监测装置的技术特点，包括主回路温升监测，关键二次元件性能监测，断路器寿命监测等。

关键词：中压开关设备；设备状态检修；状态在线监测

中图分类号：TM56 文献标识码：A

0.引言

随着电力系统运行环境日趋复杂和电力体制改革不断推进，传统电网正向智能电网进行转变，利用各种新型传感器完成设备状态的实时感知，采用现代网络技术进行可靠通信，通过后台专家系统进行有效监控，实现设备状态检修目的。

一、状态检修策略分析

状态检修Condition Based Maintenance（CBM），是指根据先进的状态监测和诊断技术提供的设备状态信息，判断设备的异常，预知设备的故障，在故障发生前进行检修的方式，即根据设备的健康状态来安排检修计划，实施设备检修。状态检修策略跟传统的定期检修相比，能够及时发现隐患并采取纠正措施，避免了单纯根据时间节点进行检修带来的盲目性和人力物力的资源浪费。

要实现状态检修的前提条件是设备配备完善的在线监测装置，能够实时监测设备的运行参数，为状态检修提供判据支持。中压开关设备的状态在线监测包括主回路温升，断路器的机械特性，真空灭弧室寿命和关键二次元器件性能等。

二、温升在线监测技术分析

中压开关设备长期运行过程中，断路器动触头与柜内静触头咬合处、主母线和电力电缆搭接处等部位通常会因为安装不当或接触不良而使得接触电阻过大造成主回路温度升高的情况。若未能及时发现此隐患，开关设备持续运行会进一步加剧这些部位的发热和氧化，由此产生恶性循环，从而出现诸如触指熔化脱落、触头烧毁以及邻近绝缘件急速劣化等后果，甚至造成击穿、爆炸等恶性事故。

中压开关设备的主回路处于高电位环境，如果直接测量需要解决高压绝缘、高低电位下电气隔离等各类问题，目前市场上主要存在以下几种手段来直接或间接监测主回路温升：变色片、红外线成像测温、光纤测温，有线式内置测温，无线式内嵌测温等。

1.变色片测温方案优点是便宜耐水，缺点是安装位置所限不易观察到。

2.红外线成像测温方案优点是非接触检测且不受可见光干扰，缺点是被测物体表面材料性质和表面状态会影响测量准确性。

3.光纤测温方案优点是耐高压耐腐蚀，抗电磁干扰，能自动报警，缺点是施工复杂，采购和维护成本高。

4.有线式内置测温方案优点是价格低，能自动报警，缺点是易受电磁干扰误报警，布线时高低电位隔离困难。

5.无线式内嵌测温方案优点是性价比优，测量精度高，无线方式解决了高低电位隔离问题，同预埋数据线缆或光纤线缆相比不存在小动物啃咬损坏或人为折断磨损等现象，缺点是通信距离较近，需要加密确保通信安全可靠。

以上方案解决了温度测量的问题，但是温升还与通过的电流大小有关系，单一地对温度进行测量而不同时对电流进行测量，将无法准确反应动静触头咬合或母线搭接的真实状态，存在误报警或漏报警的情况。因此温升在线监测装置还需要配合使用后台专家系统进行科学地分析和诊断，可根据实时负载电流判断当下温升是否异常，并据此给出处理建议。

三、真空断路器机械特性和电气寿命监测技术分析

真空断路器是非常重要的电力设备，据有关统计变电站维护费用的一半以上是用在高压断路器上，且其中60%是用于断路器的小修和例行检修上。频繁的操作及过度的拆卸检修会降低真空断路器的动作可靠性，因此对真空断路器进行实时在线监测有助于掌握其运行特性及变化趋势，使计划检修转向状态检修。

真空断路器机械特性参数主要包括分、合闸时间和速度、同期，触头压力、超程，反弹幅值等，可以利用线位移传感器，角位移传感器，压力传感器等装置进行测量。

传统的方式是将线位移传感器安装在真空断路器动触头绝缘拉杆的底部，其直线运动所需空间较大，不利于设备的小型化并且传感器拉杆会出现由于磨损或变形造成测量误差的后果。新式角位移传感器安装在真空断路器的机构主轴部位，能够准确测量超程，合闸弹跳时间，分闸反弹幅值，合闸速度，分闸速度，合闸时间，分闸时间等数据，安装位置不易磨损且便于检修。触头压力传感器安装在动触头绝缘拉杆处，能够根据很分闸时的触头压力值变化趋势判断真空灭弧室的状态并结合分析历史开合负载电流情况预测真空灭弧室的剩余可靠电寿命。

四、真空断路器关键二次元件在线监测技术分析

真空断路器二次元件状态在线监测装置可以实现对断路器内部储能电机、分闸线圈、合闸线圈的状态进行监测和数据采集，目前最先进的方式是采用霍尔元件来感应储能电机、分闸线圈、合闸线圈等执行设备导线周围的磁场变化，从而实现非介入式电压电流测量，无需担心监测装置停机或损坏导致执行设备无法动作的情况。

通过对真空断路器关键二次元件的电压电流进行实时监测，运行维护人员可通过对故障波形的分析及前后数据的对比，实现对关键二次元件潜在故障的快速诊断。根据诊断结果，客户可提前制定维修安排计划，从而避免故障突发后对供电连续性造成严重影响。

五、网上开关和掌上开关的应用

网上开关是为提供远程状态监测而开发的网站系统，可通过任一款主流浏览器访问网站系统，包括IE、chrome、Firefox和Safari等。网上开关基于强大的云数据中心，将每天获取的大量状态数据进行過滤、提炼、保存后再根据阈值及判据算法对各种事件进行初步过滤，对疑似故障信息发出报警。网上开关可设置完善的权限审核及内容分级设计，确保用户数据的信息安全性。

掌上开关是专门为提供远程状态监测开发的手机终端应用，基于苹果公司先进的iOS系统，功能强大，安全性高，便于用户随时随地了解中压开关设备的运行状态，成为检修工作者的得力助手。

结语

随着智能监测技术的发展以及状态检修概念的普及，中压开关设备的在线监测和在线诊断方案也正逐步完善并趋于成熟，全面应用后可有效提高中压开关设备的综合管理及决策水平，实现管理规范化，决策智能化，为中压开关设备长期安全可靠运行及状态维修提供基础数据支持，而伴随着对设备管理水平和决策水平的不断提升必将为电力行业带来良好的经济效益和社会效益。只是目前国内的中压开关设备在线监测装置良莠不齐，还需要对其原理、构造和技术指标等进行深入研究，选择最优方案实现中压开关设备的在线监测功能。

参考文献

[1]王小华，苏彪，荣命哲，等.中压开关设备在线监测装置的研制[J].高压电器，2009，45（3）：52-55.endprint