中壓開關(guān)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)特點(diǎn)分析

鄒文雅

摘 要：中壓開關(guān)設(shè)備是保證輸配電系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵元素之一，中壓開關(guān)設(shè)備正常工作與否直接關(guān)系著電力系統(tǒng)的可靠性。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及狀態(tài)檢修概念的普及，中壓開關(guān)設(shè)備的在線監(jiān)測和在線診斷技術(shù)也正逐步完善并趨于成熟。某些在線監(jiān)測裝置已支持無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸、遠(yuǎn)程控制操作、手持端瀏覽以及后臺(tái)專家系統(tǒng)等功能，提高了中壓開關(guān)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測水平，為將來狀態(tài)檢修工作提供可靠的技術(shù)支持，最終確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本文主要分析了中壓開關(guān)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測裝置的技術(shù)特點(diǎn)，包括主回路溫升監(jiān)測，關(guān)鍵二次元件性能監(jiān)測，斷路器壽命監(jiān)測等。

關(guān)鍵詞：中壓開關(guān)設(shè)備；設(shè)備狀態(tài)檢修；狀態(tài)在線監(jiān)測

中圖分類號(hào)：TM56 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

隨著電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境日趨復(fù)雜和電力體制改革不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)電網(wǎng)正向智能電網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，利用各種新型傳感器完成設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知，采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行可靠通信，通過后臺(tái)專家系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修目的。

一、狀態(tài)檢修策略分析

狀態(tài)檢修Condition Based Maintenance（CBM），是指根據(jù)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，判斷設(shè)備的異常，預(yù)知設(shè)備的故障，在故障發(fā)生前進(jìn)行檢修的方式，即根據(jù)設(shè)備的健康狀態(tài)來安排檢修計(jì)劃，實(shí)施設(shè)備檢修。狀態(tài)檢修策略跟傳統(tǒng)的定期檢修相比，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并采取糾正措施，避免了單純根據(jù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢修帶來的盲目性和人力物力的資源浪費(fèi)。

要實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的前提條件是設(shè)備配備完善的在線監(jiān)測裝置，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，為狀態(tài)檢修提供判據(jù)支持。中壓開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)在線監(jiān)測包括主回路溫升，斷路器的機(jī)械特性，真空滅弧室壽命和關(guān)鍵二次元器件性能等。

二、溫升在線監(jiān)測技術(shù)分析

中壓開關(guān)設(shè)備長期運(yùn)行過程中，斷路器動(dòng)觸頭與柜內(nèi)靜觸頭咬合處、主母線和電力電纜搭接處等部位通常會(huì)因?yàn)榘惭b不當(dāng)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(shí)發(fā)現(xiàn)此隱患，開關(guān)設(shè)備持續(xù)運(yùn)行會(huì)進(jìn)一步加劇這些部位的發(fā)熱和氧化，由此產(chǎn)生惡性循環(huán)，從而出現(xiàn)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(guān)設(shè)備的主回路處于高電位環(huán)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(jiān)測主回路溫升：變色片、紅外線成像測溫、光纖測溫，有線式內(nèi)置測溫，無線式內(nèi)嵌測溫等。

1.變色片測溫方案優(yōu)點(diǎn)是便宜耐水，缺點(diǎn)是安裝位置所限不易觀察到。

2.紅外線成像測溫方案優(yōu)點(diǎn)是非接觸檢測且不受可見光干擾，缺點(diǎn)是被測物體表面材料性質(zhì)和表面狀態(tài)會(huì)影響測量準(zhǔn)確性。

3.光纖測溫方案優(yōu)點(diǎn)是耐高壓耐腐蝕，抗電磁干擾，能自動(dòng)報(bào)警，缺點(diǎn)是施工復(fù)雜，采購和維護(hù)成本高。

4.有線式內(nèi)置測溫方案優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，能自動(dòng)報(bào)警，缺點(diǎn)是易受電磁干擾誤報(bào)警，布線時(shí)高低電位隔離困難。

5.無線式內(nèi)嵌測溫方案優(yōu)點(diǎn)是性價(jià)比優(yōu)，測量精度高，無線方式解決了高低電位隔離問題，同預(yù)埋數(shù)據(jù)線纜或光纖線纜相比不存在小動(dòng)物啃咬損壞或人為折斷磨損等現(xiàn)象，缺點(diǎn)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(guān)系，單一地對(duì)溫度進(jìn)行測量而不同時(shí)對(duì)電流進(jìn)行測量，將無法準(zhǔn)確反應(yīng)動(dòng)靜觸頭咬合或母線搭接的真實(shí)狀態(tài)，存在誤報(bào)警或漏報(bào)警的情況。因此溫升在線監(jiān)測裝置還需要配合使用后臺(tái)專家系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)地分析和診斷，可根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)載電流判斷當(dāng)下溫升是否異常，并據(jù)此給出處理建議。

三、真空斷路器機(jī)械特性和電氣壽命監(jiān)測技術(shù)分析

真空斷路器是非常重要的電力設(shè)備，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)變電站維護(hù)費(fèi)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(huì)降低真空斷路器的動(dòng)作可靠性，因此對(duì)真空斷路器進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測有助于掌握其運(yùn)行特性及變化趨勢，使計(jì)劃檢修轉(zhuǎn)向狀態(tài)檢修。

真空斷路器機(jī)械特性參數(shù)主要包括分、合閘時(shí)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(jìn)行測量。

傳統(tǒng)的方式是將線位移傳感器安裝在真空斷路器動(dòng)觸頭絕緣拉桿的底部，其直線運(yùn)動(dòng)所需空間較大，不利于設(shè)備的小型化并且傳感器拉桿會(huì)出現(xiàn)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(jī)構(gòu)主軸部位，能夠準(zhǔn)確測量超程，合閘彈跳時(shí)間，分閘反彈幅值，合閘速度，分閘速度，合閘時(shí)間，分閘時(shí)間等數(shù)據(jù)，安裝位置不易磨損且便于檢修。觸頭壓力傳感器安裝在動(dòng)觸頭絕緣拉桿處，能夠根據(jù)很分閘時(shí)的觸頭壓力值變化趨勢判斷真空滅弧室的狀態(tài)并結(jié)合分析歷史開合負(fù)載電流情況預(yù)測真空滅弧室的剩余可靠電壽命。

四、真空斷路器關(guān)鍵二次元件在線監(jiān)測技術(shù)分析

真空斷路器二次元件狀態(tài)在線監(jiān)測裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器內(nèi)部儲(chǔ)能電機(jī)、分閘線圈、合閘線圈的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，目前最先進(jìn)的方式是采用霍爾元件來感應(yīng)儲(chǔ)能電機(jī)、分閘線圈、合閘線圈等執(zhí)行設(shè)備導(dǎo)線周圍的磁場變化，從而實(shí)現(xiàn)非介入式電壓電流測量，無需擔(dān)心監(jiān)測裝置停機(jī)或損壞導(dǎo)致執(zhí)行設(shè)備無法動(dòng)作的情況。

通過對(duì)真空斷路器關(guān)鍵二次元件的電壓電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，運(yùn)行維護(hù)人員可通過對(duì)故障波形的分析及前后數(shù)據(jù)的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵二次元件潛在故障的快速診斷。根據(jù)診斷結(jié)果，客戶可提前制定維修安排計(jì)劃，從而避免故障突發(fā)后對(duì)供電連續(xù)性造成嚴(yán)重影響。

五、網(wǎng)上開關(guān)和掌上開關(guān)的應(yīng)用

網(wǎng)上開關(guān)是為提供遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測而開發(fā)的網(wǎng)站系統(tǒng)，可通過任一款主流瀏覽器訪問網(wǎng)站系統(tǒng)，包括IE、chrome、Firefox和Safari等。網(wǎng)上開關(guān)基于強(qiáng)大的云數(shù)據(jù)中心，將每天獲取的大量狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、提煉、保存后再根據(jù)閾值及判據(jù)算法對(duì)各種事件進(jìn)行初步過濾，對(duì)疑似故障信息發(fā)出報(bào)警。網(wǎng)上開關(guān)可設(shè)置完善的權(quán)限審核及內(nèi)容分級(jí)設(shè)計(jì)，確保用戶數(shù)據(jù)的信息安全性。

掌上開關(guān)是專門為提供遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測開發(fā)的手機(jī)終端應(yīng)用，基于蘋果公司先進(jìn)的iOS系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，安全性高，便于用戶隨時(shí)隨地了解中壓開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，成為檢修工作者的得力助手。

結(jié)語

隨著智能監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展以及狀態(tài)檢修概念的普及，中壓開關(guān)設(shè)備的在線監(jiān)測和在線診斷方案也正逐步完善并趨于成熟，全面應(yīng)用后可有效提高中壓開關(guān)設(shè)備的綜合管理及決策水平，實(shí)現(xiàn)管理規(guī)范化，決策智能化，為中壓開關(guān)設(shè)備長期安全可靠運(yùn)行及狀態(tài)維修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，而伴隨著對(duì)設(shè)備管理水平和決策水平的不斷提升必將為電力行業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。只是目前國內(nèi)的中壓開關(guān)設(shè)備在線監(jiān)測裝置良莠不齊，還需要對(duì)其原理、構(gòu)造和技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行深入研究，選擇最優(yōu)方案實(shí)現(xiàn)中壓開關(guān)設(shè)備的在線監(jiān)測功能。

參考文獻(xiàn)

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