王金帥　祁欣　蘇友權(quán)

摘 要：近年來，隨著電網(wǎng)智能化程度的不斷深入，作為電力系統(tǒng)中的主要設備，高壓開關(guān)柜的運行狀態(tài)對電力系統(tǒng)安全可靠運行有著至關(guān)重要的影響。為確保供電的可靠性，對高壓開關(guān)柜設備運行狀態(tài)實施持續(xù)穩(wěn)定的在線監(jiān)測越來越重要。論文首先介紹了在線監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及其常規(guī)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，然后闡述了國內(nèi)外對于高壓開關(guān)柜在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并列舉了幾種監(jiān)測方法進行對比分析，最后總結(jié)了在線監(jiān)測系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)，以及提出一種結(jié)構(gòu)簡單、功能全面的在線監(jiān)測系統(tǒng)的必要性。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)智能化；高壓開關(guān)柜；運行狀態(tài)；在線監(jiān)測

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

1 引言

作為電力系統(tǒng)中重要的電力設備之一，高壓開關(guān)柜在實際運行當中常會發(fā)生因為一些原因出現(xiàn)運行狀態(tài)惡化的情況，從而導致電力系統(tǒng)出現(xiàn)整體事故。因此，實時獲取高壓開關(guān)柜設備的運行狀態(tài)對電力系統(tǒng)的可靠性具有至關(guān)重要的影響[1]。

由于高壓開關(guān)柜故障的模糊性和隨機性，其發(fā)生故障不僅取決于設備當前的運行狀態(tài)還與其歷史狀態(tài)有關(guān)，即便是同類故障其誘發(fā)的原因也存在一定的差異，而且同種原因還可能造成不同的故障。這就需要高壓開關(guān)柜在線監(jiān)測系統(tǒng)越來越趨于智能化。其中智能化模塊是集傳感器技術(shù)、計算機處理技術(shù)、電磁兼容技術(shù)與一身，使得在線監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)場安全可靠地對高壓開關(guān)柜的設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測分析。

2 高壓開關(guān)柜在線監(jiān)測研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

國外對高壓開關(guān)柜在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究開發(fā)較早，高壓開關(guān)柜在線監(jiān)測技術(shù)正逐步進入實用化階段。其實現(xiàn)手段是通過在高壓開關(guān)柜中引入微處理器，對一些能夠反映高壓開關(guān)柜運行狀態(tài)的重要參數(shù)進行長期連續(xù)地監(jiān)測[4]。不僅可以監(jiān)視設備當前的狀態(tài)，還可以分析某些重要參數(shù)的變化趨勢，捕捉潛在的和已經(jīng)存在的故障，為設備狀態(tài)檢修提供依據(jù)。

在引進國外先進技術(shù)的同時，國內(nèi)部分高校及科研機構(gòu)也開始了在線監(jiān)測技術(shù)的研究。浙江大學、華南理工大學等科研院校和國內(nèi)部分公司研制出了高壓開關(guān)柜觸頭和母線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。清華大學高電壓和絕緣技術(shù)研究所研制的 CBA-1 型高壓斷路器參數(shù)測量分析系統(tǒng)，也得到了實際應用。

3 高壓開關(guān)柜綜合在線監(jiān)測研究方法

據(jù)有關(guān)資料表明，在因高壓開關(guān)柜故障造成的電力事故中，設備溫升故障、機械故障、絕緣故障占據(jù)了絕大多數(shù)。針對不同的故障類型，需要采取不同的監(jiān)測方法，而且針對同一種故障，監(jiān)測方法也各有千秋。

（1）溫升故障：在開關(guān)柜內(nèi)部的導電連接處會因電磨損、機械振動磨損等原因造成接觸條件惡化，接觸電阻增加，從而引起接觸點的溫度升高，加劇接觸表面的氧化，導致局部熔焊或接觸松動處產(chǎn)生火花，甚至電弧放電，最終造成電氣設備的損壞，導致用戶停電等重大事故。溫度在線監(jiān)測是預防此類故障發(fā)生的重要措施。文獻[5]提出目前常見的測溫方式有兩類：非接觸式測溫和接觸式測溫。其中非接觸式測溫應用比較多，在實際應用中該模塊電源是感應式電源，從電力線獲取能量。其獲取的能量大小由電力線負荷的大小決定，由于電力線負荷的變化隨機性較大，故模塊常出現(xiàn)供電不足現(xiàn)象，種種約束限制了無線測溫方法的應用。

（2）機械故障：斷路器最嚴重的機械故障是拒動和誤動。而引起此類故障的主要原因有兩個： 一是操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的機械失效；另一個是電氣控制和輔助回路的故障[5]。針對此類故障，對高壓斷路器監(jiān)測的內(nèi)容有三點：觸頭行程—時間特性監(jiān)測、分合閘線圈回路電流監(jiān)測、振動信號的監(jiān)測。其中，行程—時間特性是斷路器機械特性的重要表征。

目前，直線位移傳感器存在著機械安裝不方便以及高壓隔離的問題；角位移傳感器雖解決了高低壓隔離的問題，但是其自身機械性能受到挑戰(zhàn)?？紤]到上述兩種位移傳感器的優(yōu)缺點，又產(chǎn)生了一種新型的位移傳感器—非接觸式位移傳感器，如半導體激光位移傳感器、渦流位移傳感器、紅外測距傳感器和超聲波位移傳感器等。這種傳感器目前正處于開發(fā)研究階段。

（3）絕緣故障：表征絕緣特性的有很多參量，比如介質(zhì)損耗角正切、局部放電、泄漏電流等[5]。對于110KV以上的開關(guān)局部放電故障是表征設備絕緣特性的重要因素。局部放電的檢測和評價作為絕緣狀況監(jiān)測的重要手段，可以動態(tài)反映電氣設備的絕緣狀況，并實現(xiàn)對設備絕緣潛伏性故障的早期預警，通過對檢測結(jié)果的分析和處理有效避免災難性事故的發(fā)生。

在絕緣結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生局部放電時，會伴隨產(chǎn)生電脈沖、超聲波、電磁輻射、光、化學反應，并引起局部發(fā)熱等現(xiàn)象。目前，通過測量伴隨局部放電而產(chǎn)生的電、光、聲和熱等信號衍生出很多在線檢測局部放電現(xiàn)象的方法。包括超聲波法、暫態(tài)對地電壓（TEV）法、超高頻（UHF）法以及紫外檢測法等。

4 總結(jié)

雖然我國對于高壓開關(guān)柜在線監(jiān)測技術(shù)的研究已10年有余，在技術(shù)上也取得了一些突破，但是一些關(guān)鍵性的問題仍然存在。究其原因，有以下兩點：

1）技術(shù)上未能解決高壓開關(guān)設備對在線監(jiān)測設備的影響。 主要表現(xiàn)在在線監(jiān)測設備的安裝為了不影響高壓開關(guān)設備的安全，而犧牲了其本身的檢測精度；

2）管理上未能處理好在線監(jiān)測設備廠家與高壓開關(guān)設備廠家之間的關(guān)系。 主要表現(xiàn)為將具有“緊密聯(lián)系”的在線監(jiān)測設備和高壓開關(guān)設備分開招標，造成了從設計到運維等各個環(huán)節(jié)職責劃分不清，影響在線監(jiān)測設備的缺陷和故障的及時處理。

如何使得開關(guān)柜與在線監(jiān)測系統(tǒng)一體化將是今后該技術(shù)的趨勢，使得這項技術(shù)具有整體性、兼容性和穩(wěn)定性3個特點。此外，對于還要根據(jù)實際的工程應用對在線監(jiān)測系統(tǒng)賦予特定的要求。

參考文獻：

[1]劉偉華.高壓開關(guān)柜監(jiān)測與故障診斷分析[J].設備管理與改造.

[2]李曉鳳.在線監(jiān)測在高壓開關(guān)柜中的應用[J].傳感器檢測技術(shù).

[3]黃瑜瓏.高壓開關(guān)柜智能化監(jiān)測裝置的研制[M].電工技術(shù)雜志.

[4]王小華.中壓開關(guān)柜在線監(jiān)測裝置的研制[J].高壓電器，2009，45（03）：52-55.

[5]李中祥.高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的研制[J].高壓電器，45（02）：11-17.