淺談高壓開關(guān)柜的在線監(jiān)測與故障診斷

耿建國

【摘 要】本文對高壓開關(guān)柜的故障表現(xiàn)和原因進行了介紹，主要列舉了五種故障，對每一種故障的發(fā)生的原因和具體表現(xiàn)形式予以了闡述；對高壓開關(guān)柜的在線監(jiān)測的項目進行立刻詳細的羅列，并對故障診斷的方法予以了闡述：針對以往的監(jiān)測方法和現(xiàn)在的監(jiān)測方法兩者進行了簡單的闡發(fā)，主要是對智能化和自動化監(jiān)測技術(shù)對故障診斷方法的論述。

【關(guān)鍵詞】高壓開關(guān)柜；在線監(jiān)測；故障診斷

0.引言

電力系統(tǒng)中非常重要的電器設(shè)備之一就是高壓開關(guān)柜。然而，基于各種緣故，高壓開關(guān)柜發(fā)生故障造成的危害是極為嚴重的。為了保證開關(guān)柜的正常運行，盡可能地減少維修次數(shù)，需要對高壓開關(guān)柜的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測和已發(fā)生的故障進行診斷。誠然需要對故障問題的解決，就需要對高壓開關(guān)柜進行在線監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)故障的時候要采取相應(yīng)的辦法予以解決。在這個過程中，運用科技手段來診斷故障的方式方法顯得尤為重要。

高壓開關(guān)柜有兩類，一類是戶內(nèi)式，一類是戶外式；戶內(nèi)式的對象多為10KV及以下。按照一次線路方案的不同，可以分為：母線分段柜、進出線開關(guān)柜、鏈路油開關(guān)柜等。10KV進出線里面安裝的真空斷路器或者是少油斷路器，斷路器所本的操動機構(gòu)大多數(shù)是電磁或者是彈簧操動機構(gòu)，同時也有永磁或者是配手操動機構(gòu)。然而不同的高壓開關(guān)柜在結(jié)構(gòu)上也有不同的結(jié)構(gòu)，這就造成了高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)上的差別，顯然這在很大程度上將會影響到傳感器的選擇和安裝。

1.高壓開關(guān)柜的故障表現(xiàn)和原因分析

高壓開關(guān)柜的故障主要有以下幾種：

1.1開斷和關(guān)合故障

出現(xiàn)此種故障的原因是斷路器本體引起的，針對的也是少油斷路器，出現(xiàn)的狀況為：開斷能力不足、滅弧室燒損、噴油短路、關(guān)合時發(fā)生爆炸等。然而“真空度降低、切電容器組重燃、波紋管漏氣、陶瓷管破裂等故障是針對真空斷路器來說的[1]。

1.2誤動、拒動故障

高壓開關(guān)柜最主要的故障就是誤動、拒動故障。其緣故在于：一是輔助回路和電氣控制造成，其表現(xiàn)的狀況為：端子松動，二次接線接觸不良，接線錯誤，分合閘線圈因轉(zhuǎn)換開關(guān)不良而燒損，輔助開關(guān)切換不靈，以及操作電源、微動開關(guān)、合閘接觸器等故障。二是傳動系統(tǒng)的機械故障和操動機構(gòu)造成。其具體表現(xiàn)為：脫扣失靈，部件變形，機構(gòu)卡澀；位移或損壞；分合閘鐵心松動、軸銷松斷、卡澀等。

1.3截留故障

開關(guān)柜隔離插頭接觸不良導致觸頭燒融是7.2～12KV電壓等級發(fā)生的載流故障的主要原因。

1.4外力的影響或者是其他的故障

如果是遭受外力的影響或者其他的緣故也可能造成故障的發(fā)生。如：自然災害、小動物短路、還有一些異物的撞擊等等。

1.5絕緣故障

外絕緣對地閃絡(luò)擊穿是絕緣故障的表現(xiàn)。地閃絡(luò)被內(nèi)絕緣擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電通過電壓閃絡(luò)擊穿，使得電容套管、瓷瓶套管閃絡(luò)、污次、擊閃、擊穿、爆炸，從而干閃絡(luò)提升，CT閃絡(luò)、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。

2.高壓開關(guān)柜的監(jiān)測項目

在對高壓開關(guān)柜進行監(jiān)測時，應(yīng)該根據(jù)其故障所在綜合考慮產(chǎn)品成本和技術(shù)水平等各種因素。普遍認為的監(jiān)測應(yīng)該包括：（1）合閘及分閘線圈電流—監(jiān)測電磁鐵及所控制的鎖閂或閥門以及連鎖觸頭在操作過程中的工作情況[2]。（2）合閘及分閘線圈回路—監(jiān)測控制回路是否完好，有無斷線。（3）斷路器動觸頭行程—監(jiān)測合/分閘過程的動觸頭行程曲線（4）合閘及分閘線圈電壓—監(jiān)測控制回路與電壓是否正常。（5）合閘彈簧狀態(tài)—監(jiān)測彈簧機構(gòu)的彈簧壓縮狀態(tài)。（6）斷路器動觸頭速度—監(jiān)測斷路器運動速度，包括速度曲線剛分/合速度、平均速度、最大速度。（7）斷路器動作過程中的機械振動—監(jiān)測機械部分的卡澀、機構(gòu)運動零件脫落，緩沖器性能，運行過程中有無非正常碰撞等。（8）斷路器操作次數(shù)統(tǒng)計—監(jiān)測斷路器是否達到規(guī)定機械壽命次數(shù)或達到需要進行維修的次數(shù)。（9）導電接觸部分溫度—監(jiān)測發(fā)熱程度。（10）開斷電流加權(quán)值—間接監(jiān)測斷路器滅觸頭（包括滅弧介質(zhì)）燒損狀況是否達到制造廠規(guī)定值[3]。

上述的監(jiān)測項目中：（1）～（7）都是針對機械故障的，（8）和（10）是針對開斷與關(guān)合故障的，（9）是針對載流故障的。

3.故障診斷方法

故障診斷方法經(jīng)歷了從傳統(tǒng)到現(xiàn)代的過度，傳統(tǒng)的診斷主要依靠的是人員積累的經(jīng)驗利用各種物理和化學的方法和原理，直接監(jiān)測到故障并對其進行判斷[4]。人工智能的理論應(yīng)該和傳統(tǒng)診斷故障的方法相結(jié)合，發(fā)展自動化和智能化的診斷方法。

人工智能專家診斷系統(tǒng)和模糊診斷方法是各種智能診斷方法中最為常用的，兩者都是對征兆和故障之間的因果關(guān)系進行的正確分析作為前提的。兩者都有其優(yōu)缺點，并不能用理論的先進程度和智能化的程度作為評判的準則，而是應(yīng)該根據(jù)發(fā)生的故障的表現(xiàn)形式和內(nèi)在的本質(zhì)來改變當前的方法，這個才是故障診斷技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

基于多種診斷方法優(yōu)缺點的分析，且根據(jù)高壓開關(guān)柜的具體情況具體分析，多種方式方法進行診斷還是很有必要的?？梢詮膬蓚€角度予以分析：一是對于有明確關(guān)系的特征和狀態(tài)的故障（開關(guān)柜的大部分故障屬于此類），可以用頻域波形診斷、時域波形診斷或者是模糊診斷等方法；二是對于沒有明確關(guān)系的特征和狀態(tài)的故障，比如導電接觸部分溫升故障、合閘及分閘線圈斷路故障，此時可以采用的方法為域值診斷法[5]。

4.結(jié)語

（1）高壓柜應(yīng)該對常見的故障應(yīng)利用在線監(jiān)測對這些故障進行確定監(jiān)測，這些故障有：載流故障，開關(guān)與關(guān)合故障，絕緣故障，拒動、誤動故障等等。

（2）故障診斷準確與否的關(guān)健所在是依據(jù)監(jiān)測項目選擇合適的傳感器。

（3）故障診斷和在線監(jiān)測取決于故障的隨機性和模糊性、工作狀態(tài)的多樣性及其開關(guān)柜自身結(jié)構(gòu)的多樣性。

（4）信號處理方法的診斷方法和先進性的可靠性在很大程度上決定了在線診斷功能實現(xiàn)的可能性，假設(shè)能夠把開關(guān)柜的特殊情況和現(xiàn)在有的一些相關(guān)方法結(jié)合起來，這個目標就可以成功地實現(xiàn)。

對高壓開關(guān)柜的在線監(jiān)測首先要發(fā)現(xiàn)問題所在，繼而利用自動化或者是智能化的診斷技術(shù)對問題進行解決，做到及早發(fā)現(xiàn)問題，及時地解決問題。

【參考文獻】

[1]袁大陸.全國電力系統(tǒng)高壓開關(guān)設(shè)備十年運行狀況述評.高壓開關(guān)行業(yè)通訊，2009（5）.

[2]錢家驪，黃瑜瓏，徐國政.智能化高壓開關(guān)設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用.高壓開關(guān)行業(yè)訊，2011（12）.

[3]朱德恒，談克雄.電絕緣診斷技術(shù).北京：中國電力出版社，2009.

[4]張涵孚，何正嘉.模糊診斷原理及應(yīng)用.西安：西安交通大學出版社，2011.

[5]朱德恒，談克雄.電絕緣診斷技術(shù).北京：中國電力出版社，2011.