智能變電站開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)新技術(shù)

朱頡

摘要：開關(guān)的動(dòng)作緩慢、跳合閘失敗是影響供電可靠性的主要因素之一。上世紀(jì)八十年代末，英美等國(guó)提出了通過在運(yùn)行中測(cè)量開關(guān)控制回路的相關(guān)特征參數(shù)來評(píng)價(jià)開關(guān)性能的概念。實(shí)踐證明，該技術(shù)可以全面地評(píng)價(jià)開關(guān)狀態(tài)，減少非計(jì)劃停電時(shí)間，便于開展開關(guān)的狀態(tài)檢修。該文將對(duì)該技術(shù)的進(jìn)行初步的介紹，文章最后將介紹美國(guó)TXU電力公司的一些應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)檢修；開關(guān)；跳合閘；線圈；電流；開關(guān)分析儀

中圖分類號(hào)：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）31-7515-04

隨著開關(guān)運(yùn)行年限的增加，由于開關(guān)老化引起的故障會(huì)進(jìn)一步增加。通常開關(guān)工作好壞主要是通過測(cè)量開關(guān)的絕緣狀況，接觸電阻的大小以及開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間等常規(guī)試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。但這些試驗(yàn)實(shí)際上還不能完全評(píng)價(jià)開關(guān)的工作狀況。近年來一些基于這一概念的便攜式開關(guān)分析儀開始投放市場(chǎng)，并在英國(guó)、美國(guó)、荷蘭等國(guó)的電力系統(tǒng)投入使用，診斷出的開關(guān)故障包括開關(guān)機(jī)械機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑老化，跳閘、合閘線圈損壞，輔助結(jié)點(diǎn)臟，控制回路接線松開，變電站直流電源或電源充電器問題，控制電纜尺寸不正確，執(zhí)行機(jī)構(gòu)尾部彈簧調(diào)整不正確等。

開關(guān)故障一直是影響供電可靠性的主要因素之一。尤其是在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，很多開關(guān)已經(jīng)運(yùn)行多年，由于開關(guān)的老化引起的供電事故頻頻發(fā)生。荷蘭的一項(xiàng)關(guān)于供電可靠性的調(diào)查顯示該國(guó)75% 的用戶用電時(shí)間損失是由10kV配電開關(guān)故障引起的。如何有效地評(píng)價(jià)開關(guān)的運(yùn)行狀況，減少非計(jì)劃停電時(shí)間成為各供電商關(guān)心的問題。

通常開關(guān)工作好壞主要是通過一系列常規(guī)試驗(yàn)來評(píng)價(jià)的。這些試驗(yàn)包括測(cè)量開關(guān)的絕緣狀況，接觸電阻的大小以及開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間。這些試驗(yàn)可以對(duì)開關(guān)的性能給出一個(gè)總體的評(píng)價(jià)，對(duì)于保證開關(guān)的可靠性是必不可少的。但是這些試驗(yàn)提供的信息過于粗略，無法精確、深入地給出開關(guān)工作的內(nèi)部信息，難以為開關(guān)故障的分析、定位提供有效的支持，甚至有時(shí)還會(huì)掩蓋故障信息。例如運(yùn)行中我們懷疑某開關(guān)動(dòng)作遲緩，開關(guān)退出運(yùn)行后測(cè)量其動(dòng)作時(shí)間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)動(dòng)作時(shí)間在規(guī)定范圍以內(nèi)。于是排除了開關(guān)本身的問題，轉(zhuǎn)而懷疑繼電器回路出現(xiàn)了問題。實(shí)際上盡管試驗(yàn)結(jié)果顯示開關(guān)動(dòng)作時(shí)間合格，動(dòng)作遲緩仍然可能是由開關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身引起的。這種現(xiàn)象將在后面的應(yīng)用實(shí)例中加以討論。

通過在線測(cè)量開關(guān)控制回路的相關(guān)電氣特征參數(shù)來評(píng)價(jià)開關(guān)性能的概念是由一些美國(guó)電力公司提出的。1989年美國(guó)南加州愛迪生公司率先在其輸變電開關(guān)上使用了該技術(shù)。上世紀(jì)90年代，荷蘭Essent 電力公司和美國(guó)TXU電力公司先后在生產(chǎn)中應(yīng)用和發(fā)展了該技術(shù)。目前，該技術(shù)在英美等國(guó)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用的開關(guān)電壓等級(jí)從12kV到230kV，開關(guān)類型包括油開關(guān)、空氣磁性開關(guān)、SF6開關(guān)和真空開關(guān)等。

1 基本原理

該技術(shù)的基本思想是通過紀(jì)錄開關(guān)跳合閘過程中控制回路的相關(guān)電氣特征參數(shù)的變化軌跡來反映開關(guān)的健康狀況。開關(guān)動(dòng)作的好壞，尤其是開關(guān)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的問題可以在這些變化軌跡中得到很好的反映。另外紀(jì)錄的曲線還可以和同類型的其他開關(guān)進(jìn)行對(duì)比，或者和該開關(guān)過去紀(jì)錄的曲線進(jìn)行對(duì)比，從而監(jiān)視和評(píng)價(jià)開關(guān)的健康狀況的變化。

過去該技術(shù)主要是通過在開關(guān)中植入數(shù)據(jù)采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。這種做法的弊端在于檢測(cè)設(shè)備通過硬接線的方式接入開關(guān)，用戶往往會(huì)擔(dān)心該附加裝置的長(zhǎng)期接入會(huì)影響開關(guān)工作的可靠性。另外由于檢測(cè)裝置固定在開關(guān)上，設(shè)備的成本很高，只有電網(wǎng)中的關(guān)鍵開關(guān)設(shè)備才會(huì)值得安裝，而無法大規(guī)模的應(yīng)用于那些事故頻發(fā)的中低壓開關(guān)。

歐美電力公司目前使用的是一種便攜式的測(cè)量分析裝置。該裝置不需要硬接線，可以方便在開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)下接入開關(guān)控制回路，從而捕捉到開關(guān)在第一次跳開時(shí)（實(shí)際動(dòng)作）的信息，真實(shí)地記錄開關(guān)的工作性能。需要指出的是，分析信號(hào)雖然是在運(yùn)行狀態(tài)下接入，但這不同于一般的在線連續(xù)監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)時(shí)需要開關(guān)跳開，真的動(dòng)作一次。在線接入信號(hào)的目的是為了測(cè)量和記錄開關(guān)在真正工作時(shí)的狀態(tài)，即所謂的第一次動(dòng)作信號(hào)，這對(duì)于進(jìn)行開關(guān)故障診斷有著特殊的意義。例如開關(guān)的機(jī)械機(jī)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)一定的卡澀，這個(gè)在開關(guān)第一次動(dòng)作時(shí)會(huì)有比較明顯的反應(yīng)。如果像常規(guī)試驗(yàn)?zāi)菢?，等開關(guān)斷開后，在隔離狀態(tài)下測(cè)量開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間，由于開關(guān)最近剛剛動(dòng)作過，卡澀問題就會(huì)減輕，動(dòng)作時(shí)間會(huì)從新回到合格范圍以內(nèi)。這就解釋了上文提到的為什么常規(guī)試驗(yàn)可能會(huì)掩蓋故障信息。這樣的開關(guān)如果不加檢修重新投入運(yùn)行，很有可能就會(huì)引起供電故障。

便攜式開關(guān)分析儀的接線方式如圖1 所示。檢測(cè)的參數(shù)包括CT二次電流、跳合閘線圈電流和開關(guān)的直流電源電壓。CT二次電流通過使用交流卡鉗表測(cè)量CT 的任一相電流得到 （也可以用三個(gè)卡鉗表測(cè)量每一相的電流），跳合閘線圈電流通過直流卡鉗表直接卡取，直流電源電壓通過直接并聯(lián)測(cè)量。

3 結(jié)論

1） 通過紀(jì)錄開關(guān)跳合閘過程中控制回路的相關(guān)電氣特征參數(shù)的變化軌跡來反映評(píng)價(jià)開關(guān)的性能是一項(xiàng)非常有效的技術(shù)。該技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用可以有效的減少由于開關(guān)原因引起的非計(jì)劃停電。

2） 便攜式開關(guān)分析儀的出現(xiàn)為該技術(shù)在生產(chǎn)中的全面應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

3） 開關(guān)特征分析技術(shù)的應(yīng)用有利于供電企業(yè)對(duì)開關(guān)實(shí)施狀態(tài)檢修，從而有效的降低檢修成本，降低人力、物力的浪費(fèi)，提高供電企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率。

4） 開關(guān)特征分析技術(shù)的應(yīng)用便于建立開關(guān)的技術(shù)檔案，從而為以后供電企業(yè)開關(guān)的選型、技術(shù)改造提供有效的技術(shù)支持。

5） 需要指出的是開關(guān)特征分析技術(shù)并不能取代過去的常規(guī)開關(guān)試驗(yàn)，即開關(guān)的絕緣狀況和接觸電阻的測(cè)量。通過合這些試驗(yàn)結(jié)合使用，可以進(jìn)一步的提高開關(guān)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王林，魯治淮.高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].吉林電力，2005（5）.

[2] 高天云.西方工業(yè)國(guó)家設(shè)備維修技術(shù)的現(xiàn)狀[J].國(guó)際電力，2002（2）.