高壓隔離開(kāi)關(guān)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

作者/張錦，楊景剛，張一茗，陳富國(guó)（.平高集團(tuán)有限公司，河南平頂山；. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院）

高壓隔離開(kāi)關(guān)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

作者/張錦1，楊景剛2，張一茗1，陳富國(guó)1（1.平高集團(tuán)有限公司，河南平頂山；2. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院）

高壓隔離開(kāi)關(guān)是電力系統(tǒng)中使用量最大、應(yīng)用范圍最廣的高壓電氣一次設(shè)備，本文首先分析了高壓隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行過(guò)程中的故障，給出故障原因。針對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)定期檢修成本大、效率低的問(wèn)題，本文提出了高壓隔離開(kāi)關(guān)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，給出了詳細(xì)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，實(shí)際工程在線監(jiān)測(cè)案例表明此系統(tǒng)能夠?qū)Ω邏焊綦x開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而提高供電可靠性，減少安全監(jiān)測(cè)盲區(qū)，節(jié)約人力成本，提高效率。

高壓隔離開(kāi)關(guān)；故障檢修；在線監(jiān)測(cè)

引言

隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)不斷提高，用電設(shè)備對(duì)供電可靠性的要求也越來(lái)越高，運(yùn)行設(shè)備發(fā)生異常就有可能造成系統(tǒng)停限電。高壓隔離開(kāi)關(guān)是變電站中重要的設(shè)備之一，在高電壓、大電流狀態(tài)下運(yùn)行，其工作可靠性與機(jī)械振動(dòng)、觸頭燒蝕等有密切關(guān)系[1～4]，為了保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)意義重大。

1.使用情況、發(fā)展現(xiàn)狀及常見(jiàn)故障分析

■1.1 高壓隔離開(kāi)關(guān)的使用

高壓隔離開(kāi)關(guān)是和高壓斷路器，電流互感器等設(shè)備配套使用的沒(méi)有滅弧裝置的電力設(shè)備，其作用是斷開(kāi)無(wú)負(fù)荷電流的電路，且在分閘狀態(tài)下會(huì)有明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，這樣就能夠在一定程度上確保電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

■1.2 高壓隔離開(kāi)關(guān)發(fā)展現(xiàn)狀

高壓隔離開(kāi)關(guān)產(chǎn)品逐漸成為電氣控制的主要裝置，由于其整體的設(shè)計(jì)和運(yùn)行環(huán)境不同，存在一系列的問(wèn)題。例如，部件損壞、操作故障以及設(shè)備的發(fā)熱和瓷瓶斷裂等一系列的問(wèn)題，這些問(wèn)題都嚴(yán)重影響高壓隔離技術(shù)的發(fā)展。其中觸頭發(fā)熱和結(jié)構(gòu)的問(wèn)題表現(xiàn)最為突出，設(shè)計(jì)容量不足、觸頭材料質(zhì)量差等問(wèn)題也很嚴(yán)重，我國(guó)的高壓隔離開(kāi)關(guān)在技術(shù)和質(zhì)量等方面都是存在嚴(yán)重的問(wèn)題，需要我們不斷地進(jìn)行改進(jìn)[6]。

■1.3 高壓隔離開(kāi)關(guān)常見(jiàn)故障分析

高壓隔離開(kāi)關(guān)在工作中會(huì)發(fā)生像操作出錯(cuò)、失效拉合、三相合閘不同步、連結(jié)位置發(fā)熱等問(wèn)題，若這些問(wèn)題錯(cuò)誤處理不當(dāng)，就會(huì)嚴(yán)重阻礙供電系統(tǒng)的安全[7]。高壓隔離開(kāi)關(guān)常見(jiàn)故障有過(guò)熱故障，瓷絕緣子斷裂，操作失靈，零件銹蝕等。

2.在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高壓隔離開(kāi)關(guān)巡檢是電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是保證電力設(shè)備安全運(yùn)行的有效手段之一，通常定期檢修成本高，而且很難發(fā)現(xiàn)一些隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行中才會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)作為狀態(tài)檢修的重要技術(shù)支撐，在電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下為狀態(tài)檢修提供了豐富的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)電力設(shè)備的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)起到了明顯的作用。隨著在線監(jiān)測(cè)、帶電檢測(cè)工作的全面開(kāi)展，統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)平臺(tái)正在逐步壯大完善，海量數(shù)據(jù)的縱橫比及差異化分析技術(shù)逐漸顯示出強(qiáng)大的優(yōu)越性和實(shí)用性。

■2.1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有三部分組成：前端傳感器；信號(hào)接收、處理、顯示裝置；一體化監(jiān)控后臺(tái)，如圖1所示。傳感器有加速度傳感器、Pt電阻溫度傳感器及視頻傳感探頭；信號(hào)處理裝置將傳感器信號(hào)經(jīng)調(diào)理放大，A/D轉(zhuǎn)換、分析計(jì)算，然后由一體化監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)展示。

■2.2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.2.1 振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通過(guò)振動(dòng)加速度傳感器獲取刀閘振動(dòng)波形數(shù)據(jù)，傳送至變電站主控室內(nèi)的振動(dòng)分析專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)首先記錄每次刀閘動(dòng)作的波形，然后與記錄的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，配合海量的刀閘特征積累數(shù)據(jù)以及采用先進(jìn)的最大熵譜法的分析方法，可捕獲采用其他方法如電氣監(jiān)測(cè)法所不能監(jiān)測(cè)的故障，并預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的故障隱患。減少因高壓隔離開(kāi)關(guān)閉合不到位、過(guò)位、觸點(diǎn)松動(dòng)、發(fā)熱以及溫度不斷上升而產(chǎn)生的安全事故，提高遙控操作的安全可靠性。振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。

2.2.2 無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)

圖1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)包括溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊、信號(hào)中繼點(diǎn)，數(shù)據(jù)管理平臺(tái)；軟件系統(tǒng)包括溫度數(shù)據(jù)采集程序、無(wú)線通訊程序，數(shù)據(jù)管理平臺(tái)溫度管理程序。溫度傳感器分別布置于隔離開(kāi)關(guān)觸頭處，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線發(fā)射裝置被中心節(jié)點(diǎn)中繼后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理平臺(tái)。無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)

圖4 攝像頭監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.2.3 攝像頭監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

攝像頭監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用圖像處理模式識(shí)別技術(shù)

來(lái)識(shí)別被監(jiān)測(cè)的高壓隔離開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)，檢測(cè)診斷高壓隔離開(kāi)關(guān)存在的外部機(jī)械問(wèn)題。系統(tǒng)首先對(duì)采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)將該圖像與上次采集的圖像進(jìn)行差圖像分析、區(qū)域標(biāo)識(shí)、紋理描述和評(píng)判等處理，結(jié)合對(duì)應(yīng)設(shè)備的參數(shù)庫(kù)確定其是何種狀態(tài)。如有畸變發(fā)生則存儲(chǔ)結(jié)果，向上一級(jí)傳輸及發(fā)出告警信號(hào)。攝像頭監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖4所示。

■2.3 一體化監(jiān)控后臺(tái)設(shè)計(jì)

一體化監(jiān)控后臺(tái)又稱變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，是面向智能變電站中一次設(shè)備監(jiān)測(cè)組件全新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件。軟件遵循IEC61850、SVG等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)網(wǎng)對(duì)高壓設(shè)備智能化和變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的相關(guān)要求，為智能變電站一次設(shè)備可視化監(jiān)測(cè)提供幫助；系統(tǒng)采用以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，配置系統(tǒng)主機(jī)，用于當(dāng)?shù)匦畔⒌谋O(jiān)測(cè)、顯示和分析功能，系統(tǒng)信息發(fā)布主機(jī)可以與系統(tǒng)主機(jī)合一配置，也可以單獨(dú)配置用于將信息發(fā)布到上層系統(tǒng)或外部網(wǎng)絡(luò)中，支持系統(tǒng)對(duì)時(shí)功能和集中信息打印功能。

該變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)多通道采集各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)高壓隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)的綜合數(shù)據(jù)分析與診斷。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，估算出高壓隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行特性和壽命損失，為設(shè)備安全運(yùn)行提供可靠的依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)真正意義上的狀態(tài)檢修及無(wú)人值守，起到積極促進(jìn)作用。

3.結(jié)束語(yǔ)

高壓隔離開(kāi)關(guān)工作條件較惡劣，觸頭結(jié)構(gòu)及材料、隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行方式、環(huán)境氣候等因素直接影響隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)分析隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)故障，提出了高壓隔離開(kāi)關(guān)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)高壓隔離開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)，觸頭溫度變化，還能根據(jù)采集的振動(dòng)信號(hào)及攝像頭傳輸?shù)膶?shí)時(shí)視頻信息對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行故障診斷，為消除發(fā)熱缺陷，進(jìn)一步提高隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行穩(wěn)定性提供依據(jù)。

＊ [1]高明貴.高壓隔離開(kāi)關(guān)在電力系統(tǒng)重要性以及故障[J].能源電力.2015,10:44—46.

＊ [2]古紅軍.高壓隔離開(kāi)關(guān)的故障檢修對(duì)策[J].技術(shù)研發(fā).2015,22(9):80—83.

＊ [3]陶發(fā)年,鄧文欣.高壓隔離開(kāi)關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].電力技術(shù)咨詢.2013,9:85—87.

＊ [4]王皓波.高壓隔離開(kāi)關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].黑龍江科技.2015,6:142—143.

＊ [5]區(qū)偉斌,陳曦,陳潤(rùn)華.高壓隔離開(kāi)關(guān)的常見(jiàn)故障及處理[J].價(jià)值工程.2013,6:56—59.

＊ [6]姜偉民,孫博.高壓隔離開(kāi)關(guān)故障分析及維修方案[J]科技視界.2012,03(7):124—126.

＊ [7]鐘振蛟.戶外隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械故障的起因及運(yùn)放[J]高壓電器.2006,42(6):464—466.