GIS高壓斷路器常見(jiàn)故障原因的分析與處理

馬立偉 翟霜

摘 要：經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展促進(jìn)國(guó)家城市化進(jìn)程不斷開(kāi)展，而社會(huì)發(fā)展對(duì)電力的需求也與日俱增。高壓電網(wǎng)為地區(qū)各項(xiàng)電力使用提供輸送渠道，而電網(wǎng)中高壓斷路器對(duì)保障電力運(yùn)送安全打下基礎(chǔ)，在電網(wǎng)中具有不可忽視的重要作用，故在實(shí)際工作中需做好針對(duì)高壓斷路器的故障檢修工作，掌握常見(jiàn)的故障及處理方式，優(yōu)化狀態(tài)監(jiān)測(cè)，促進(jìn)電網(wǎng)安全、可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高壓;斷路器;故障;處理

引言

故障診斷是電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修的技術(shù)基礎(chǔ)。高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要的開(kāi)關(guān)設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響系統(tǒng)的供電可靠性和穩(wěn)定性。而斷路器在使用過(guò)程由于潛在的設(shè)備缺陷或部件老化會(huì)導(dǎo)致其工作可靠性下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)痣娏ο到y(tǒng)事故擴(kuò)大，造成巨大損失。因此，對(duì)斷路器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，通過(guò)故障診斷技術(shù)甄別其潛在缺陷和故障，不僅能夠及時(shí)判斷出設(shè)備故障的位置以及部件故障的嚴(yán)重程度，還可以診斷出設(shè)備的故障原因，為斷路器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供重要決策依據(jù)。

1 GIS高壓斷路器常見(jiàn)故障原因

1.1誤動(dòng)

誤動(dòng)是斷路器二次回路接線(xiàn)及操作機(jī)械故障所致，操作中若分合的繼電器電壓較低，對(duì)應(yīng)的操作控制回路直流接地，斷路器容易出現(xiàn)誤分。若負(fù)責(zé)分合閘的電磁鐵扣入較少，斷路器運(yùn)行中周?chē)休^長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)，同時(shí)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，就可能導(dǎo)致斷路器在無(wú)控制命令下自動(dòng)分合閘。

1.2斷路器本體故障

斷路器本體分合閘線(xiàn)圈故障：在分合閘過(guò)程中出現(xiàn)了閘線(xiàn)圈燒壞的現(xiàn)象就會(huì)導(dǎo)致斷路器分合閘線(xiàn)圈產(chǎn)生故障，而閘線(xiàn)圈燒壞的原因主要有以下幾點(diǎn)：①合閘命令發(fā)出去之后，合閘回路一直處于穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合變成斷路器輔助接點(diǎn)之后，閘電流就會(huì)出現(xiàn)斷開(kāi)的情況，所以，閘線(xiàn)圈被燒壞的大部分原因是因?yàn)閿嗦菲鬏o助接點(diǎn)的轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān)閉合出現(xiàn)了故障;②傳送合閘命令之后，開(kāi)關(guān)無(wú)法進(jìn)行有效儲(chǔ)能，儲(chǔ)能回路的對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)閉鎖了開(kāi)關(guān)合閘的回路，最后導(dǎo)致控制回路斷線(xiàn);③外部回路的狀態(tài)正常，但還是出現(xiàn)了開(kāi)關(guān)拒絕分合閘，從而閘線(xiàn)圈出現(xiàn)了斷線(xiàn)的故障，可能為鐵芯卡澀、潤(rùn)滑不足等。

2 GIS高壓斷路器故障處理措施

2.1基于專(zhuān)家系統(tǒng)的故障診斷

現(xiàn)有研究中基于專(zhuān)家系統(tǒng)的斷路器故障診斷方法是通過(guò)對(duì)提取的電流信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將原子稀疏分解算法應(yīng)用在斷路器故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了鐵芯卡澀、潤(rùn)滑不足等故障的有效診斷。該算法較傳統(tǒng)算法診斷精度高，計(jì)算時(shí)間短。通過(guò)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)，在改進(jìn)BREMD和ELM方法的基礎(chǔ)上利用極限學(xué)習(xí)機(jī)ELM（Extreme Learning Machine）進(jìn)行故障診斷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷路器故障快速診斷。該方法利用記憶專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)知識(shí)獲取功能，有效識(shí)別了鐵心卡澀、操作電壓過(guò)低等故障，準(zhǔn)確性可高達(dá)94.86%，能夠更快速地對(duì)斷路器故障進(jìn)行定位和診斷。

通過(guò)對(duì)線(xiàn)圈電流及振動(dòng)信號(hào)特征量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理，設(shè)計(jì)了一種多參數(shù)規(guī)則推理的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確診斷出斷路器基座螺絲松動(dòng)、緩沖器彈簧無(wú)效超程等多種故障類(lèi)型。但該專(zhuān)家系統(tǒng)在特征知識(shí)獲取、知識(shí)更新、智能綜合分析功能方面仍存在一定的局限性，需做進(jìn)一步改進(jìn)。通過(guò)對(duì)斷路器行程、分合閘速度以及振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)存在的在知識(shí)獲取和表達(dá)上的薄弱環(huán)節(jié)缺陷，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、是否出現(xiàn)故障及故障類(lèi)型來(lái)進(jìn)行故障的準(zhǔn)確診斷。研究了一種改進(jìn)型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)高壓斷路器這類(lèi)電力設(shè)備有診斷快速性的要求，提出將獲取特征量輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中對(duì)其進(jìn)行快速精確診斷，這種專(zhuān)家系統(tǒng)適用于與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的故障類(lèi)型診斷。改進(jìn)后的混合算法可對(duì)多目標(biāo)尋優(yōu)且尋優(yōu)速度也得到了明顯提升，因此能快速、有效地對(duì)斷路器故障進(jìn)行診斷識(shí)別?；趯?zhuān)家系統(tǒng)的故障診斷方法相較于基于解析模型的診斷方法在數(shù)據(jù)信號(hào)處理效率、故障識(shí)別分類(lèi)效率方面有較大提升，相較于基于模式識(shí)別的故障診斷方法，這類(lèi)方法在模型訓(xùn)練時(shí)避免了局部最優(yōu)缺陷，克服了在知識(shí)獲取和表達(dá)上的薄弱環(huán)節(jié)，能夠通過(guò)對(duì)高壓斷路器故障的準(zhǔn)確定位最終實(shí)現(xiàn)其故障的精確診斷。

2.2氣體密度檢測(cè)

斷路器絕緣及滅弧性能是其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，在斷路器運(yùn)行中，不同因素作用均會(huì)導(dǎo)致斷路器滅弧性能、絕緣性能下降。以SF6高壓斷路器為例，其滅弧室常出現(xiàn)泄漏、微水超標(biāo)問(wèn)題，需落實(shí)針對(duì)氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，控制好故障。例如，在對(duì)SF6氣體密度監(jiān)測(cè)期間，密度降低很可能是氣體泄露所致，導(dǎo)致SF6氣體含水量增加。故需針對(duì)該氣體密度落實(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，為降低監(jiān)測(cè)難度（氣體密度難以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)），以氣體壓力反饋氣體密度。因此斷路器氣室密度表通常設(shè)置兩級(jí)報(bào)警信號(hào)，分別為一級(jí)補(bǔ)氣壓力及二級(jí)閉鎖壓力信號(hào)，通常狀態(tài)下，設(shè)置補(bǔ)氣壓力信號(hào)在額定氣壓10%位置，閉鎖的壓力在補(bǔ)氣壓力信號(hào)基礎(chǔ)上再降低5%。斷路器 滅弧室未發(fā)生泄漏，則氣體的壓力主要受溫度變化影響，溫度越高，氣室壓力也就越高，也可以在測(cè)量溫度的基礎(chǔ)上判斷氣體壓力，以便及時(shí)了解滅弧室泄漏情況。

2.3基于解析模型的故障診斷

基于解析模型的診斷方法是通過(guò)對(duì)診斷規(guī)則進(jìn)行解析化的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了故障診斷問(wèn)題到0-1整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題的轉(zhuǎn)化，將問(wèn)題簡(jiǎn)單化，有效提高了故障識(shí)別的效率，通過(guò)訓(xùn)練模型確保了故障分類(lèi)的準(zhǔn)確率，達(dá)到了很好的診斷效果，具有較嚴(yán)密的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)和良好的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行表明，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研發(fā)的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)均能較好地對(duì)高壓斷路器的狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。故障樣本可通過(guò)軟件仿真得到，無(wú)須反復(fù)試驗(yàn)，現(xiàn)階段斷路器監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)正在向著大規(guī)模專(zhuān)家系統(tǒng)方向發(fā)展，基于各種智能理論的斷路器故障診斷與決策系統(tǒng)也開(kāi)始出現(xiàn)。然而，基于解析模型的方法在面臨解的多重性問(wèn)題，即發(fā)生多個(gè)拒動(dòng)、誤動(dòng)以及告警錯(cuò)誤時(shí)，模型會(huì)出現(xiàn)最優(yōu)解不固定的情況，從而影響故障模式的準(zhǔn)確判別;且解析模型需在精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型的保證下進(jìn)行故障識(shí)別和診斷，而實(shí)際情況中設(shè)備的結(jié)構(gòu)和參數(shù)存在很大的不確定性，故在未來(lái)高壓斷路器診斷的研究發(fā)展中，在保證識(shí)別效率和故障分類(lèi)準(zhǔn)確性的同時(shí)，需進(jìn)一步優(yōu)化多重性問(wèn)題的處理準(zhǔn)確率，克服對(duì)設(shè)備參數(shù)的依賴(lài)，建立智能理論與實(shí)際情況相結(jié)合的更優(yōu)決策診斷系統(tǒng)。

結(jié)語(yǔ)

在供電系統(tǒng)中，斷路器十分重要，斷路器控制回路在使用過(guò)程中也常會(huì)出現(xiàn)故障，所以，為了確保供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，就必須制定斷路器故障查找與處理的對(duì)策，當(dāng)斷路器出現(xiàn)故障后，可以第一時(shí)間進(jìn)行故障的查找與處理，爭(zhēng)取在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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