高压开关柜的在线监测及故障诊断法

高压开关柜是电力系统中系统中非常重要的电气设备。现代电力系统对电能质量的要求越来越高，相应地对高压开关柜的可靠性也提出了更高的要求。同时，随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展，使得对开关柜的运行状态进行在线监测，及时发现故故障隐患并对累计性故障做出预测成为可能它对于保证开关柜的正常运行，减少维修次数，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有重要意义。

高压开关柜分户内式和户外式两种，10kv及以下多采用户内式，根据一次线路方案的不同，可分为出线开关柜、联络开关柜、母线分段柜等。10kv出线开关柜内多安装少油断路器或真空断路器，断路器所配的操动机构多弹簧操动机构或电磁操动机构，也有配手动操动机构或永磁操动机构的。不同的开关柜在结构上有很大的差别，这将影响到传感器的安装和选择。

高压开关柜的故障表现及其原因

   调查统计表明，高压开关的故障主要有以下几类：

   （1）拒动、勿动故障：这种故障时高压开关柜最主要的故障，其原因可分为两类：一类是因操动结构及传动系统的机械故障造成；另一类是因电气控制和辅助回路造成。

   （2）开断与关合故障：这类故障是由断路器本体造成的，对少油断路器而言，主要表现为喷油短路、灭弧室烧损、开断能力不足、关合时爆炸等。对于真空断路器而言，表现为灭弧室及波纹管漏气、真空度降低，切电容器组重燃、陶瓷管破裂等。

  （3）绝缘故障：表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，CT闪络、击穿、爆炸、瓷瓶断裂等。

  （4）载流故障：7.2~12kv电压等级发生载流故障主要原因是开关柜隔离插头接触不良导致接触头烧融。

  （5）外力及其他故障：包括异物撞击，自然灾害，小动物短路等。

高压开关柜的监测与监测方法

针对高压开关的不同故障类型，相应有不同的故障检测方法：

    （1）机械特性在线检测，其监测的内容有：合、分闸线圈回路，合、分闸线圈电流、电压，断路器动触头行程，断路器触头速度，合闸弹簧状态，断路器动作过程中的机械震动，断路器操作次数统计等。

     目前，断路器机械状态监测主要有行程和速度的监测，操作过程中震动信号的监测等。断路器操作时的机械震动信号监测是根据每个震动信号出现时间变化、峰值化，结合分、合闸线圈电流波形来判断断路器的机械状态。机械性能稳定的断路器，其分、合闸震动波形的各峰值大小和各峰值间的时间差是相对稳定。震动信号是否发生变化的判断别依据是对新断路器或大修后的断路器进行多次分、合闸试验检测，记录稳定的震动波形，作为该断路器的特征波形“指纹”，将以后测到的震动波形，与“指纹”比较，以判别断路器机械特征性是否正常。

      行程-时间特性监测是指通光电传感器，将连续变化的位移量变成一系列电脉冲信号。记录该脉冲的个数，就可以实现动触头全行程参数的测量；同时记录每一个电脉冲产生的时刻值，就可以计算出动触头运动过程中的最大速度和平均速度。因此测得断路器主轴连动杆的分合闸特性，即可反映动触头的特性 监测储能电机负荷电流和启动次数可反映负载（液压操作机构）的工作状况，也可判断电机是否正常，同时反映液压操作机构密封状况。

     （2）电气性能在线监测包括断路器开断电流加权值、灭弧室真空度等的监测。利用不同开断电流下的等效磨损曲线，累计每次电流开断所对应的相对电磨损，每台断路器的允许点磨损总量由其额定短路开断电流及允许开断面容量次数来标定，采用触头累积磨损量作为判断其电寿命的依据。

     对真空度的在线监测方法有很多。目前，国外真空灭弧室真空度的在线检测方法主要有：光电变换法、耦合电容法、三相桥法与电弧电压法、电阻应变法、微型冷阴极磁控计法、吸气剂膜法。

     （3）温度在线监测包括母线连接处的温度及断路器触头温度在线监测。用于母线连接处温升测量的常用传感器有石英传感器、光微薄硅温度传感器和吸收型光纤温度传感器，它们分别以石英晶体、硅片及玻璃构成Fabryperot糟和GaAS

晶体作为感温元件，以光纤作为传输介质，这就有效地解决了电磁干扰问题。

   （4）绝缘性能在线监测。高压开关设备内部绝缘部分的缺陷或劣化、导电连接部分的接触不良都使安全运行受到威胁。根据1989~1992年间全国电力系统6-10kv开关柜事故统计，绝缘和载流引起的故障占总数的40.2%，其中由于绝缘部分的闪络造成的事故占绝绝缘事故总数的79.0%。而由于隔离插头接触不良的事故占载流事故总数的71.1%，可见，由绝缘和接触不良导致的故障占比率是很高的，宜采取适当的方法进行监测。在上述情况下，在事故潜伏期都可能产生放电现象，故可以通过对放电的监测的到的相关信息。通常采用的监测方法有交流泄露电流在线监测和介质损耗角正切在线监测方法，三子使用射频法对开关柜内绝缘和接触不良的在线监测技术进行了探索。