高壓開(kāi)關(guān)柜的在線監(jiān)測(cè)與故障分析

高壓開(kāi)關(guān)柜是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設(shè)備。現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，相應(yīng)地對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的可靠性也提出了更高的要求。同時(shí)，隨著傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，使得對(duì)開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并對(duì)累計(jì)性故障做出預(yù)測(cè)成為可能。它對(duì)于保證開(kāi)關(guān)柜的正常運(yùn)行，減少維修次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和自動(dòng)化程度具有重要意義。  
高壓開(kāi)關(guān)柜分戶內(nèi)式和戶外式兩種，10kV及以下多采用戶內(nèi)式，根據(jù)一次線路方案的不同，可分為進(jìn)出線開(kāi)關(guān)柜、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)柜、母線分段柜等。10kV進(jìn)出線開(kāi)關(guān)柜內(nèi)多安裝少油斷路器或真空斷路器，斷路器所配的操動(dòng)機(jī)構(gòu)多彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)或電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，也有配手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)或永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的。不同的開(kāi)關(guān)柜在結(jié)構(gòu)上有很大的差別，這將影響到傳感器的安裝和選擇。  
1、高壓開(kāi)關(guān)柜的故障表現(xiàn)及其原因  
調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，高壓開(kāi)關(guān)柜的故障主要有以下幾類：  
（1）拒動(dòng)、誤動(dòng)故障：這種故障是高壓開(kāi)關(guān)柜主要的故障，其原因可分為兩類：一類是因操動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械故障造成；另一類是因電氣控制和輔助回路造成。  
（2）開(kāi)斷與關(guān)合故障：這類故障是由斷路器本體造成的，對(duì)少油斷路器而言，主要表現(xiàn)為噴油短路、滅弧室燒損、開(kāi)斷能力不足、關(guān)合時(shí)爆炸等。對(duì)于真空斷路器而言，表現(xiàn)為滅弧室及波紋管漏氣、真空度降低、切電容器組重燃、陶瓷管破裂等。  
（3）絕緣故障：表現(xiàn)為外絕緣對(duì)地閃絡(luò)擊穿,內(nèi)絕緣對(duì)地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過(guò)電壓閃絡(luò)擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡(luò)、污閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡(luò)，ＣＴ閃絡(luò)、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。  
（4）載流故障：7.2～12ｋＶ電壓等級(jí)發(fā)生載流故障主要原因是開(kāi)關(guān)柜隔離插頭接觸不良導(dǎo)致觸頭燒融。  
（5）外力及其他故障：包括異物撞擊，自然災(zāi)害，小動(dòng)物短路等。  
2、高壓開(kāi)關(guān)柜的監(jiān)測(cè)與診斷方法  
針對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的不同故障類型，相應(yīng)有不同的故障檢測(cè)方法：  
（1）機(jī)械特性在線檢測(cè)，其監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有：合、分閘線圈回路，合、分閘線圈電流、電壓，斷路器動(dòng)觸頭行程，斷路器觸頭速度，合閘彈簧狀態(tài)，斷路器動(dòng)作過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)，斷路器操作次數(shù)統(tǒng)計(jì)等。  
（2）電氣性能在線監(jiān)測(cè)包括斷路器開(kāi)斷電流加權(quán)值、滅弧室真空度等的監(jiān)測(cè)。利用不同開(kāi)斷電流下的等效磨損曲線，累計(jì)每次電流開(kāi)斷所對(duì)應(yīng)的相對(duì)電磨損，每臺(tái)斷路器的允許電磨損總量由其額定短路開(kāi)斷電流及允許開(kāi)斷滿容量次數(shù)來(lái)標(biāo)定，采用觸頭累積磨損量作為判斷其電壽命的依據(jù)。  
（3）溫度在線監(jiān)測(cè)包括母線連接處的溫度及斷路器觸頭溫度在線監(jiān)測(cè)。用于母線連接處溫升測(cè)量的常用傳感器有石英傳感器、光微薄硅溫度傳感器和吸收型光纖溫度傳感器，它們分別以石英晶體、硅片及玻璃構(gòu)成的Ｆａｂｒｙｐｅｒｏｔ槽和ＧａＡｓ晶體作為感溫元件，以光纖作為傳輸介質(zhì)，這就有效地解決了電磁干擾問(wèn)題。  
（4）絕緣性能在線監(jiān)測(cè)。高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)部絕緣部分的缺陷或劣化、導(dǎo)電連接部分的接觸不良都使安全運(yùn)行受到威脅。根據(jù)1989～1992年間全國(guó)電力系統(tǒng)6～10ｋＶ開(kāi)關(guān)柜事故統(tǒng)計(jì),絕緣和載流引起的故障占總數(shù)的40.2%，其中由于絕緣部分的閃絡(luò)造成的事故占絕緣事故總數(shù)的79.0%。而由于隔離插頭接觸不良造成的事故占載流事故總數(shù)的71.1%。可見(jiàn)，由絕緣和接觸不良導(dǎo)致的故障所占比率是很高的，宜采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行監(jiān)測(cè)。在上述情況下，在事故潛伏期都可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象，故可以通過(guò)對(duì)放電的監(jiān)測(cè)得到相關(guān)的信息。通常采用的監(jiān)測(cè)方法有交流泄露電流在線監(jiān)測(cè)和介質(zhì)損耗角正切在線監(jiān)測(cè)方法。