尹军华-智能高压开关状态监测及故障诊断技术介绍

2015.04高压开关设备状态监测与故障诊断技术概述12研究现状目录3发展趋势及关键技术4展望高压开关是电力输送线路的重要设备之一，检修维护非常重要。随着电力技术的发展，开关的检修也从故障检修、定期检修，发展至目前的状态检修。状态检修是一种以设备状态为基础的预防性检修，由定期检修转变为状态检修，可延长设备的维修周期，减少维修费用，提高设备的利用率和供电质量，具有重要的经济意义。状态检修的基础是设备状态监测及评估技术的实现。上世纪后期，国外开始研究电力设备状态监测技术，我国也在上世纪末逐渐应用，经过十多年的发展，特别是近几年智能电网建设的进行，状态监测及故障诊断技术得到了快速发展。一、概述目前，智能开关上已经实现了一些状态监测技术的应用，并在实际工程中得到实践，包括机械状态监测、SF6气体状态监测、局部放电状态监测、避雷器状态监测及红外测温等，虽然这些技术在应用中还存在一定的问题，但对状态监测及故障诊断技术的进一步发展奠定了基础。二、研究现状1、机械状态监测断路器机械状态监测，主要通过位移传感器和小电流传感器实现监测断路器位移及分合闸线圈电流，并可计算出分合闸时间、分合闸速度等重要参数。二、研究现状1、机械状态监测通过对分合闸线圈电流曲线和位移曲线进行分析，以及对分合闸时间、分合闸速度等参数值与标准值进行比对，可判断出断路器是否存在问题及故障原因所在。二、研究现状线圈铁芯运动滞后线圈铁芯运动卡涩传动配合有缺陷2、SF6气体状态监测

SF6气体状态监测，主要通过温度传感器、压力传感器、露点传感器实现对气室内SF6气体的温度、压力及露点的监测，并计算出密度、水分含量等重要参数。二、研究现状2、SF6气体状态监测根据监测到的SF6气体密度、水分含量等参数值，可及时发现泄漏故障；并且根据SF6气体密度历史曲线，可较准确的计算泄漏率，有效判断下次补气时间。二、研究现状3、局部放电状态监测局部放电状态监测，主要通过特高频（UHF）传感器实现对开关内部局部放电情况的监测。二、研究现状单个金属颗粒浮电位尖端放电绝缘裂缝局放类型识别3、局部放电状态监测通过对检测到的特高频（UHF）信号进行分析，可判断出放电量、放电频次、放电相位等局部放电信息，并将局部放电波形以二维和三维视图的方式展现；且结合历史数据，可分析绝缘劣化趋势，以针对设备状态及时采取相应措施。目前，正在进行多种缺陷耦合情况下的放电图谱及传输特性方面研究。二、研究现状4、避雷器状态监测避雷器状态监测，主要通过零磁通电流互感器实现对避雷器泄露电流及母线电压的监测，并计算出阻性电流、容性电流、雷击次数、雷击时刻、三五七九次谐波分量等参数。二、研究现状4、避雷器状态监测通过对避雷器状态监测参数以及环境因素的分析，可及时的发现避雷器由污秽或内部受潮引起的瓷套泄漏电流或绝缘杆、阀片泄漏电流增大等问题，避免事故的发生。二、研究现状5、红外测温红外测温，主要通过红外热像仪实现对设备温度的监测。二、研究现状5、红外测温通过测点温度的异常变化，及时发现设备因接触不良、绝缘性能降低等潜在故障。二、研究现状绝缘损坏接触不良6、状态评估及故障诊断状态评估及故障诊断是状态监测的高级应用，目前通过专家系统、神经网络、支持向量机等方法实现。二、研究现状函数训练故障预测基于支持向量机的故障预测7、存在问题1、已得到实际应用的状态监测项目中，仍有部分不成熟，包括无专用传感器、测量方法不准确、监测设备可靠性有待进一步提高等。2、状态评估依然以基于参数值比较、简单趋势分析等方法实现，对于复杂运行状态的评估不易实现。3、状态评估及故障诊断方法不完善，准确判断还需要人为参与。二、研究现状要实现高压开关，甚至电网的真正智能化，状态监测是必不可少的环节，为了实现这一目标，更适用于高压设备运行环境的传感器、更先进的测试方法、更具备实用性的故障诊断方法亟待深入研究。三、发展趋势及关键技术1、传感器植入技术三、发展趋势及关键技术将传感器直接植入到被测设备中，与一次设备紧密结合，采用无线通信或其他手段，获取被测量。解决途径：a）柔性传感器b）无源传感器，如声表面波传感器等2、无线自组网技术无线通信技术在民用及工业领域得到快速发展，如Wifi、蓝牙、Zigbee等，无线自组网作为一种特殊结构的无线通信网络，其通信依靠节点间的相互协作，以无线多跳方式完成。将电力设备状态监测与无线自组网技术结合，将避免电缆/光纤布线带来的麻烦，提高施工施工进度，尤其适用于变电站的智能化改造。3、光纤传感器光纤传感器由于其绝缘特性，在高压领域有其独特的优势，目前光纤传感器在变压器绕组测温中已有成熟应用。如何利用光纤传感技术原理，找出在高压开关上的应用结合点，如在机械状态监测、SF6气体状态监测等方面得到应用，甚至应用于开关设备灭弧性能监测，为电寿命预测评估提供全面可靠数据支撑，是一个重要研究方向。三、发展趋势及关键技术基于光纤传感的SF6气体状态监测技术4、声学指纹技术声学指纹，即开关的振动特征，可通过振动传感器监测开关分合操作的振动状态，对比正常操作与典型故障时振动信号的特征参数，判断开关的工作状态。声学指纹是进行开关状态评估的一项重要监测内容。三、发展趋势及关键技术断路器振动监测研究振动传感器5、视频分析技术开关设备的分合状态是进行开关控制的基本参数，目前一般采用机构联动的辅助开关的接点状态来反馈开关分合状态，存在多个转接环节，对机械机构的可靠性要求非常高。

通过对摄像仪对开关触头状态进行监测，并通过视频分析技术对监测的视频进行分析，可真正直观的反映开关分合状态。三、发展趋势及关键技术GIS隔离开关状态监测6、可控操动机构操动机构是开关的核心部件之一，机构的智能化将大大推进开关智能化的步伐。目前，可根据实际运行情况选择操作曲线，实现闭环控制的机构已经实现，并应用于实际产品，如电机驱动操动机构、磁力机构等，但由于操作功、体积等