高压开关设备在线监测技术策略研究

高压开关设备在线监测技术策略研究

张文娟吴迪

(国网山东省电力公司检修公司山东济南250118)

摘要：当前，随着经济社会的不断进步，以及社会对相关事业发展的要求越来越高，我国电网的复杂化也正在向纵深方向发展，其与社会的关联度越来越高，同时，人们对供电质量与可靠性的要求也在持续提升，尤其对电气高压开关设备的正常、高效运行提出了更“苛刻”的要求，在这种情况下，一些科研机构以及相关的科学技术部门以此为契机，借助多种技术手段和相关材料的应用，将高压开关设备的技术水平提升到了前所未有的高度，供用电的可靠性得到了增强，开关设备的性能也在稳步提高尤为重要的是，在微电子技术、计算机技术以及光纤技术、传感器技术和通信技术的辅助下，对电气高压开关柜的实时监测技术有了飞跃式的提升，高压电气设备的运行状态处在了更好的状态之中。

关键词：高压开关；设备；在线监测；技术；分析

1导言

近年来，我国的经济水平不断提升，社会各项事业稳步前进在这种情况下，供电可靠性和有效性对社会的发展至关重要电气高压开关设备作为电力系统中的重要设备之一，在科研人员的努力下，其运行的安全性与可靠性已经得到了明显的提升，也使得电网的运行更加稳定。

2我国电气高压开关设备的技术现状

自上个世纪中叶以来，我国一直使用传统的空气断路器，这和同期的国际水平相比处于极低的水平、经过了长时间的努力之后，在1968年，我国研制生产出了第一只商品化真空开关管，可是由于技术的原因以及历史和现实因素的影响，当时的技术水平还十分有限，该产品和国外产品相比在性能和质量方面有明显的差距十年之后，我国开始引进SF6断路器，时至今日，我国电力系统的高压开关设备几乎都以SF6断路器与真空断路器为基础开展工作，这在很大程度上解决了供电系统的安全运行问题131目前，我国电力系统借助电压等级对断路器的使用情况进行了明确的划分，超过40kV的高压开关使用SF6断路器，低于40kV的使用真空断路器前者又分为两种结构，一个是瓷柱式，一个是罐式叽当然，实践表明，在低于40kV的电网中，真空开关得到了更为广泛的应用，110kV双断口真空断路器也在科研人员的努力下研制成功，并投入使用

3在线监测设备新的思路探讨

3.1总体思路

根据前面的分析，高压开关设备与在线监测设备作为一个统一的设备(即智能开关设备)招标将成为趋势。那么高压开关设备在线监测设备的技术理念也将随着改变。新的技术理念欲具有生命力需满足整体性、兼容性、稳定性和可扩展性4个要求，具体如下。整体性指的是高压开关设备和在线监测设备作为一个统一的整体而存在的，有其独有的标准体系(前面讨论的相关国家标准已有相关要求)，有其整体的验证试验要求，在物资采购中，也应该作为整体采购，而不能分好几种设备采购，如以前在线监测设备和高压开关设备本体均为单独采购，这样会直接影响设备的整体性能，也将影响各个部件的能。兼容性指的是，该技术理念能够容纳目前所有在线监测技术的应用，而不能为某项在线监测技术而单独设置。如高压开关设备的监测技术，包括局部放电监测技术、机械特性监测技术等，而该技术理念将同时涵盖这几种技术的应用；同时，该技术理念还能涵盖不同厂家的在线监测技术，不同厂家之间的技术能够相互兼容。稳定性指的技术理念能够能在一定时间内保持一定的稳定性，不能随着在线监测技术的发展而作大的变动。可扩展性指的是已经建成的在线监测工程随着在线监测技术的发展可以在原有的基础进行简单的变更即可实现更新换代或扩充。从上面可以看出，高压开关设备在线监测设备其实是一种系统，是以往各种单一在线监测设备的集合。系统就有其系统框架，该系统框架能够涵盖所有现在和一定时间将来的各个不同厂家(或研究机构)的技术且相对稳定，同时还便于更新或扩展。文中参考了国家标准《GB/T20840.8—2007电子式电流互感器》中电子式电流互感器的系统框架。

3.2高压开关设备在线监测设备的框图案例

高压开关设备在线监测设备是由若干个单一的在线监测设备组合而成，给出了在线监测设备A(包括其传感器A1、A2和A3，变送单元A1、A2和A3、传输系统A1、A2和A3，监测单元A及相应的传感单元电源和监测单元电源)、在线监测设备B、在线监测设备C和主监测单元。其中，传感器和变送单元通常集成为一个物理装置，传输系统之间和不同监测单元之间可根据技术的发展进行集成设计。其中，A、B、C分别代表典型的3种不同物理形态的在线监测设备。A代表传感器、变送单元及传输单元三者物理上独立且具备完整框架的在线监测设备；B代表仅有传感器、无变送单元的在线监测设备；C代表传感器和变送单元集成在一起的在线监测设备。从A到B到C，在线监测设备的集成度越来越高。从框图案例可以看出，随着在线监测技术的发展，在线监测设备的集成度不断提高，其发展模式将会跟计算机的发展模式类似，计算机由主板加上各个不同功能的板卡，而在线监测将来也可能是由主监测卡加上各个不同的监测功能板卡组成。最终形成一个整体性、兼容性、稳定性和可扩展性较好的在线监测设备。

4监测参量的选择

这里提到的高压开关设备主要是指126kV及上的瓷柱式断路器、罐式断路器和GIS(HGIS)。高压开关设备在线监测技术比较成熟的有6个监测参量，即触头行程、分合闸线圈电流、开断电流、储能电机电流、SF6气体密度和局部放电。一般分为两个监测装置来实现，一个称为断路器在线监测装置(当然也可以监测GIS中的断路器)，包括的主要监测参量有开断电流、触头行程、分合闸电流、储能电机电流和SF6气体密度。另一个称为GIS局部放电监测装置，主要用于GIS和HGIS中，有时候也用于罐式断路器中。可以得知，高压开关设备历年的运行历史数据是选择在线监测参量的重要根据。根据2008—2012年的GIS(HGIS)设备运行统计结果，可以看出主要出现故障的类型是短路、拒动、误动和炸裂故障。而引起短路故障主要原因是SF6气室和支撑绝缘件的绝缘失效。而引起拒动和误动故障的主要原因是分合闸线圈、辅助开关等二次元件以及传动轴臂、绝缘拉杆等传动部件的失效，引起爆炸的有一起是因为机构传动部位出现松动。

由于在线监测技术是集合传感、微电子、光电、计算机、通信、网络和信息等高新技术与传统高压开关设备技术结合的综合性、跨多学科的一项新技术。因此其研究应是电力系统或用户、高压开关设备制造厂以及研究院所，或以研究院所和高校联合研究的方式进行。

5结论

在线监测设备则更适于高压开关设备制造厂完成，这样不但易于保证装置质量，而且在设备出厂时就可以积累数据以便制造厂跟踪及进行大范围的统计，使得这一工作系统化并可通过反馈信息提高产品质量。为此，一些高压开关设备厂宜向一些国外综合型公司学习，大力提高微电子及计算机产品的研究、开发能力，以尽快适应当前工业、科技发展的趋势。

参考文献：

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