高压断路器在线监测与故障诊断系统分析
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[摘 要]通过比较国内外断路器在线监测装置的使用情况，阐述了断路器在线监测和故障诊断的重要性，分析了当前断路器在线监测系统的运行特性及变化趋势，为提高运行可靠性和实施状态检修提供了依据和参考，最后指出了现阶段存在的问题和今后的研究方向。
中图分类号：TM561；TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0122-01
一、引言
随着电力体制改革的深入，在电力市场，电力系统需要进一步提高电力设备的可靠性。保证运行可靠性和维修经济性成为输电、发电企业适应市澈争的迫切需要，用状态检修模式取代现有的计划检修模式，是电力工业发展的趋势。根据国家电力公司的要求，电力公司应根据自身设备的实际及人员、资金情况，选择一些查合实施状态检修的设备，先在一定范围内开展工作。550kV、220kV、110kV高压开关、厂地高压开关都已经被列入实施状态检测的范畴。
实现电气设备状态检修的基础是对设备的在线状态监测。在线监测能准确、实时地反映电气设备的状况和预测使用寿命，为检修决策提供依据。电气设备状态监测不仅是设备状态检修模式的基础，也符合无人值守变电站―目前我国电力部门正在实施的电气运行管理模式的发展需要。这就要求电力企业逐步形成一套融故障检修、定期检修、状态检修和主动检修为一体的、优化的综合检修方式，以提高设备的可靠性并降低电力成本。
二、断路器在线状态监测的意义
高压断路器在线状态监测系统用于变电站、开闭所、电厂高压断路器的机械性能、电气绝缘性能、触头电寿命及操作回路工作状态的监测，通过综合分析在线监测的数据和相关历史数据，诊断出高压断路器当前的工作状态，为电气设备状态检修提供决策依据。电力系统中，高压断路器数量最多、检修量大、费用高。有关统计表明，变电站维护费用的一半以上是用在高压断路器上，而其中60%又是用于断路器的小修和例行检修上。另外据统计，10%的断路器故障是由于不正确的检修所致，断路器的大修完全解体，既费时间，费用也很高，而且解体和重新装配会引起很多新的缺陷。在目前相对保守的计划检修中，检修缺乏一定的针对性。
线状态监测系统能及时了解断路器的工作状态、缺陷的部位，减少过早或不必要的停电试验和检修，减少维护工作量，降低维修费用，提高检修的针对性，可显著提高电力系统可靠性和经济性。在线监测主要包括机械性在线监测、触头电寿命监测等，监测内容有泄漏电流监测、气体密度监测、开断次数监测、开断电流监测、振动波形监测、分合闸线圈电流波形监测、断路器红外成像监测和操作机构油压监测等。
三、高压断路器的使用情况分析
1.国内电力系统断路器使用状况
各电压等级高压开关的使用比例，以550kV装用量为100%，则550kV ： 363kV ： 252kV ： 126kV ： 72.5kV ： 40.5kV ： 12kV的比例为100%：51%：1653%：4491%：816%：6391 %：27711 %。
2.国外开关设备在线监测状况
美国颁布了“电气设备绝缘诊断方法导则”，现已转向以在线监测为主，并已制定出有关标准。日本上世纪80年代开始进入以状态监测为基础的预知维修时代，其该项技术的研究与应用进展很快，并已积累了大量数据与经验，逐步形成了一些标准和较成熟的方法。1998年的GIS智能维护中就有监测内部电晕、分解气体、导音、耐电压特性、温升等项目。
德国频谱化学和频谱应用研究所、科技研究与发展所的中央实验室开发的离子迁移率频谱仪（由分析传感器系统公司制造），作为SF6断路器气体现场监测的工具，已在巴西的电力部门成功应用。在美国有50%以上的电力公司已经应用状态检修技术对发电设备实施状态检修，美国。Consolidated Electronics，Inc. （CEI）公司研制生产的SM6系列断路器监测器 （美国专利号5，385，451），能够在线测量SF20796气体温度和压力，并连续地、实时地计算SF6气体密度。同时，还可监视断路器内加热器、操作电流、气体/液体压力以及跳闸/合闸线圈的工作状况，预测SF6气体泄漏趋势及其它潜在故障，避免了事故的发生，从而提高了电力系统运行可靠性。该监测数据既可通过现场PC机，也可通过RS232/485接口远程通信获得，并且存储数据长达10年之久，目前该产品已进入中国市场。
ABB公司在高压气体绝缘组合开关（GIS）的生产过程中，已经考虑到其断路器部分性能的状态监测。如断路器的储能状态、二次回路完好性、分合闸位置状态的监测等。ABB公司还推出的高压开关柜智能化集中控制/保护单元，将控制、信号、保护、测量和监视等功能组合起来，使高压开关柜具有连续自监视以及与电站控制系统直接连接等功能。监测的项目：辅助回路监视、对电动机操动开关装置的电源监视、跳闸线圈完好性监视、断路器储能弹簧状态监视、机械操作次数监视、气体压力监视、开关累计运行时间（按小时）、触点切换时间（从合到开的位置）等。
3.正在形成的断路器在线监测大市场
国内外的研究表明，高压断路器实施状态监测经济效益显著，1995年美国电科院与Corn Edison电厂合作对10台机组安装了其状态监测设备，经计算，开始两年的经济效益超过1600万美元。在国内随着电力体制改革的推进，电力市场的发展需要新的检修模式―状态检修。目前有相当多的电厂、供电局已经推行状态检修。如北仑电厂、外高桥电厂、邹县发电厂、大连电业局、广州供电局和宝鸡供电局的状态检修工作，均取得了较好的效果。
未来的几年，电力系统将需要大量的在线状态监测设备，按每年2%的断路器安装在线监测设备计算，约5463台（273153×2%）到780）台（390000 ×2 %）断路器将安装就地监测单元（2%的解释：假设40%的单位认同在线状态监测技术，其中50%的单位准备为其10%的断路器安装在线状态监测系统）。
四、断路器在线状态监测系统的发展方向
目前，状态监测产品是监测变电站电气设备的绝缘状态的多，监测其它性能的少。从在线监测系统的应用情况来看，应考虑以下几个方面的问题：
1.故障诊断阑值的确定。故障阂值的确定是正确诊断的前提，早期故障诊断的依据有赖于实际经验或标准，从在线监测装置提供的有关动作参数、性能参数，或者比较历史记录，分析运行特性的变化趋势，可以进行断路器状态判断。
2.断路器有三相联动操作、三相分相操作和单相断路器三种。采集量的种类一样，但采集量的个数差别很大。采样不可能兼顾三种情况，建议采样板的设计以三相联动操作断路器为主，兼顾单相运行断路器。三相分相操作断路器监测应加紧研究。
参考文献
1 国家电力公司.火力发电厂实施设备状态检修的指导意见[J].中国电力.2002，35（2）：15.
2 陈维荣.电力系统设备状态监测的概念及现状[J].电网技术.2000，2400：12～17.
3 许靖.电力设备状态检修技术研究综述[J].电网技术.2000，24（8）：48～52.