高壓開關(guān)柜的在線監(jiān)測與故障分析

高壓開關(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)對電能質(zhì)量的要求越來越高，相應(yīng)地對高壓開關(guān)柜的可靠性也提出了更高的要求。同時，隨著傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，使得對開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并對累計(jì)性故障做出預(yù)測成為可能。它對于保證開關(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)行可靠性和自動化程度具有重要意義。  
高壓開關(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)出線開關(guān)柜、聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜、母線分段柜等。10kV進(jìn)出線開關(guān)柜內(nèi)多安裝少油斷路器或真空斷路器，斷路器所配的操動機(jī)構(gòu)多彈簧操動機(jī)構(gòu)或電磁操動機(jī)構(gòu)，也有配手動操動機(jī)構(gòu)或永磁操動機(jī)構(gòu)的。不同的開關(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，高壓開關(guān)柜的故障主要有以下幾類：  
（1）拒動、誤動故障：這種故障是高壓開關(guān)柜主要的故障，其原因可分為兩類：一類是因操動機(jī)構(gòu)及傳動系統(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）開斷與關(guān)合故障：這類故障是由斷路器本體造成的，對少油斷路器而言，主要表現(xiàn)為噴油短路、滅弧室燒損、開斷能力不足、關(guān)合時爆炸等。對于真空斷路器而言，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)為外絕緣對地閃絡(luò)擊穿,內(nèi)絕緣對地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓閃絡(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電壓等級發(fā)生載流故障主要原因是開關(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，小動物短路等。  
2、高壓開關(guān)柜的監(jiān)測與診斷方法  
針對高壓開關(guān)柜的不同故障類型，相應(yīng)有不同的故障檢測方法：  
（1）機(jī)械特性在線檢測，其監(jiān)測的內(nèi)容有：合、分閘線圈回路，合、分閘線圈電流、電壓，斷路器動觸頭行程，斷路器觸頭速度，合閘彈簧狀態(tài)，斷路器動作過程中的機(jī)械振動，斷路器操作次數(shù)統(tǒng)計(jì)等。  
（2）電氣性能在線監(jiān)測包括斷路器開斷電流加權(quán)值、滅弧室真空度等的監(jiān)測。利用不同開斷電流下的等效磨損曲線，累計(jì)每次電流開斷所對應(yīng)的相對電磨損，每臺斷路器的允許電磨損總量由其額定短路開斷電流及允許開斷滿容量次數(shù)來標(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)測包括母線連接處的溫度及斷路器觸頭溫度在線監(jiān)測。用于母線連接處溫升測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題。  
（4）絕緣性能在線監(jiān)測。高壓開關(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年間全國電力系統(tǒng)6～10ｋＶ開關(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，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。在上述情況下，在事故潛伏期都可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象，故可以通過對放電的監(jiān)測得到相關(guān)的信息。通常采用的監(jiān)測方法有交流泄露電流在線監(jiān)測和介質(zhì)損耗角正切在線監(jiān)測方法。