在线监测技术在SF6高压断路器状态检修中的运用.doc

在线监测技术在SF6高压断路器
状态检修中的运用
陆云
（上海市超高压输变电公司，上海）
摘　要：针对上海超高压输变电公司近期开展的设备状态检修工作进行分析与研究; 从断路器设备的结构原理特点出发, 结合现有的监测技术及设备状况，对在线监测技术在SF6高压断路器状态检修中的运用提出相关的分析与研究。
关键字：高压断路器；大集控；状态检修；在线监测
0 引言
随着近年来上海电网的飞速发展，至2020年，上海超高压输变电公司（以下简称公司）所管辖的变电站数量规模将在目前82座的基础上翻番，为了应对变电站数量大幅增长给电网稳定运行所带来的挑战，适应现代化电网的发展潮流，大集控运行模式将是公司未来运行模式的发展方向。
状态检修技术的应用将运行管理的工作重心从值班、巡视转向设备状态管理和维护，有利于合理安排电力设备的检修、降低检修成本、确保系统稳定可靠运行，符合大集控运行模式的内在要求。而SF6高压断路器作为电力系统的重要执行元件, 是集故障检修、参数测量频次最多的一种重要电气设备，怎样完善断路器设备的在线监测手段, 准确搜集﹑分析其运行信息，进行故障诊断，是开展断路器状态检修工作的核心及难点。
1 在线监测技术的应用瓶颈
高压断路器状态检修是以其运行现状为基础的检修方式, 因此运用在线监测手段采集设备运行状态、诊断设备故障是实现断路器状态检修的基础技术。然而目前在公司，断路器在实际运行中状态不易做出准确判定，难以进行全面监测，主要存在三个主要问题：
（1）断路器结构复杂, 动作部位多而要求高,这使得对断路器的状态不易做出准确判定, 难以采集、确定影响设备状态的监测量，阻碍了监测设备的定型和发展。国内，目前尚未有成熟的断路器在线监测系统投入运行。
（2）站内现有的监测系统，其采样、通信方式已无法适应状态检修模式下对于在线监测的要求，且这些系统相互独立，监测数据无法共享。
（3）断路器的在线监测将存在大量的监测数据，目前尚依赖人工方式发掘分析，势必影响最终的状态诊断效果，无法准确、及时生成检修决策。
综上所述，由于目前公司断路器设备型号较多，设备状态不一，同质化较低，因此确定适合的在线监测特征量，探索一套适合设备运行情况，符合公司状态检修实际需求的在线监测手段是解决以上问题的关键。
2 确定可直接判断设备状态的在线监测特征量
在线监测是一种判断设备状态的方法，具有适时性、不间断的优点。SF6断其关键的性能参数可大致分为3 类:
(1)电气特性, 包括额定电流、额定短路开断电流、额定短路关合电流、工频耐压、 雷电冲击耐压等;
(2)时间特性, 包括开断时间、固分时间、分闸同期性、合闸同期性、分闸速度、合闸速度等;
(3)机械特性, 包括机械寿命、行程、超程、接线端子拉力等。
因此, 断路器在线监测的特征量一般应包括: 开断、关合一次电流及动作时间、各相保护电流、3I0电流、断路器动作时分合闸电流波形、开关触头行程位移、分合闸速度、储能电机储能电流波形、SF6气体水分、遥信等相关数据。然而由于设备种类较多，且包括相当数量的老旧进口或国产设备，质量良莠不齐，专业管理人员无法对各类设备的内部结构有深入的了解，在现有的技术条件的下，大部分特征量不具备在线监测的条件，即便有可监测的条件，也无法在同一平台下进行整合分析。
通过国际大电网会议和国家电力科学研究院的统计得出: ①操作机构的故障发生率较高, 机械故障的监测和诊断在高压断路器的在线监测中占重要的地位; ②由于电气控制和辅助回路工作电压等级较低, 易于安装传感器等监测设备, 故电气控制和辅助回路的在线监测和故障诊断是十分必要的。因此，归纳以下几种特征量为判断设备状态的主要对象：
表1：　判断设备状态的重要特征量

序号
监测内容
特征量
反映断路器的状态或用途
1
分合闸
线　圈
电压, 电流
①监测线圈回路的电气完整性
②间接判断断路器机械操作机构的情况
2
储能电
机线圈
电压, 电流
①监测电动机的工作情况
②间接判断液压机构的密封性
3
动触头运
动 特 性
分合闸时间
速度, 行程
超程
①反映同期性问题
②监测动力机构、 传动机构的运行情况以及连接状态
4
触头信息
三相电流,
壳体温升
①用于判断断路器的电寿命
②动静触头的对中情况
5
绝缘
绝缘支撑、
绝缘拉杆的
泄 露 电 流
①反映支持瓷瓶受损和表面积污情况
②反映绝缘拉杆的绝缘情况
3 在线监测技术的实际运用
对超高压公司近几年SF6断路器的设备缺陷和障碍进行分析发现，机构故障、SF6气体泄漏及微水超标的情况时有发生，成为影响设备状态的主要因素：
近年来，气动机构的断路器在运行中频频有故障产生，给整个高压输变电网络的安全运行带来了很大影响。如沈高厂早期的LW11-220型号曾发生过开关压缩机常打泵，有异声不建压并开关机构操作压力已低至闭锁值的情况。包括LW12-252型号也发生过开关B相处理开关分闸拒动缺陷后投运时发生内部放电的情况。
究其原因，气动机构断路器的故障主要产生于压缩机回路，由于南方地区空气中水分含量较高，进入压缩机后经压缩，空气中的水分很容易转化为液态水，与压缩机机油混合后会产生乳化作用，造成压缩机内部锈蚀、工作效率降低，活塞咬死等缺陷，造成断路器强迫停运。为防止断路器空气压缩机的机油乳化，目前采用的是定期对所有断路器空气压缩机更换机油，但即便依靠定期对空压机中的润滑油的进行更换也不能完全杜绝断路器因压缩机引起的事故，同时也不能有效的延长空压机的使用寿命。因此确定空压机油中的水份是日常维护工作的重要一环，根据现状，可研制空压机润滑油水分子在线监测系统，对空压机的工作状态进行在线监测。
通过电流波形法对开关机构的储能电机、分合闸控制线圈的波形进行在线监测以及对液压机构的压力和油泵运行情况的在线监测，可以完整的监测线圈回路的电气完整性，判断断路器操作机构的情况，间接判断液压机构的密封性，也应作为必要的在线监测手段进行运用。

机构在线监测-电流波形法 液压机构的在线监测
在08年度的设备状态评价中，共有7台断路器有SF6气体泄漏情况，其中6台因两次补气间隔小于半年被评价为异常状态。因此在SF6断路器上采用可靠的SF6气体泄漏在线监测仪是十分重要的，它既要检测SF6气体的泄漏又要测量SF6气体中含有的水分。目前可通过激光可视检漏确定漏气点位置，也有部分设备较难检出漏点，可采取带电补气维持其正常运行。
4 断路器在线监测系统需要解决的问题及建议
目前, 断路器在线监测系统,在许多单位都进行了尝试,积累了大量宝贵经验。 一些生产厂商也开发了一批在线监测装置,甚至一些软件开发商也在积极开发断路器状态检修管理系统。这给我们开展断路器在线监测工作提供了有利的条件。但是,断路器的一些重要状态量, 由于经费和手段等原因,还不能及时开展在线监测,还是要通过停电监测来执行。如SF6气体水分监测由于感应元件寿命限制，还不能进行长期在线监测等等。以上制约限制了断路器在线监测系统的全面发展。
为适应电力系统设备状态检修工作的开展,断路器生产厂商也应该有所作为。 如在断路器出厂时提供相应的监测接口,可以装设一些行程同步传感器, 研制生产一些借助现代电子技术的智能断路器等。随着社会的发展,技术的革新, 相信断路器的在线监测系统将得以完善, 在电力生产中会发挥越来越重要的作用。
参考文献
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