一、概 述

    對(duì)電力設(shè)備而言，傳統(tǒng)的定期檢修不但影響供電的連續(xù)性，而且難以避免突發(fā)事件因檢修不及時(shí)造成的停電事故及檢修本身給設(shè)備帶來的損壞，

高壓開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)

。狀態(tài)檢修是指一種科學(xué)的設(shè)備運(yùn)行管理方式，旨在利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，得到其完好水平的評(píng)估或診斷，進(jìn)而對(duì)異常現(xiàn)象或故障有針對(duì)性地采取檢修措施，以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。實(shí)施狀態(tài)檢修可使操作者清楚地掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，能在線檢測(cè)出故障隱患，及時(shí)地給出檢修對(duì)策。國(guó)外電力設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)發(fā)展很快，據(jù)報(bào)道實(shí)施狀態(tài)檢修可使電力系統(tǒng)中每年用于設(shè)備檢修的費(fèi)用降低25%～50%，故障停電時(shí)間減少75%.對(duì)供電可靠性貢獻(xiàn)極大。狀態(tài)檢修的意義在以下幾個(gè)方面：1)減少系統(tǒng)停電檢修的盲目性和損害性，降低供電成本;2)及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障隱患，提高供電可靠性;3)能準(zhǔn)確反映電力設(shè)備的使用壽命程度、安全指標(biāo)，保證系統(tǒng)始終處于可控狀態(tài)。

    目前，電力設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)發(fā)展很快，如按設(shè)備分類大致可分幾大領(lǐng)域：發(fā)電設(shè)備的狀態(tài)檢修，輸電線路狀態(tài)檢修，高壓開關(guān)的狀態(tài)檢修以及電容器、電抗器、互感器等輔助電器的狀態(tài)檢修。本文將討論高壓開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)檢修問題，把要做的工作歸納為以下幾個(gè)方面：1)開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)及故障診斷：研究可靠的檢測(cè)裝置和檢測(cè)方法;絕緣以及電氣參數(shù)的劣化與故障，機(jī)械參數(shù)與物理參數(shù)的診斷等;2)開關(guān)設(shè)備狀態(tài)檢修的管理軟件，包括診斷數(shù)據(jù)的處理、設(shè)備狀態(tài)的認(rèn)定及檢修對(duì)策、老化與壽命累計(jì)及相關(guān)的檢修判據(jù)等。系統(tǒng)應(yīng)能存儲(chǔ)每臺(tái)設(shè)備所有信息，包括設(shè)備臺(tái)帳、安裝調(diào)試記錄、設(shè)備映陷記錄、歷次測(cè)試記錄、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，對(duì)比較直觀的故障給出檢修對(duì)策;3)電力設(shè)備的可靠性指標(biāo)、檢修技術(shù)判據(jù)及檢修管理標(biāo)準(zhǔn)等。

    上述三方面的工作相互關(guān)聯(lián)，而第一個(gè)問題是實(shí)施該技術(shù)的前提與基礎(chǔ)。作為狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可以按其工作性質(zhì)進(jìn)行分類研究。

    二、開關(guān)絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)

    開關(guān)設(shè)備的絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)包括介損，局放，漏電流等指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)和停電檢測(cè)。絕緣在線監(jiān)測(cè)在高電壓工程及高壓電器領(lǐng)域中多年來一直有專題研究，目前與開關(guān)有關(guān)、應(yīng)用比較成功的方面主要有：開關(guān)電容套管的電容量的變比、介損的在線檢測(cè)，系統(tǒng)漏電流的檢測(cè)。而較難實(shí)施的則是以GIS為代表的封閉式高壓、超高壓開關(guān)設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測(cè)。文[1]介紹了提取局放產(chǎn)生的特高頻信號(hào)來監(jiān)測(cè)GIS絕緣狀態(tài)的方法。SFo氣體的高絕緣強(qiáng)度使GIS中的局放輻射頻率很高的電磁波，最高頻率可達(dá)GHz量級(jí)，而一般的氣體中局放以及電力系統(tǒng)中的干擾電磁波都在特高頻段以下。利用這一特性.就可以在電磁波可以輻射出來的位置如盆式絕緣子處檢測(cè)到局放，并可根據(jù)同時(shí)在不同位置上測(cè)到的信號(hào)相位，進(jìn)行局放定位。

    絕緣問題一般可以泄漏電流的形式反映出來，污穢造成的閃絡(luò)事故也可通過泄漏電流的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其前兆。文[2]介紹了在線檢測(cè)變電站污穢造成的泄漏電流增加，有很大的實(shí)用價(jià)值，研究表明：在臨近閃絡(luò)時(shí)絕緣表面會(huì)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間很短、幅值很高的電流脈沖。如測(cè)整體設(shè)備，可在統(tǒng)一接地處串一分流器或電流互感器，這樣在閃絡(luò)發(fā)生前就能測(cè)到前兆電流脈沖。

    除了在線檢測(cè)外，某些絕緣狀態(tài)可以根據(jù)停電檢修或備用時(shí)檢測(cè)結(jié)果得出，如密封橡膠的老化狀態(tài)、復(fù)合絕緣的表面狀況等。因此，絕緣狀態(tài)檢測(cè)比在線檢測(cè)所包含的信息更多，要求也更全面。

    三、機(jī)械與物理參數(shù)的診斷

    機(jī)械狀態(tài)的診斷旨在考查開關(guān)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作參數(shù)的變化和機(jī)械故障，它關(guān)系到滅弧系統(tǒng)的工作正常與否。機(jī)械故障的檢測(cè)通常直接采用診斷機(jī)械振動(dòng)的方法，理論上可以得到所需要的信息。但在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，信號(hào)的機(jī)電轉(zhuǎn)換失真嚴(yán)重，效果一般不理想，

管理資料

《高壓開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)》(http://salifelink.com)。文[3]介紹了聲譜色度變換法：把傳感器與光纖繞在開關(guān)殼體或動(dòng)導(dǎo)電桿上，通過特制的光信號(hào)過濾器測(cè)量波動(dòng)自干涉斑紋圖樣，包含了斷路器操作時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械與聲的振動(dòng)信息，應(yīng)用色度變換，把所有信息壓縮到色度坐標(biāo)中，可以解決信號(hào)傳輸?shù)膯栴}。對(duì)于常見故障，由于開關(guān)所有的機(jī)械動(dòng)作都是由機(jī)電轉(zhuǎn)換完成的，相應(yīng)的電量變化應(yīng)能反映出機(jī)械系統(tǒng)的變化。如傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生卡滯時(shí)，驅(qū)動(dòng)線圈的電流就會(huì)發(fā)生變化，脫扣系統(tǒng)產(chǎn)生卡滯時(shí)脫扣電流波形也會(huì)產(chǎn)生變化，信號(hào)處理系統(tǒng)如能分辨出這些變化，就可發(fā)現(xiàn)故障的前兆，給出檢修報(bào)警信號(hào)。這種以電量為基礎(chǔ)的工作狀態(tài)分析顯得更實(shí)用一些。

    開關(guān)的動(dòng)觸頭行程和時(shí)間的關(guān)系可反映其機(jī)械參數(shù).因此要求傳感器頻率響應(yīng)好，測(cè)試精度高。文[4]給出了一種應(yīng)用半導(dǎo)體器件檢測(cè)觸頭行程和速度方法。在與動(dòng)觸頭連接的開關(guān)某一部位上裝一霍爾元件，井讓它隨開關(guān)動(dòng)作在一梯度磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，當(dāng)霍爾元件輸入一恒定電流時(shí)其輸出電壓即可反映動(dòng)觸頭的位移。霍爾元件有很高的靈敏度和很好的頻率響應(yīng)，脫離了電接觸，這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外智能化開關(guān)的位移檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。

    在物理參數(shù)診斷方面較為突出的是SF6設(shè)備的氣體密度監(jiān)測(cè)受真空開關(guān)真空度的在線監(jiān)測(cè)，前者目前有較成熟的手段與儀器。而后者在國(guó)內(nèi)則仍是前沿課題。文 [5]介紹的電光法是目前最為可靠的檢測(cè)方法。當(dāng)真空開關(guān)真空度處于良好狀態(tài)時(shí)，閉合的真空開關(guān)觸頭與屏蔽罩間以受屏蔽罩與接地的開關(guān)構(gòu)架板之間可等效為兩個(gè)串聯(lián)電容，滅弧室外部空間對(duì)應(yīng)屏蔽罩附近的電場(chǎng)由兩等效電容的分壓決定。當(dāng)真空滅弧室的真空度劣化時(shí)，屏敝罩電位幾乎與閉合觸頭的電位相等，外部空間的電場(chǎng)就要發(fā)生變化。直用對(duì)電場(chǎng)變化反映極靈敏的電光元件測(cè)出這一變化，就可以在線檢測(cè)到真空開關(guān)真空度的變化，

    四、電氣參數(shù)的劣化監(jiān)測(cè)

    開關(guān)電器的溫升直接反映了其電接觸的狀況，是人們時(shí)常關(guān)心的電氣參數(shù) 開關(guān)工作時(shí)的電弧形態(tài)與電弧電壓則是最難診斷的狀態(tài)。此外，開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制回路故障也常使開關(guān)整體失效如脫扣線圈的斷線故障。

    預(yù)埋熱電偶.體外紅外探測(cè)等溫升在線監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)比較成熟了，脫扣線圈斷線檢測(cè)因?qū)偌冸娐穯栴}，有實(shí)用電路供人們選用，而電弧電壓的在線監(jiān)測(cè)則因其信噪比問題而有相當(dāng)?shù)碾y度。因此，高電場(chǎng)環(huán)境下的電參數(shù)傳輸?shù)蕉�次控制系統(tǒng)，電磁兼容問題比較突出。研究表明，系統(tǒng)中常態(tài)噪聲是工頻50Hz及其高次諧波，一次回路中發(fā)生的任何形式的暫態(tài)過程f如各種過電壓和各種短路故障)以及載波通訊信號(hào) 都會(huì)通過不同的途徑耦合到二次系統(tǒng)。此外，高電場(chǎng)引起的電暈及污閃也要產(chǎn)生電磁輻射，二次控制回路的大功率合閘電磁鐵也會(huì)對(duì)電量傳輸帶來擾動(dòng)。解決電磁兼容問題就要從干擾源人手，嚴(yán)格屏蔽、隔離與接地措施，信號(hào)的數(shù)字化可以大大緩解干擾的影響程度，若引入光電轉(zhuǎn)換就可以從根本上解決這個(gè)問題.

    電氣方面最難監(jiān)測(cè)的是開關(guān)電弧的狀態(tài)，文[5]給出的色度方法為電弧狀態(tài)診斷提出了一種新的解決途徑，但涉及開關(guān)滅弧室結(jié)構(gòu)的改變，對(duì)現(xiàn)有開關(guān)來說還有很遠(yuǎn)的道路。目前比較現(xiàn)實(shí)的還是想辦法從電弧電壓人手，研究電弧電壓與電弧狀態(tài)的關(guān)系。

    五、老化監(jiān)測(cè)，壽命累計(jì)及相關(guān)的檢修判據(jù)

    狀態(tài)檢修判據(jù)的研究包括兩方面的內(nèi)容，一是檢測(cè)到的故障征兆或老化與劣化的狀態(tài)評(píng)判，二是設(shè)備工作壽命終了的判定。由于開關(guān)動(dòng)作分散性很大，應(yīng)以實(shí)際工作壽命的累計(jì)為判據(jù)，全面評(píng)估狀態(tài)健康水平。由于開關(guān)開斷電流的大小與電磨損量是非線性關(guān)系，在壽命累計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行加權(quán)處理。

    由于狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)工作還比較分散，目前急需結(jié)合實(shí)際開發(fā)綜合分析與判斷的系統(tǒng)軟件。這方面的工作應(yīng)包括建立開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)分析診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程相互傳遞，以便及時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)取得的測(cè)試數(shù)據(jù)，井將有關(guān)規(guī)定及設(shè)備的處理意見及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，對(duì)設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的判斷，并對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的異常情況給出有意義的參考意見。電力系統(tǒng)應(yīng)建立狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)庫，以存儲(chǔ)每臺(tái)設(shè)備所有信息。進(jìn)一步的工作還應(yīng)包括建立有關(guān)狀態(tài)檢修的技術(shù)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合前述的基礎(chǔ)工作形成綜合分析軟件(印專家診斷系統(tǒng))。