基于IEC61850的高壓開(kāi)關(guān)柜綜合在線監(jiān)測(cè)研究

王金帥　祁欣　蘇友權(quán)

摘 要：近年來(lái)，隨著電網(wǎng)智能化程度的不斷深入，作為電力系統(tǒng)中的主要設(shè)備，高壓開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。為確保供電的可靠性，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施持續(xù)穩(wěn)定的在線監(jiān)測(cè)越來(lái)越重要。論文首先介紹了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及其常規(guī)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，然后闡述了國(guó)內(nèi)外對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并列舉了幾種監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比分析，最后總結(jié)了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)，以及提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能全面的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)智能化；高壓開(kāi)關(guān)柜；運(yùn)行狀態(tài)；在線監(jiān)測(cè)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.262

1 引言

作為電力系統(tǒng)中重要的電力設(shè)備之一，高壓開(kāi)關(guān)柜在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中常會(huì)發(fā)生因?yàn)橐恍┰虺霈F(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)惡化的情況，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)整體事故。因此，實(shí)時(shí)獲取高壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性具有至關(guān)重要的影響[1]。

由于高壓開(kāi)關(guān)柜故障的模糊性和隨機(jī)性，其發(fā)生故障不僅取決于設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)還與其歷史狀態(tài)有關(guān)，即便是同類故障其誘發(fā)的原因也存在一定的差異，而且同種原因還可能造成不同的故障。這就需要高壓開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)越來(lái)越趨于智能化。其中智能化模塊是集傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、電磁兼容技術(shù)與一身，使得在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)安全可靠地對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。

2 高壓開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)外對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)較早，高壓開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)正逐步進(jìn)入實(shí)用化階段。其實(shí)現(xiàn)手段是通過(guò)在高壓開(kāi)關(guān)柜中引入微處理器，對(duì)一些能夠反映高壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)地監(jiān)測(cè)[4]。不僅可以監(jiān)視設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)，還可以分析某些重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，捕捉潛在的和已經(jīng)存在的故障，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供依據(jù)。

在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)部分高校及科研機(jī)構(gòu)也開(kāi)始了在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究。浙江大學(xué)、華南理工大學(xué)等科研院校和國(guó)內(nèi)部分公司研制出了高壓開(kāi)關(guān)柜觸頭和母線溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。清華大學(xué)高電壓和絕緣技術(shù)研究所研制的 CBA-1 型高壓斷路器參數(shù)測(cè)量分析系統(tǒng)，也得到了實(shí)際應(yīng)用。

3 高壓開(kāi)關(guān)柜綜合在線監(jiān)測(cè)研究方法

據(jù)有關(guān)資料表明，在因高壓開(kāi)關(guān)柜故障造成的電力事故中，設(shè)備溫升故障、機(jī)械故障、絕緣故障占據(jù)了絕大多數(shù)。針對(duì)不同的故障類型，需要采取不同的監(jiān)測(cè)方法，而且針對(duì)同一種故障，監(jiān)測(cè)方法也各有千秋。

（1）溫升故障：在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的導(dǎo)電連接處會(huì)因電磨損、機(jī)械振動(dòng)磨損等原因造成接觸條件惡化，接觸電阻增加，從而引起接觸點(diǎn)的溫度升高，加劇接觸表面的氧化，導(dǎo)致局部熔焊或接觸松動(dòng)處產(chǎn)生火花，甚至電弧放電，最終造成電氣設(shè)備的損壞，導(dǎo)致用戶停電等重大事故。溫度在線監(jiān)測(cè)是預(yù)防此類故障發(fā)生的重要措施。文獻(xiàn)[5]提出目前常見(jiàn)的測(cè)溫方式有兩類：非接觸式測(cè)溫和接觸式測(cè)溫。其中非接觸式測(cè)溫應(yīng)用比較多，在實(shí)際應(yīng)用中該模塊電源是感應(yīng)式電源，從電力線獲取能量。其獲取的能量大小由電力線負(fù)荷的大小決定，由于電力線負(fù)荷的變化隨機(jī)性較大，故模塊常出現(xiàn)供電不足現(xiàn)象，種種約束限制了無(wú)線測(cè)溫方法的應(yīng)用。

（2）機(jī)械故障：斷路器最嚴(yán)重的機(jī)械故障是拒動(dòng)和誤動(dòng)。而引起此類故障的主要原因有兩個(gè)： 一是操動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械失效；另一個(gè)是電氣控制和輔助回路的故障[5]。針對(duì)此類故障，對(duì)高壓斷路器監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有三點(diǎn)：觸頭行程—時(shí)間特性監(jiān)測(cè)、分合閘線圈回路電流監(jiān)測(cè)、振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)。其中，行程—時(shí)間特性是斷路器機(jī)械特性的重要表征。

目前，直線位移傳感器存在著機(jī)械安裝不方便以及高壓隔離的問(wèn)題；角位移傳感器雖解決了高低壓隔離的問(wèn)題，但是其自身機(jī)械性能受到挑戰(zhàn)?？紤]到上述兩種位移傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，又產(chǎn)生了一種新型的位移傳感器—非接觸式位移傳感器，如半導(dǎo)體激光位移傳感器、渦流位移傳感器、紅外測(cè)距傳感器和超聲波位移傳感器等。這種傳感器目前正處于開(kāi)發(fā)研究階段。

（3）絕緣故障：表征絕緣特性的有很多參量，比如介質(zhì)損耗角正切、局部放電、泄漏電流等[5]。對(duì)于110KV以上的開(kāi)關(guān)局部放電故障是表征設(shè)備絕緣特性的重要因素。局部放電的檢測(cè)和評(píng)價(jià)作為絕緣狀況監(jiān)測(cè)的重要手段，可以動(dòng)態(tài)反映電氣設(shè)備的絕緣狀況，并實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備絕緣潛伏性故障的早期預(yù)警，通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析和處理有效避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。

在絕緣結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生局部放電時(shí)，會(huì)伴隨產(chǎn)生電脈沖、超聲波、電磁輻射、光、化學(xué)反應(yīng)，并引起局部發(fā)熱等現(xiàn)象。目前，通過(guò)測(cè)量伴隨局部放電而產(chǎn)生的電、光、聲和熱等信號(hào)衍生出很多在線檢測(cè)局部放電現(xiàn)象的方法。包括超聲波法、暫態(tài)對(duì)地電壓（TEV）法、超高頻（UHF）法以及紫外檢測(cè)法等。

4 總結(jié)

雖然我國(guó)對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究已10年有余，在技術(shù)上也取得了一些突破，但是一些關(guān)鍵性的問(wèn)題仍然存在。究其原因，有以下兩點(diǎn)：

1）技術(shù)上未能解決高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的影響。 主要表現(xiàn)在在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝為了不影響高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的安全，而犧牲了其本身的檢測(cè)精度；

2）管理上未能處理好在線監(jiān)測(cè)設(shè)備廠家與高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備廠家之間的關(guān)系。 主要表現(xiàn)為將具有“緊密聯(lián)系”的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備和高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備分開(kāi)招標(biāo)，造成了從設(shè)計(jì)到運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)職責(zé)劃分不清，影響在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的缺陷和故障的及時(shí)處理。

如何使得開(kāi)關(guān)柜與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一體化將是今后該技術(shù)的趨勢(shì)，使得這項(xiàng)技術(shù)具有整體性、兼容性和穩(wěn)定性3個(gè)特點(diǎn)。此外，對(duì)于還要根據(jù)實(shí)際的工程應(yīng)用對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)賦予特定的要求。

參考文獻(xiàn)：

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