电力开关柜在线监测技术研究

《电力开关柜在线监测技术研究》

调研报告

华南理工大学电力学院

2010年4月

目录

1 概述 (3)

2 电力开关柜故障类型及在线监测的特征量 (4)

2.1高压开关柜的故障分类及特点 (4)

2.1.1高压开关柜的故障主要特点 (4)

2.1.2高压开关柜的故障主要类型 (4)

2.2高压开关柜在线监测的特征量及实现方法 (5)

2.2.1机械特性在线检测 (5)

2.2.2电气性能在线监测包括断路器开断电流加权值、灭弧室

真空度等的监测 (6)

2.2.3温度在线监测包括母线连接处的温度及断路器触头温度

在线监测 (6)

2.2.4 绝缘性能在线监测 (6)

3电力开关柜在线监测方法过程分析 (7)

3.1机械特性在线检测 (7)

3.2电气性能在线监测包括断路器开断电流加权值、灭弧室真空度

等的监测 (8)

3.3温度在线监测包括母线连接处的温度及断路器触头温度在线

监测 (11)

3. 4绝缘性能在线监测 (13)

4调研结论 (15)

1 概述

高压开关柜是电力系统中非常重要的电气设备，高压开关柜在电力系统中担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重功能。随着电力向着高电压、大机组、大容量的迅速发展,电网日益扩大以及变电站无人值班管理模式和综合自动化的普及推广,高压开关柜的安全运行越来越重要，而且现代电力系统对电能质量的要求越来越高,相应地对高压开关柜的可靠性也提出了更高的要求。同时,随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展,使得对开关柜的运行状态进行在线监测,及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为可能。它对于保证开关柜的正常运行,减少维修次数,提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有重要意义。

高压开关柜分户内式和户外式两种,10 kV及以下多采用户内式,根据一次线路方案的不同,可分为进出线开关柜、联络开关柜、母线分段柜等。10kV进出线开关柜内多安装少油断路器或真空断路器,断路器所配的操动机构多弹簧操动机构或电磁操动机构,也有配手动操动机构或永磁操动机构的。不同的开关柜在结构上有很大的差别,这将影响到传感器的安装和选择。

开关柜发生故障，直接的危害是被电器设备所保护的线路、设备受损，电量损失;间接的危害则是造成用户大面积停电。为确保供电的可靠性，电力部门采取定期试验和检修的办法来保证开关柜正常运行。定期检修增加了电力设备的运行费用和停电时间，甚至于增加了设备的故障率，并且在检修的间隔还是有故障发生。因此，迫切需要对开关柜实行状态检修，对设备运行状况进行实时和定时的在线监测，根据设备的运行状态和绝缘的劣化程度，确定检修时间和措施，减少停电时间和事故的发生，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。

目前对电气开关柜、高压电缆及接头、大电流接点等易发热部位的监测手段大多采用手持式红外线测温仪定期进行,而大部分高压开关柜属封闭式结构,柜内高压电缆、母排连接点、刀闸触点等易发热位置的温度均须打开后盖板监测,破坏安全性能,危及值班人员人身安全,因此变电站内封闭式开关柜难以实现安全准确测温,造成柜内设备缺乏跟踪监测手段,不能及时发现柜内设备发热点,设备的安全可靠性得不到有效保证。开关柜中开关中的触点和母线排连接处等部位因老化或接触电阻过大而发热,而这些发热部位的温度无法监测而极易导致设备烧毁或突然停电等事故。

高压开关柜内闸刀触头、电力电缆进出线的接头接触不良时,接触电阻增大,在负载电流流过时会产生发热现象,过热会引起金属材料的机械强度下降,绝缘材料老化并可能导致击穿,形成事故。因此,测量和监视高压开关柜内接头的温度,是避免重大事故发生及控制故障恶化的有力手段,对于保证高压开关柜的正常运行,提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有非常重要的意义。为此有必要对电力开关柜进行可靠的实时监测,以避免事故的发生。

封闭式开关柜安装在线监测装置能够实现柜对内发热部位的准确、及时检测,实现对设备动态监控,及时发现和处理设备隐患,防止隐患扩大。同时具有局域网络接口,可与管理网络相连,实现信息共享。

本文对于开关柜的四种实时监测方式进行调研，并主要介绍高压柜温度监测

方式的监测原理及装置。

2 电力开关柜故障类型及在线监测的特征量

2.1高压开关柜的故障分类及特点

要进行状态检修对设备实行在线检测，必须对故障的类型特点进行分析从而确定检测的项目。由于高压开关柜是多个电气设备的组合，其内部涉及电、磁、温度等多种物理现象，故障的表现形式和产生机理千差万别，因此要对开关柜进行在线监测并做出较准确的故障判断乃至故障预测，必须了解开关柜的工作特性和故障特点。

2.1.1高压开关柜的故障主要特点

高压开关柜的故障主要有以下几个特点:

（1）元件的多样性

元件的多样性导致了故障形式的多样性，开关柜内存在多个电气元件，不同的元件有不同的故障表现。例如，对于母线，其故障表现为连接处的接触电阻过大从而引起异常升温;对于绝缘拉杆，其故障表现为绝缘性能下降。故障形式的多样性给传感器的选择带来了困难，所选传感器的类型、性能、数量和安装部位将直接关系到诊断的可信度。

（2）状态的多样性

在不同的应用场合，开关柜的工作状态有很大差别。例如对于其中的断路器而言，有些断路器需要频繁接通与分断，而有些断路器则在投运后，几乎不动作，有些在寿命期限内要多次开断短路电流，而有的则一次都不用开断。这种工作状态上的差异性给断路器的在线监测和故障诊断带来了困难。例如通过断路器动触头的行程曲线，可以获知断路器操动机构的运行情况，但如果断路器投运后，长期不执行分断关合动作，则无法获取行程曲线。

（3）故障的随机性和模糊性

电气设备的故障不仅取决于设备的当前状态，还跟它的历史状态有关系;同一种故障可能是由不相关的多种原因造成的，而同一种原因又可能造成不同的故障。对于同样的状态参数，故障可能发生也可能不发生，故障的严重程度也会有差别。所有这些都表明，开关柜的状态变量与故障特征变量之间存在复杂的时变非线性映射关系，这种映射关系也反映了故障发生的随机性和模糊性。

2.1.2高压开关柜的故障主要类型

高压开关柜的故障主要有以下几类:

（1）拒动、误动故障

这种故障是高压开关柜最主要的故障,其原因可分为两类:一类是因操动机