中压开关设备的智能化
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2020/9/24
Leabharlann Baidu
断路器故障诊断的难点
• 由于断路器是由灭弧室、操动机构等多个设备组合而 成，涉及电、磁、力学等多个方面，各种故障的表现 形式和产生机理千差万别。因此对断路器进行状态监 测并做出准确的故障诊断，必须了解断路器的工作特 性和故障特点。由于断路器本身所具有的特性，造成 了断路器状态监测工作的困难，这些特性可概括的表 述如下:
2020/9/24
真空断路器的特征参数及检测方法
• 根据国内外多年的运行故障统计和国内 外一些开关厂家的经验，能反映真空断 路器健康状况的参数主要有:真空度、动 触头行程、动触头超行程、动触头开距 、动触头速度、分(合)闸线圈电流、分( 合)闸时间、三相分(合)闸不同期性、合 闸弹跳时间、触头的电磨损、辅助开关 触点、绝缘和储能电机电流.
2020/9/24
断路器状态诊断的信号
用于判定断路器状态进行故障诊断的信号主要有如下 几种: • 选取断路器动作行程、三相分合闸同期性及历史数据 进行分析比较来诊断操动系统的故障。 • 对分(合)闸线圈电流波形进行详尽全面的分析，与正常 状态下的“指纹”电流波形进行比较。 • 根据振动信号分析来确定断路器的机械故障，采用离 线测量接触电阻的方法评估断路器活动接触处的劣化 状态及其载流状态。 • 通过测量断路器动作时触头两端的电压，以及分(合)闸 线圈线圈的电流，从这些信号中获取分(合)闸线圈时间 、燃弧时间、电弧电压、电弧能量等信息。
2020/9/24
中压开关设备状态监测
• 电力设备的状态检修是当前电力系统的 几大前沿课题之一。对开关电器而言， 状态检修的基础是利用现代传感器技术 和计算机技术对运行中的开关进行实时 状态监测，并对其健康水平进行评估或 诊断。因此，研究可靠的检测装置和检 测方法，包括监测绝缘以及电气参数的 劣化与故障，机械参数与物理参数的诊 断等，是开关智能化的重要组成部分。
• 与变压器、发电机、电容性设备相比，中压开关设备在线监测技 术起步较晚。
• 20世纪90年代，美国、日本开始研究断路器的在线监测，美国学 者率先给出断路器电寿命与开断电流的关系，提出“灭弧触头电 寿命”的概念，“全工况跳合闸回路完整性监视”的概念也是同 期提出的，此时的研究工作主要是围绕着断路器状态检修进行的 。随着研究的深入，都先后生产了自己的断路器在线监测装置， 不过都存在着只能对其中的一个或几个状态进行监测的问题。检 测结果的适用性和部分项目的检测手段仍然很不理想。
• 工作状态的多样性 • 产品结构的差异性 • 故障发生的随机性
2020/9/24
断路器的状态监测和故障诊断中 存在的主要问题
目前在断路器的状态监测和故障诊断中存在的主要问题是: • 现有的在线监测系统尚须对其设计和功能进行完善，缺乏数据积累，只
能简单参照历史数据记录。应该使监测系统实现数据库建立功能。 • 以往人们所关心的是机械参数的计算结果(只要结果偏离不大，就认为没
2020/9/24
主要内容
• 中压开关设备智能化的意义 • 中压开关设备状态监测与健康诊断 • 中压开关设备的智能化操作
2020/9/24
中压开关的智能化
• 在中压开关设备领域，智能化已经成为一种趋势，其动力首先来 自电力系统越来越高的可靠性要求及其越来越高的自动化程度。 现代供配电系统都要求在监测、控制及保护等方面完全自动化和 智能化，开关作为最重要的电力系统控制元件，其智能化则是上 述自动化与智能化的基础。为满足电力系统日益提高的可靠性要 求，电力设备的状态检修技术得到了飞速发展，这一技术要求设 备能自诊断、运行状态可控、能及时发现故障的前兆，这与开关 智能化的基本要求是一致的。因此，中压开关作为供电设备的基 本控制与保护电器，其智能化一般应从以下几个方面加以考虑： （1）对断路器的状态应能自动监测以提高其工作的可靠性；（2 ）应根据状态监测的信息实现开关操作的智能化； 智能化开关设备是变电站综合自动化、配电网系统自动化的 基础，它应保证上述系统安全、可靠、经济地运行。开关的同步 操作技术是开关智能化操作的重要内容之一，对电力系统可靠运 行具有十分重要的作用，同时也可提高开关的开断和关合性能及 运行可靠性。
2020/9/24
真空度
• 真空度是表征真空断路器性能的最重要的参数之一，如果真空断路器的 真空度不能满足正常工作要求的数值，则这台真空断路器就不能承担正 常的工作。根据试验，要满足真空灭弧室的绝缘强度，真空度不能低于 6.67x10－2Pa，工厂制造的新灭弧室要求达到7.5x10－5Pa以下，以此作 为真空灭弧室可靠工作的保证，这也是对真空灭弧室的真空度进行监测 的依据。
什么问题)而对机械运动过程细节关心不多。 • 许多系统的设计者将状态监测和故障诊断割裂来看，设计出来的系统只
是采集数据，虽然得到了大量的状态参数但基本上没有数据分析功能， 数据的整理、状态特征量的提取、分析仍然要靠人工完成。 • 监测仪器寿命过短(通常不超过10年)，精度不够高。 • 一般来说，状态的变化，设备由正常状态到故障的发生都是有一个过程 的。但是现有系统对故障机理研究尚不够透彻，监测与诊断的手段不多 ，获取的信息也不够全面，在故障的诊断率和诊断的正确率、系统的稳 定性等方面还存在问题。这些原因都使状态监测和故障诊断工作进展缓 慢。
2020/9/24
中压设备的状态监测与健康诊断
• 中压设备状态监测与健康诊断是实现定期检修向状态检修的关键。
电力设备的状态检修是当前电力系统的几大前沿课题之一。对开关 电器而言，状态检修的基础是利用现代传感器技术和计算机技术对运行 中的开关进行实时状态监测，并对其健康水平进行评估或诊断。因此， 研究可靠的检测装置和检测方法，包括监测绝缘以及电气参数的劣化与 故障，机械参数与物理参数的诊断等，是开关智能化的重要组成部分。
• 根据上述要求，目前实现真空度在线监测的方法主要有以下几种: 1）电光变换法，利用某些光学元件如泡克尔斯(Pockels)在电场中能改变 光学性能的原理，把与真空度对应电场的变化转换成光通量的变化，再 经光纤传到低电场区或控制系统中进行检测。 2）耦合电容，耦合电容法是根据局部放电测量原理提出来的。 3）利用旋转式电场探头测量屏蔽罩的直流电位 4）内置式双波纹管检测技术，利用外界气体压力和灭弧室内腔自闭力的 平衡原理实现真空度的在线监测。
Leabharlann Baidu
断路器故障诊断的难点
• 由于断路器是由灭弧室、操动机构等多个设备组合而 成，涉及电、磁、力学等多个方面，各种故障的表现 形式和产生机理千差万别。因此对断路器进行状态监 测并做出准确的故障诊断，必须了解断路器的工作特 性和故障特点。由于断路器本身所具有的特性，造成 了断路器状态监测工作的困难，这些特性可概括的表 述如下:
2020/9/24
真空断路器的特征参数及检测方法
• 根据国内外多年的运行故障统计和国内 外一些开关厂家的经验，能反映真空断 路器健康状况的参数主要有:真空度、动 触头行程、动触头超行程、动触头开距 、动触头速度、分(合)闸线圈电流、分( 合)闸时间、三相分(合)闸不同期性、合 闸弹跳时间、触头的电磨损、辅助开关 触点、绝缘和储能电机电流.
2020/9/24
断路器状态诊断的信号
用于判定断路器状态进行故障诊断的信号主要有如下 几种: • 选取断路器动作行程、三相分合闸同期性及历史数据 进行分析比较来诊断操动系统的故障。 • 对分(合)闸线圈电流波形进行详尽全面的分析，与正常 状态下的“指纹”电流波形进行比较。 • 根据振动信号分析来确定断路器的机械故障，采用离 线测量接触电阻的方法评估断路器活动接触处的劣化 状态及其载流状态。 • 通过测量断路器动作时触头两端的电压，以及分(合)闸 线圈线圈的电流，从这些信号中获取分(合)闸线圈时间 、燃弧时间、电弧电压、电弧能量等信息。
2020/9/24
中压开关设备状态监测
• 电力设备的状态检修是当前电力系统的 几大前沿课题之一。对开关电器而言， 状态检修的基础是利用现代传感器技术 和计算机技术对运行中的开关进行实时 状态监测，并对其健康水平进行评估或 诊断。因此，研究可靠的检测装置和检 测方法，包括监测绝缘以及电气参数的 劣化与故障，机械参数与物理参数的诊 断等，是开关智能化的重要组成部分。
• 与变压器、发电机、电容性设备相比，中压开关设备在线监测技 术起步较晚。
• 20世纪90年代，美国、日本开始研究断路器的在线监测，美国学 者率先给出断路器电寿命与开断电流的关系，提出“灭弧触头电 寿命”的概念，“全工况跳合闸回路完整性监视”的概念也是同 期提出的，此时的研究工作主要是围绕着断路器状态检修进行的 。随着研究的深入，都先后生产了自己的断路器在线监测装置， 不过都存在着只能对其中的一个或几个状态进行监测的问题。检 测结果的适用性和部分项目的检测手段仍然很不理想。
• 工作状态的多样性 • 产品结构的差异性 • 故障发生的随机性
2020/9/24
断路器的状态监测和故障诊断中 存在的主要问题
目前在断路器的状态监测和故障诊断中存在的主要问题是: • 现有的在线监测系统尚须对其设计和功能进行完善，缺乏数据积累，只
能简单参照历史数据记录。应该使监测系统实现数据库建立功能。 • 以往人们所关心的是机械参数的计算结果(只要结果偏离不大，就认为没
2020/9/24
主要内容
• 中压开关设备智能化的意义 • 中压开关设备状态监测与健康诊断 • 中压开关设备的智能化操作
2020/9/24
中压开关的智能化
• 在中压开关设备领域，智能化已经成为一种趋势，其动力首先来 自电力系统越来越高的可靠性要求及其越来越高的自动化程度。 现代供配电系统都要求在监测、控制及保护等方面完全自动化和 智能化，开关作为最重要的电力系统控制元件，其智能化则是上 述自动化与智能化的基础。为满足电力系统日益提高的可靠性要 求，电力设备的状态检修技术得到了飞速发展，这一技术要求设 备能自诊断、运行状态可控、能及时发现故障的前兆，这与开关 智能化的基本要求是一致的。因此，中压开关作为供电设备的基 本控制与保护电器，其智能化一般应从以下几个方面加以考虑： （1）对断路器的状态应能自动监测以提高其工作的可靠性；（2 ）应根据状态监测的信息实现开关操作的智能化； 智能化开关设备是变电站综合自动化、配电网系统自动化的 基础，它应保证上述系统安全、可靠、经济地运行。开关的同步 操作技术是开关智能化操作的重要内容之一，对电力系统可靠运 行具有十分重要的作用，同时也可提高开关的开断和关合性能及 运行可靠性。
2020/9/24
真空度
• 真空度是表征真空断路器性能的最重要的参数之一，如果真空断路器的 真空度不能满足正常工作要求的数值，则这台真空断路器就不能承担正 常的工作。根据试验，要满足真空灭弧室的绝缘强度，真空度不能低于 6.67x10－2Pa，工厂制造的新灭弧室要求达到7.5x10－5Pa以下，以此作 为真空灭弧室可靠工作的保证，这也是对真空灭弧室的真空度进行监测 的依据。
什么问题)而对机械运动过程细节关心不多。 • 许多系统的设计者将状态监测和故障诊断割裂来看，设计出来的系统只
是采集数据，虽然得到了大量的状态参数但基本上没有数据分析功能， 数据的整理、状态特征量的提取、分析仍然要靠人工完成。 • 监测仪器寿命过短(通常不超过10年)，精度不够高。 • 一般来说，状态的变化，设备由正常状态到故障的发生都是有一个过程 的。但是现有系统对故障机理研究尚不够透彻，监测与诊断的手段不多 ，获取的信息也不够全面，在故障的诊断率和诊断的正确率、系统的稳 定性等方面还存在问题。这些原因都使状态监测和故障诊断工作进展缓 慢。
2020/9/24
中压设备的状态监测与健康诊断
• 中压设备状态监测与健康诊断是实现定期检修向状态检修的关键。
电力设备的状态检修是当前电力系统的几大前沿课题之一。对开关 电器而言，状态检修的基础是利用现代传感器技术和计算机技术对运行 中的开关进行实时状态监测，并对其健康水平进行评估或诊断。因此， 研究可靠的检测装置和检测方法，包括监测绝缘以及电气参数的劣化与 故障，机械参数与物理参数的诊断等，是开关智能化的重要组成部分。
• 根据上述要求，目前实现真空度在线监测的方法主要有以下几种: 1）电光变换法，利用某些光学元件如泡克尔斯(Pockels)在电场中能改变 光学性能的原理，把与真空度对应电场的变化转换成光通量的变化，再 经光纤传到低电场区或控制系统中进行检测。 2）耦合电容，耦合电容法是根据局部放电测量原理提出来的。 3）利用旋转式电场探头测量屏蔽罩的直流电位 4）内置式双波纹管检测技术，利用外界气体压力和灭弧室内腔自闭力的 平衡原理实现真空度的在线监测。