浅谈在企业电网中实行状态监测的可行性和必要性

摘要：文章通过对自备电网的供用电设备运行现状的分析研讨，说明了实现企业自备电网高压供电设备实行状态检修的可行性以及对自备电网高压断路器装设在线监测装置的必要性，并阐明了使用在线监测装置对自备电网高压供电设备实施状态检修的重要性。

关键词：企业电网；状态检测；高压断路器；状态维修；在线监测

中图分类号：TP277文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）05-0102-02

随着社会的进步、经济的发展和人民生活对电力供应的依赖和敏感性越来越强，电力系统的安全运行日益受到电力系统供用电部门以及供用电管理部门的广泛关注和重视。在自备电网的供电系统中所使用的供电设备一般无法与国家大电网相比，如我公司目前普遍使用的小车式开关柜，由于断路器与开关柜之间采用插头联接，当小车与开关柜因制造、运输及安装不良等影响，都将引起触头接触不良，接触电阻增大，出现触头温升过高，甚至烧毁，造成停电，这些现象在大电流开关柜如进线柜上尤为突出，且影响极大。为避免此类事故的发生，造成电力系统供电不稳定，开展电力设备的在线监测与故障诊断可及时发现设备中的隐患，防止突发事故；也可避免现行预防性维修制度有可能带来的维修不及时或过度维修的固有弱点，在线监测可变预防性维修为预知性维修即状态维修，因而能够显著提高设备的运行可靠性并减少维修费用，在线监测系统的应用将会带来巨大的经济和社会效益。

一、可行性分析

自备电网大都是有自己的发电厂以及输配电设备组成一个完整的电力系统；但它与国家电网或区域电网都有不同程度的联系；它们的安全运行程度如何也将直接影响到大电网的安全、可靠运行。下面我就以我们矿区电网为例来分析说明自备电网提高安全运行可靠度的可行性方案。大屯矿区电力系统是属于自备电网系统，它由一个发电厂、28条35KV线路、2条110KV线路，2条220KV线路，一座220KV变电所，一座110KV变电所，10座分部在4个矿井和中心区的35KV变电所以及各单位、居住区30多座6KV变电站、箱式变电站组成。在这个电力网中，35KV以上的高压断路器就有88台，系统中10KV断路器均为室内式，35KV断路器大部分为室内式，一小部分为室外的，这为我们装设断路器在线监测系统提供了良好的基础。同时变电站中由微机保护装置实现的各种保护功能以及测量功能、控制功能、状态监测功能等作为高压开关的安全运行的保障，使得实现高压开关状态检修成为可能；况且目前我们普遍使用的真空断路器或F6S断路器都是属于免维护供电设备，运行人员很难通过日常的设备巡视工作，发现设备存在的隐患和缺陷；如果我们仍然执行过去的定期检修规程，对现在使用新型的高压供电设备进行维护检修，造成了大量人力、物力、财力的浪费；同时不考虑开关运行情况的好坏，对高压供电设备一律实行的定期检修制度，也使得高压断路器使用寿命大大缩短。

按照设备寿命周期特征曲线（浴盆曲线原理）分析可知，对于实行大修理制度的设备来说，由于设备大修并没有改变原有的设计结构，也未提高设备的固有可靠度；大修并没有把磨损零件全部更新，往往只更换了磨损严重的部分，有时也因缺乏配件而未能及时更换，因此余留下的那些零件很快就会进入磨损期而告损坏；就某些型号的设备来说，使用维修单位的大修技术还不如设备制造厂的技术，况且缺少专用的加工设备，因此大修后设备质量和可靠性较各设备制造厂出厂水平有逐次降低的情况；所以大修后的浴盆曲线的各种参数一般会有最高故障可能逐次增大的现象，因此供电设备要求按实际运行情况进行及时维修的渴望已越来越迫切；对于目前大屯矿区高压供电设备的现代化程度以及运行现状而言，已完全可以进入状态检修状态；当然这必须有在线监测装置的实时监测，及时为设备维护人员提供准确、可靠的维修信号，从而确保电网的安全运行。

目前我们使用的微机保护装置上的状态监测只包括操作计数、气体压力监测、断路器跳合闸、电气老化监测、断路器运行时间记录、辅助监视等，不能充分体现高压断路器的性能好坏，因此在高压断路器上装设在线监测系统，由该系统通过多传感器信息的融合处理，得出电力设备性能的特征量，为专家系统对电力设备在运行状态下的性能和故障诊断提供依据。在线监测系统具有经济、快速、安全、准确、便捷的特点，是电力系统设备状态检修的重要技术支持系统和有力依据。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，使得对高压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。它对于保证高压开关柜的正常运行，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。

二、在线监测装置推广应用的重要性

断路器是变电系统重要的主设备，其数量最多，而故障率在电网中所占比例仅次于线路故障，是变电设备中主要监测对象。

根据国际大电网会议对高压断路器的可靠性所作的两次世界范围调查以及我国对高压开关事故统计分析均表明，高压断路器故障80%是机械的原因。大多数故障是操作机构的问题。以往对高压断路器机械性能的检查主要是在设备交接及停电期间结合检修，定期进行预防性试验，更换部件，检查操作机构的机械性能。经验表明，频繁的操作及过度的拆卸检修会降低高压断路器动作的可靠性，同时频繁的动作也使得以断路器动作次数为使用周期的各类高压开关使用寿命缩短了许多；更换高压断路器的资金投入远远超过配置一套在线监测装置费用。因此，对高压断路器实施状态诊断或实时在线监测，及时了解其运行状况，掌握其运行特性变化及变化趋势，对提高其运行可靠性，实现高压供电设备的状态检修极为重要。现在断路器在线监测诊断系统产品的产生，改变了断路器原有的计划检修制度，使状态监测得以实现，并使建立科学管理体系成为可能，从而达到不间断地诊断设备健康状况，有选择性地进行检修维护，使对高压设备的维护检修完全可能安全地进入到状态检修模式。

国外电力设备的状态检修技术发展很快，据报道实施状态检修可使电力系统中每年用于设备检修的费用降低25%～50%，故障停电时间减少75%，在电网广泛采用断路器在线监测诊断系统后，将会降低运行成本、提高设备可用率、大大缩短设备年度停电时间、提高电网供电可靠率，产生很大的社会经济效益。供电企业近五十年来一直贯彻执行计划检修和故障检修制度其本质特征是不论设备实际状况如何，只要“到期”就要“检修”，盲目性大。结果造成大量人力物力的无效投入，增大计划停电时间，同时还增大人身事故和误操作事故的可能性。从而严重制约供电可靠率的提高，而供电可靠率是评定一个企业电网先进性的重要指标。

在充分了解国内外维修策略及深入总结、分析我公司多年来维修实践的基础上，可以证明在高压断路器上装设在线监测装置是切实可行的，是实现大屯矿区电力系统供电设备状态检修的基础。我国现在已经开发研制了多种“断路器在线监测诊断系统”，通过电力系统实际运行效果表明其性能稳定、监测点齐全、数据真实。使运行人员能随时方便、直观地得到断路器运行中的各种参数信息，给专家和使用单位领导、技术人员、运行人员提供了真实、详细、可靠的设备运行资料，为电力系统设备可靠运行提供了保障。

三、在线监测装置完成的功能

（1）分别测量断路器在正常开断、空载开断、故障开断时的电流值；（2）分别累计断路器在正常开断、空载开断、故障开断的动作次数；（3）实时记录断路器在正常开断、空载开断、故障开断的动作时间；（4）实时记录断路器开断时分闸线圈电流波形及动作时间；（5）实时记录断路器开断时三相电流波形；（6）实时记录断路器合闸时合闸线圈电流波形及动作时间；（7）实时记录断路器辅助接点的动作状态；（8）实时记录断路器动作的机械全过程；（9）累计断路器三相电流的折断容量；（10）监测并显示实时的运行负荷电流；（11） 实时记录储能电机的工作时间，工作电流；（12）提供RS-422通信接口与网络实施远传；（13）提供波形数据打印。

四、结论

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，因此应该采用多种方法结合来进行故障诊断。

由于高压开关故障在线诊断技术的进步，开关设备的管理和维修将发展到状态维修的新阶段。本论文中推荐使用的断路器在线监测装置，适用于电力系统及各厂矿、企业、发电厂、变电站中，它能实时监测断路器的运行状态；在断路器运行异常时记录变化的参数量，从而分析判断断路器的电气与机械特性是否正常，为保证电力系统电网的安全运行，早期发现断路器的电气、机械、回路异常，提供了可靠的数据参考，从而提高了对断路器的运行管理水平。对于自备电网的企业来说，在电力系统实现状态监测是保证电网安全的重要手段。在大屯矿区如能实现对高压供电设备的在线监测将会大大提高电力系统运行的安全、可靠性，确保矿区供用电安全，同时也能为大屯矿区的主业煤炭生产的发展，提供强有力的基础保障。

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作者简介：程晓萍（1963-），女，安徽肥东人，上海能源股份有限公司发电厂供电技术科工程师。