浅谈高压开关柜的在线监测与故障诊断

耿建国

【摘 要】本文对高压开关柜的故障表现和原因进行了介绍，主要列举了五种故障，对每一种故障的发生的原因和具体表现形式予以了阐述；对高压开关柜的在线监测的项目进行立刻详细的罗列，并对故障诊断的方法予以了阐述：针对以往的监测方法和现在的监测方法两者进行了简单的阐发，主要是对智能化和自动化监测技术对故障诊断方法的论述。

【关键词】高压开关柜；在线监测；故障诊断

0.引言

电力系统中非常重要的电器设备之一就是高压开关柜。然而，基于各种缘故，高压开关柜发生故障造成的危害是极为严重的。为了保证开关柜的正常运行，尽可能地减少维修次数，需要对高压开关柜的运行状态进行在线监测和已发生的故障进行诊断。诚然需要对故障问题的解决，就需要对高压开关柜进行在线监测，当发现故障的时候要采取相应的办法予以解决。在这个过程中，运用科技手段来诊断故障的方式方法显得尤为重要。

高压开关柜有两类，一类是户内式，一类是户外式；户内式的对象多为10KV及以下。按照一次线路方案的不同，可以分为：母线分段柜、进出线开关柜、链路油开关柜等。10KV进出线里面安装的真空断路器或者是少油断路器，断路器所本的操动机构大多数是电磁或者是弹簧操动机构，同时也有永磁或者是配手操动机构。然而不同的高压开关柜在结构上也有不同的结构，这就造成了高压开关柜结构上的差别，显然这在很大程度上将会影响到传感器的选择和安装。

1.高压开关柜的故障表现和原因分析

高压开关柜的故障主要有以下几种：

1.1开断和关合故障

出现此种故障的原因是断路器本体引起的，针对的也是少油断路器，出现的状况为：开断能力不足、灭弧室烧损、喷油短路、关合时发生爆炸等。然而“真空度降低、切电容器组重燃、波纹管漏气、陶瓷管破裂等故障是针对真空断路器来说的[1]。

1.2误动、拒动故障

高压开关柜最主要的故障就是误动、拒动故障。其缘故在于：一是辅助回路和电气控制造成，其表现的状况为：端子松动，二次接线接触不良，接线错误，分合闸线圈因转换开关不良而烧损，辅助开关切换不灵，以及操作电源、微动开关、合闸接触器等故障。二是传动系统的机械故障和操动机构造成。其具体表现为：脱扣失灵，部件变形，机构卡涩；位移或损坏；分合闸铁心松动、轴销松断、卡涩等。

1.3截留故障

开关柜隔离插头接触不良导致触头烧融是7.2～12KV电压等级发生的载流故障的主要原因。

1.4外力的影响或者是其他的故障

如果是遭受外力的影响或者其他的缘故也可能造成故障的发生。如：自然灾害、小动物短路、还有一些异物的撞击等等。

1.5绝缘故障

外绝缘对地闪络击穿是绝缘故障的表现。地闪络被内绝缘击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电通过电压闪络击穿，使得电容套管、瓷瓶套管闪络、污次、击闪、击穿、爆炸，从而干闪络提升，CT闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。

2.高压开关柜的监测项目

在对高压开关柜进行监测时，应该根据其故障所在综合考虑产品成本和技术水平等各种因素。普遍认为的监测应该包括：（1）合闸及分闸线圈电流—监测电磁铁及所控制的锁闩或阀门以及连锁触头在操作过程中的工作情况[2]。（2）合闸及分闸线圈回路—监测控制回路是否完好，有无断线。（3）断路器动触头行程—监测合/分闸过程的动触头行程曲线（4）合闸及分闸线圈电压—监测控制回路与电压是否正常。（5）合闸弹簧状态—监测弹簧机构的弹簧压缩状态。（6）断路器动触头速度—监测断路器运动速度，包括速度曲线刚分/合速度、平均速度、最大速度。（7）断路器动作过程中的机械振动—监测机械部分的卡涩、机构运动零件脱落，缓冲器性能，运行过程中有无非正常碰撞等。（8）断路器操作次数统计—监测断路器是否达到规定机械寿命次数或达到需要进行维修的次数。（9）导电接触部分温度—监测发热程度。（10）开断电流加权值—间接监测断路器灭触头（包括灭弧介质）烧损状况是否达到制造厂规定值[3]。

上述的监测项目中：（1）～（7）都是针对机械故障的，（8）和（10）是针对开断与关合故障的，（9）是针对载流故障的。

3.故障诊断方法

故障诊断方法经历了从传统到现代的过度，传统的诊断主要依靠的是人员积累的经验利用各种物理和化学的方法和原理，直接监测到故障并对其进行判断[4]。人工智能的理论应该和传统诊断故障的方法相结合，发展自动化和智能化的诊断方法。

人工智能专家诊断系统和模糊诊断方法是各种智能诊断方法中最为常用的，两者都是对征兆和故障之间的因果关系进行的正确分析作为前提的。两者都有其优缺点，并不能用理论的先进程度和智能化的程度作为评判的准则，而是应该根据发生的故障的表现形式和内在的本质来改变当前的方法，这个才是故障诊断技术发展的关键所在。

基于多种诊断方法优缺点的分析，且根据高压开关柜的具体情况具体分析，多种方式方法进行诊断还是很有必要的。可以从两个角度予以分析：一是对于有明确关系的特征和状态的故障（开关柜的大部分故障属于此类），可以用频域波形诊断、时域波形诊断或者是模糊诊断等方法；二是对于没有明确关系的特征和状态的故障，比如导电接触部分温升故障、合闸及分闸线圈断路故障，此时可以采用的方法为域值诊断法[5]。

4.结语

（1）高压柜应该对常见的故障应利用在线监测对这些故障进行确定监测，这些故障有：载流故障，开关与关合故障，绝缘故障，拒动、误动故障等等。

（2）故障诊断准确与否的关健所在是依据监测项目选择合适的传感器。

（3）故障诊断和在线监测取决于故障的随机性和模糊性、工作状态的多样性及其开关柜自身结构的多样性。

（4）信号处理方法的诊断方法和先进性的可靠性在很大程度上决定了在线诊断功能实现的可能性，假设能够把开关柜的特殊情况和现在有的一些相关方法结合起来，这个目标就可以成功地实现。

对高压开关柜的在线监测首先要发现问题所在，继而利用自动化或者是智能化的诊断技术对问题进行解决，做到及早发现问题，及时地解决问题。

【参考文献】

[1]袁大陆.全国电力系统高压开关设备十年运行状况述评.高压开关行业通讯，2009（5）.

[2]钱家骊，黄瑜珑，徐国政.智能化高压开关设备的开发与应用.高压开关行业讯，2011（12）.

[3]朱德恒，谈克雄.电绝缘诊断技术.北京：中国电力出版社，2009.

[4]张涵孚，何正嘉.模糊诊断原理及应用.西安：西安交通大学出版社，2011.

[5]朱德恒，谈克雄.电绝缘诊断技术.北京：中国电力出版社，2011.