智能变电站开关状态监测新技术

朱颉

摘要：开关的动作缓慢、跳合闸失败是影响供电可靠性的主要因素之一。上世纪八十年代末，英美等国提出了通过在运行中测量开关控制回路的相关特征参数来评价开关性能的概念。实践证明，该技术可以全面地评价开关状态，减少非计划停电时间，便于开展开关的状态检修。该文将对该技术的进行初步的介绍，文章最后将介绍美国TXU电力公司的一些应用经验。

关键词：状态检修；开关；跳合闸；线圈；电流；开关分析仪

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）31-7515-04

随着开关运行年限的增加，由于开关老化引起的故障会进一步增加。通常开关工作好坏主要是通过测量开关的绝缘状况，接触电阻的大小以及开关的动作时间等常规试验进行评价。但这些试验实际上还不能完全评价开关的工作状况。近年来一些基于这一概念的便携式开关分析仪开始投放市场，并在英国、美国、荷兰等国的电力系统投入使用，诊断出的开关故障包括开关机械机构润滑老化，跳闸、合闸线圈损坏，辅助结点脏，控制回路接线松开，变电站直流电源或电源充电器问题，控制电缆尺寸不正确，执行机构尾部弹簧调整不正确等。

开关故障一直是影响供电可靠性的主要因素之一。尤其是在西方发达国家，很多开关已经运行多年，由于开关的老化引起的供电事故频频发生。荷兰的一项关于供电可靠性的调查显示该国75% 的用户用电时间损失是由10kV配电开关故障引起的。如何有效地评价开关的运行状况，减少非计划停电时间成为各供电商关心的问题。

通常开关工作好坏主要是通过一系列常规试验来评价的。这些试验包括测量开关的绝缘状况，接触电阻的大小以及开关的动作时间。这些试验可以对开关的性能给出一个总体的评价，对于保证开关的可靠性是必不可少的。但是这些试验提供的信息过于粗略，无法精确、深入地给出开关工作的内部信息，难以为开关故障的分析、定位提供有效的支持，甚至有时还会掩盖故障信息。例如运行中我们怀疑某开关动作迟缓，开关退出运行后测量其动作时间，结果发现动作时间在规定范围以内。于是排除了开关本身的问题，转而怀疑继电器回路出现了问题。实际上尽管试验结果显示开关动作时间合格，动作迟缓仍然可能是由开关执行机构本身引起的。这种现象将在后面的应用实例中加以讨论。

通过在线测量开关控制回路的相关电气特征参数来评价开关性能的概念是由一些美国电力公司提出的。1989年美国南加州爱迪生公司率先在其输变电开关上使用了该技术。上世纪90年代，荷兰Essent 电力公司和美国TXU电力公司先后在生产中应用和发展了该技术。目前，该技术在英美等国已经获得了广泛的应用，应用的开关电压等级从12kV到230kV，开关类型包括油开关、空气磁性开关、SF6开关和真空开关等。

1 基本原理

该技术的基本思想是通过纪录开关跳合闸过程中控制回路的相关电气特征参数的变化轨迹来反映开关的健康状况。开关动作的好坏，尤其是开关机械执行机构的问题可以在这些变化轨迹中得到很好的反映。另外纪录的曲线还可以和同类型的其他开关进行对比，或者和该开关过去纪录的曲线进行对比，从而监视和评价开关的健康状况的变化。

过去该技术主要是通过在开关中植入数据采集设备实现的。这种做法的弊端在于检测设备通过硬接线的方式接入开关，用户往往会担心该附加装置的长期接入会影响开关工作的可靠性。另外由于检测装置固定在开关上，设备的成本很高，只有电网中的关键开关设备才会值得安装，而无法大规模的应用于那些事故频发的中低压开关。

欧美电力公司目前使用的是一种便携式的测量分析装置。该装置不需要硬接线，可以方便在开关运行状态下接入开关控制回路，从而捕捉到开关在第一次跳开时（实际动作）的信息，真实地记录开关的工作性能。需要指出的是，分析信号虽然是在运行状态下接入，但这不同于一般的在线连续监测。试验时需要开关跳开，真的动作一次。在线接入信号的目的是为了测量和记录开关在真正工作时的状态，即所谓的第一次动作信号，这对于进行开关故障诊断有着特殊的意义。例如开关的机械机构已经出现一定的卡涩，这个在开关第一次动作时会有比较明显的反应。如果像常规试验那样，等开关断开后，在隔离状态下测量开关的动作时间，由于开关最近刚刚动作过，卡涩问题就会减轻，动作时间会从新回到合格范围以内。这就解释了上文提到的为什么常规试验可能会掩盖故障信息。这样的开关如果不加检修重新投入运行，很有可能就会引起供电故障。

便携式开关分析仪的接线方式如图1 所示。检测的参数包括CT二次电流、跳合闸线圈电流和开关的直流电源电压。CT二次电流通过使用交流卡钳表测量CT 的任一相电流得到 （也可以用三个卡钳表测量每一相的电流），跳合闸线圈电流通过直流卡钳表直接卡取，直流电源电压通过直接并联测量。

3 结论

1） 通过纪录开关跳合闸过程中控制回路的相关电气特征参数的变化轨迹来反映评价开关的性能是一项非常有效的技术。该技术在生产中的应用可以有效的减少由于开关原因引起的非计划停电。

2） 便携式开关分析仪的出现为该技术在生产中的全面应用创造了条件。

3） 开关特征分析技术的应用有利于供电企业对开关实施状态检修，从而有效的降低检修成本，降低人力、物力的浪费，提高供电企业的劳动生产率。

4） 开关特征分析技术的应用便于建立开关的技术档案，从而为以后供电企业开关的选型、技术改造提供有效的技术支持。

5） 需要指出的是开关特征分析技术并不能取代过去的常规开关试验，即开关的绝缘状况和接触电阻的测量。通过合这些试验结合使用，可以进一步的提高开关的可靠性。

参考文献：

[1] 王林，鲁治淮.高压断路器状态在线监测系统[J].吉林电力，2005（5）.

[2] 高天云.西方工业国家设备维修技术的现状[J].国际电力，2002（2）.