高压开关柜在线监测及故障诊断

高压开关柜在线监测及故障诊断

周少楠

深圳市创银科技股份有限公司 深圳市南山区 518057

摘要：要想提高电力系统运行的安全性和稳定性，必须要保证高压开关柜的质量。高压开关柜在日常工作过程中难免会出现很多故障，导致电力系统并稳定运行。基于此，本文首先介绍了高压开关柜的主要故障及其原因，然后分析了高压开关柜的在线监测方式，最后提出了高压开关柜的故障诊断方式，希望可以为有需要的人提供参考意见。

关键词：高压开关柜；在线监测；故障诊断

对于电力系统而言，高压开关柜是不可或缺的一种电气设备，由于受到各方面因素的影响，导致其在实际运行中经常发生故障，进而使得电力系统的安全性得不到保障。因此，针对高压开关柜存在的故障，必须要进行在线监测且故障诊断，这样才可以及时有效的解决故障。

一、高压开关柜的主要故障及其原因

（一）拒动、误动故障

就高压开关柜来讲，在全部故障中最常见的形式包括拒动和误动故障，其具体表现在卡涩以及分合闸铁心松动等等；端子发生松动和接线不正确。每个故障导致的原因存在差异，主要包括两点，一是因为操动机构以及传动系统本身的机械故障而造成的。第二，因为电气控制以及辅助回路存在问题而引起的。

（二）开断和光合故障

其实，该类型故障的出现是能够防止的，由于故障的出现关键原因是因为各种类型断路器而导致的，而断路器的情况包括两种^[1]。第一，真空断路器。具体表现在真空度减少以及波纹管发生漏气等等。第二，少油断路器。其故障表现是以灭弧室烧毁以及喷油短路等等为主。

（三）绝缘故障

该类型故障有多样化的表现形式，由于闪络击穿而导致的绝缘故障包括电容套管爆炸、击穿、内绝缘对地以及相间绝缘对地等等。

（四）外力以及其他故障

整体来讲，该类型故障出现的原因具体包括小动物短路以及异物撞击等等。其实，该类型故障的出现很多都是能够避免的，但是有些是无法避免的。

二、高压开关柜的在线监测方式

高压开关柜在线监测方式的内容是以科学选择各类传感器为主。一般来说，高压开关柜的在线监测方式包括以下几点：

（一）温度传感器

在母线连接位置温度升高测量的传感器主要包括光微薄硅温度传感器以及石英传感器等等，其分别是用石英晶体以及硅片等等组成的CaAS晶体当做感温元件，将光纤当做传输介质，这样在很大程度上可以避免受到电子干扰而造成的影响。

（二）感应式位置传感器

通常，这种类型感应式位置传感器主要适用于对断路器分合处进行检测。此传感器只可以在操动机构的可动处进行安装，利用对操动机构的位置进行科学判断，了解断路器动触头的实际位置，此推断不具备可靠性。并且只可以对平均速度进行测试，不能对断路器动触头行程曲线进行测量，然而其仍旧能够当做统计断路器开断次数的重要依据。

（三）位移传感器

对直线位移进行测量的传感器类型各种各样，最常见的是差动电容器式以及差动变压器式等等。若对断路器动触头的行程曲线进行直接测量，必须要重视安装的问题。这些位移传感器都必须要在位移方向上将传感器和动触头导杆进行连接，实际安装过程中有很大的难度^[2]。间接的方式是有效地解决方案，能够将对光线敏感的团张贴在可动位置，利用光电接收以及发射对位置进行感知，进而获取行程曲线。因此，这样可以了解到断路器动触头侧速度特性，主要包括平均速度以及瞬时速度等等。

（四）压力传感器

此类型传感器可以对弹簧压力值进行测量，进而得知弹簧压缩的实际情况。然而这种方式必须要将压力传感器安装在操动机构中，非常不便。并且可以对储能电动机内部的工作电流波形进行测量，这样也能够间接对合闸弹簧的实际情况做出准确判断。

（五）振动传感器

此类型传感器主要是在监测震动中应用，因为需要监测的振动强弱范围相当广，从因为局部放电导致的微弱振动到因为故障造成的强大振动，都包括在内，必须要结合振动次数对监测参数以及相对应的传感器进行正确选择。比如：就加速度传感器来讲，其带宽超过200kHz，贴在被测试设备的表面上，而且可以对局部放电进行监测。就其他振动监测来讲，只需要使用低频振动加速度传感器就行。

三、高压开关柜的故障诊断方式

（一）根据规则的诊断方式

设备的特点往往是由很多选择的特点变量进行表示，设备的状况也是有很多选择的状态变量进行表示，因为设备的特点和设备的状态都不是对应的，所以必须要认真分析问题，合理制定诊断规则。结合每种诊断规则，可以将诊断划分成多种类型。第一，逻辑诊断。该争端不复杂，普遍应用。然而其将问题变得非常简单，容易诊断错误^[3]。第二，模糊诊断。故障诊断早期的很多诊断数据存在不确定性，也就是具有较强的模糊性，这时能够利用模糊集合论方式进行解决。在模糊诊断过程中，对于故障的程度可以用隶属度进行表示。现阶段，我国很多大型机械故障中广泛应用模糊诊断方式，获得显著的效果，很少出现诊断错误的情况。第三，统计诊断。此方法必须要有很多实验数据，而且结合图形做出诊断，但是不适宜实施在线诊断。

（二）根据样板的诊断方式

根据样板的诊断过程，其步骤主要体现在以下几点：第一，利用传感器获取可以表示设备状态的信号，这些信息就是初始模式。第二，对进入有用信号的干扰进行抑制，将特点都提取出来，进而形成一种待检模式。第三，比较待检模式和样板模式，明确故障类型。结合使用的各种样板模式，可以将诊断划分成以下几点：首先，阈值诊断。根据特征量是否高于阈值，进而对设备状态做出准确的判断^[4]。现阶段，我国电力系统中实施的预防性试验制度即阈值判断，此方式相当简单，然而无法全方位的判断，很有可能出现误报的情况。然后，时域波形判断。将测试获取的物理量伴随着时间变化的曲线和样板对照，进而对设备的实际情况进行判断。最后，指纹诊断。科学处理测试获取的数据，判断其中一种特殊图形和样本对照，此方式的基础是图形，所以不适应进行在线诊断。

故障诊断方式经历了漫长的过程，以往的诊断方式是运用一些化学以及物理的方式，直接对故障进行检测，而且做出准确的判断，其主要依赖人们长期积累的丰富工作经验。之后，人们开始在故障诊断中应用人工智能理论，逐渐将传统的诊断方式转变成自动化以及智能化的诊断方式，而且成为今后高压开关柜故障诊断的常见方法。设备故障诊断技术属于新兴学科，具有一定的复杂性，必须要利用不同的数学工具，比如：分形几何以及神经网络等等。并且需要结合故障的一些特点来准确识别，然后采用分类的模式识别技术，结合故障以及其特征量相互之间的数学表达式来分析的一种函数识别法。此外，就智能诊断方式来讲，普遍应用的是模糊诊断方式^[5]。其基础条件是客观分析故障和征兆之间的关系。事实上，不同的诊断方式，其优点和缺点都是有所不同的，应该结合故障诊断的本质以及特征，优化当前的方式，这样才可以进一步促进故障诊断技术发展。

结语：

总而言之，高压开关柜的在线监测以及故障诊断是非常可行的，其影响因素主要有两点，一是诊断方式的科学性和合理性，二是信号处理方法是否先进。相信只要将高压开关柜的一些特殊情况和现有技术相融合，必定可以真正实现此目标。

参考文献：

[1]杨武,丁丹,荣命哲,陈德桂,贾申利.高压开关柜的在线监测和故障诊断[J].电工技术杂志,2001(03):20-22+25.

[2]刘伟华.高压开关柜在线监测与故障诊断分析[J].机电信息,2013(21):78-79.

[3]黄彪. 高压开关柜综合在线监测与故障诊断系统[D].西安工程大学,2012.

[4]刘宝谋.高压开关柜的在线监测及故障诊断[J].大众科技,2005(11):130-131.

[5]幸晋渝,刘念.高压开关柜的在线监测与故障诊断技术[J].四川电力技术,2004(06):6-8.