发布时间 : 星期二 文章成套开关设备状态检测故障诊断郭晶毕业设计 - 图文更新完毕开始阅读85ec79d6284ac850ad0242a7
湖南工程学院（论文）
前言
随着科学技术的不断进步，出现了学科交叉渗透和交叉学科，以及边缘学科大量涌现的现象，21世纪科学技术将进一步趋向整体化、交叉化、综合化和定量化。这些变化为电气学科的发展提供了有利的环境，推动了高压开关设备向智能化方向发展。相当多的中、高压断路器以及气体绝缘全封闭组合电器(GIS)智能化程度的不断提高，将使供电可靠性提高、监测能力增强、恢复供电加快、运行维护更经济、方便，并能及时、有效、自动地完成各种功能控制;由于传感技术的发展，人们可利用光纤和微电子元件解决高电压隔离和传感器系统内部小型化问题，而微处理技术可完成智能判断功能。综合运用这两项技术可实现高压开关设备的状态检测和故障诊断，从而提高高压开关设备的智能化水平。并对高压开关设备中采用的新技术以及高压开关智能化发展的趋势进行分析。
以往电力系统中作为测量和保护用的互感器普遍使用电磁式的，随着现代电力系统电压的升高和容量的增长，某些复杂的继电保护装置不仅能反映短路电流的大小，还能反映相位和波形，甚至反映电流的突变率，因而使用传统的电磁式互感器已不能满足目前高压开关设备多功能的需要，这就对现代传感器技术提出了更严格的要求。随着现代光纤技术的发展，基于法拉第旋光效应的光电互感器和光电传感器(OCT)相继出现，日本Nisi-Nagoya电站目前使用的OCT结构。初级线圈环绕在套于高压母线的环型磁芯上，螺线管与初级线圈产生的磁场方向平行，法拉第传感器沿着螺线管轴线方向安装于螺线管内，一个法拉第螺线管可同时连接多个带有磁芯的线圈，该螺线管具有磁场屏蔽功能。初级线圈产生的电流用来形成螺线管中的磁场，而螺线管中安装的法拉第元件作为传感器将该电信号转换成光信号。该类型OCT产品应用于275kV变电站的故障定位监测系统中，被测电流高达50kA，可在-20～+80℃的温度范围内使用，精度为1.5%，可满足故障定位系统要求。
微机处理技术的发展是实现智能化控制的前提，它是集测量、运算、决策、控制、保护及遥控于一体的综合化智能体系，可以安装于高压开关设备内部，直接面向一次设备或设备组合，能完成各自对象的继电保护、实时电量监控、状态信息记录及历史记录等功能;微机处理技术还可作为计算机分层网络的终端，具有多种可选的通用网络接口，便于事故分析和状态监视;形成微机防误操作和安全保障系统，适应变电站自动化的需要。例如，对于智能化柜来说，首先通过数据采集系统获得监测信息，然后利用微机处理技术对获得的信息进行处理、判断与决策，其处理机构可分为前置处理单元和后置管理单元两部分：前置处理单元由数据采集系统的模拟量转换为数字量，然后进行算术和
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电气设备的在线监测和故障诊断是其智能化的基本手段，起源于20世纪70年代。经过多年的发展，现代高压开关设备的监测功能正日趋完善，例如：对电压、电流、功率和功率因数、有功和无功电能、电网频率以及断路器合/分工作状态等的检测功能;对过电流、短路、不平衡运行、电机启动、接地、过电压、欠电压等的保护功能;对就地断路器和远方断路器的操作控制功能等。这些功能依靠先进的显示、通信手段将各单元联系起来，实现变电站的集中微机监控。高压开关设备在线监测与故障诊断系统的组成，它由信号变送系统、数据采集系统以及处理和诊断系统构成。高压开关设备常见的监测内容可归纳为绝缘性能监测、机械性能监测和电气性能监测三部分，具体包括：通过检测开断电流和燃弧时间这两个影响触头磨损量的主要参数来判断触头的电寿命，通过检测关键部件的机械振动、合/分闸线圈电流和电压的波形变化、控制回路通断状态以及操动机构储能完成状况等信号来判断断路器的机械故障，近年来发展起来的采用UHF电磁波来监测绝缘状态，应用感温元件或红外线技术来监控载流导体及接触部位温度等。这些监测与诊断技术的实际应用可实现高压开关设备的状态检修及智能化控制。 在电器元件智能化的同时，高压开关柜也不断向智能化方向推进，目前在国际上处于领先地位的高压开关柜产品均具有：脱扣回路断线监测、动作时间检测、接触部件检测、弹簧的储能时间检测、温度/湿度检测和柜门的监视等功能，综合这些功能就构成了智能化高压开关柜。ABB公司近期推出的高压开关柜智能化集中控制/保护单元，将控制、信号、保护、测量和监视等功能组合起来，使高压开关柜具有连续自监视以及与电站控制系统直接连接等功能，其主要的监视功能参见表1。集中控制/保护单元具有限流、过电压和欠电压、过热以及接地故障等多种保护功能，并能根据需要任意组合。集中控制/保护单元还具有智能诊断能力，能对其所监测到的数据进行分析和处理、进行故障预测、判断开关的剩余使用寿命和计算出维修期限。现代传感技术、微机处理技术、状态监测和故障诊断技术的蓬勃发展和在高压开关设备领域中的不断渗透，形成了强电与弱电相结合、传统技术与高新技术相结合的现状，推动了高压开关设备向智能化方向发展。使开关设备不但可以根据运行的实际情况进行操作上的智能控制，同时还可根据在线检测和故障诊断的结果进行状态检修。
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第1章 绪论
1.1 成套开关设备在线检测系统研制的国内外现状、目的和意义
1.1.1 国内外现状及发展趋势
成套开关设备作为发电厂、变电站中的重要设备，起着关合及开断电力线的作用，用来实现输送及倒换电力负荷、以及从电力系统退出故障设备和线段n1。因此，其运行状态对电力系统的可靠性具有重大影响。多年来，国际大电网会议(CIGRE)第13研究委员会及我国电力部门(北京电科院)分别对世界范围及中国挂网运行的开关设备的可靠性进行了全面的调查与统计。资料表明，整个90年代中国电力系统配电电压等级的开关事故类型分布如下：机械故障(拒分、拒合、误动)33．3％，绝缘故障37．3％，温升故障(载流)8．9％，其它故障20．5％。这一分布与国际大电网会议进行的世界范围内开关设备可靠性调查结果基本一致。
开关设备故障的发生，带来的后果是十分严重。其直接的危害是被开关设备所保护的线路、设备受损，电量损失；间接的危害则造成用户大面积停电，影响整个国民经济的发展和人们生活的稳定盟3。因而，有必要对开关设备实施在线状态检测，及时发现事故隐患，避免事故发生；同时，根据开关设备的工作状态，变定期检测为状态检测，从而提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。上述研究已成为世界范围内电力工业运行及制造部门愈来愈关注的热点问题。
应当承认，对开关设备实施状态检测的愿望形成已有很长一段时间，但由于其技术的复杂性、交叉性以及高成本等因素的制约，其真正投入实际运行的并不多。近年来，随着传感器技术、计算机技术、信息技术和微电子技术的飞速发展，开关设备的状态检测获得了快速发展。如ABB公司开发的GIS和SF6断路器局部放电检测装置和中压开关柜母线温度在线检测装置，日本明电舍公司开发的中压真空断路器真空度在线检测装置均已挂网运行。此外，多家跨国公司正在研发开关设备多种状态检测装置。国内高压开关行业归口单位——西安高压电器研究所及一些科研院所也正在研发开关设备多种状态在线检测技术。如西安交大对开关设备的机械特性、绝缘特性、母线温升特性、CT／PT温升特性综合在线检测进行全面的研究开发，并已取得了一定的进展。总体来说，国内外对开关设备的在线状态检测都非常关注。同时，研制安全、可靠和智能化的成套开关设备在线检测系统已成为适应电力工业发展及开关行业发展的趋势。
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成套开关设备状态检测故障诊断 1.1.2 研究目的
本文是在深入分析成套开关设备CT／PT特性、绝缘特性、母线温升特性、弧光特性等的基础上，将CT／PT温升、柜体内部压力、绝缘套管泄漏电流、避雷器阻性漏电流、母线温升、柜内部环境湿度、弧光和开关状态作为检测对象。并借助高速数字信号处理器对检测量进行实时处理，从而提高开关柜在运行中的安全性、可靠性，减少停电时问，维护整个供电系统的正常运行。
1.1.3 研究意义
由于采用多状态在线检测技术，从而使得检测结果更能真实的反应被检测设备整体运行状况，对该设备能否继续安全稳定地运行具有全面的判断价值。及时发现异常问题，并能快速处理，使事故被消灭在萌芽状态，真正落实预防为主的方针。
由于被检测设备不必退出运行就能接受测试，显然增加了设备的可用时间，再加上能及时消除缺陷，不至于积小成大，甚至积重难返，减少了检修工作量，延长了设备使用寿命，大大提高了设各的可用时间，提高了开关设备的可靠性和供电可靠率。
在线多状态检测技术的开发，推动了开关设备运行维护水平的提高，减少了维护人员的劳动强度，对部分开关设备采用根据检测结果确定停电检修周期的方法，为从预防性试验向状态检修方向过渡积累了经验。多状态在线检测技术的开发和应用，提高了成套开关设备运行管理的智能化程度，加快了开关设备运行状态的信息反馈，缩短了故障判断和处理的时间，提高了工作效率，减少了因停电造成的经济损失，并为实现无人值守变电站创造了条件。
1.2 成套开关设备状态检测故障诊断
1.2.1 技术参数
成套开关设备在线检测系统的技术参数如表1．1所示。表中详细描述了模拟 信号CT／PT温升、压力、绝缘套管泄漏电流和避雷器阻性漏电流的路数、幅值和 精度；频率信号母线温升和开关柜内部环境湿度的路数、幅值、频率范围、时间 分频率和精度；数字信号弧光和开关量的路数、电压范围、输入阻抗、隔离电压 和信号带宽检测；同时给出了液晶屏和键盘的参数。
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