高壓開關柜的在線監測與故障分析

高壓開關柜是電力系統中非常重要的電氣設備。現代電力系統對電能質量的要求越來越高，相應地對高壓開關柜的可靠性也提出了更高的要求。同時，隨著傳感器技術、信號處理技術、計算機技術、人工智能技術的發展，使得對開關柜的運行狀態進行在線監測，及時發現故障隱患并對累計性故障做出預測成為可能。它對于保證開關柜的正常運行，減少維修次數，提高電力系統的運行可靠性和自動化程度具有重要意義。  
高壓開關柜分戶內式和戶外式兩種，10kV及以下多采用戶內式，根據一次線路方案的不同，可分為進出線開關柜、聯絡開關柜、母線分段柜等。10kV進出線開關柜內多安裝少油斷路器或真空斷路器，斷路器所配的操動機構多彈簧操動機構或電磁操動機構，也有配手動操動機構或永磁操動機構的。不同的開關柜在結構上有很大的差別，這將影響到傳感器的安裝和選擇。  
1、高壓開關柜的故障表現及其原因  
調查統計表明，高壓開關柜的故障主要有以下幾類：  
（1）拒動、誤動故障：這種故障是高壓開關柜主要的故障，其原因可分為兩類：一類是因操動機構及傳動系統的機械故障造成；另一類是因電氣控制和輔助回路造成。  
（2）開斷與關合故障：這類故障是由斷路器本體造成的，對少油斷路器而言，主要表現為噴油短路、滅弧室燒損、開斷能力不足、關合時爆炸等。對于真空斷路器而言，表現為滅弧室及波紋管漏氣、真空度降低、切電容器組重燃、陶瓷管破裂等。  
（3）絕緣故障：表現為外絕緣對地閃絡擊穿,內絕緣對地閃絡擊穿，相間絕緣閃絡擊穿，雷電過電壓閃絡擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡、污閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡，ＣＴ閃絡、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。  
（4）載流故障：7.2～12ｋＶ電壓等級發生載流故障主要原因是開關柜隔離插頭接觸不良導致觸頭燒融。  
（5）外力及其他故障：包括異物撞擊，自然災害，小動物短路等。  
2、高壓開關柜的監測與診斷方法  
針對高壓開關柜的不同故障類型，相應有不同的故障檢測方法：  
（1）機械特性在線檢測，其監測的內容有：合、分閘線圈回路，合、分閘線圈電流、電壓，斷路器動觸頭行程，斷路器觸頭速度，合閘彈簧狀態，斷路器動作過程中的機械振動，斷路器操作次數統計等。  
（2）電氣性能在線監測包括斷路器開斷電流加權值、滅弧室真空度等的監測。利用不同開斷電流下的等效磨損曲線，累計每次電流開斷所對應的相對電磨損，每臺斷路器的允許電磨損總量由其額定短路開斷電流及允許開斷滿容量次數來標定，采用觸頭累積磨損量作為判斷其電壽命的依據。  
（3）溫度在線監測包括母線連接處的溫度及斷路器觸頭溫度在線監測。用于母線連接處溫升測量的常用傳感器有石英傳感器、光微薄硅溫度傳感器和吸收型光纖溫度傳感器，它們分別以石英晶體、硅片及玻璃構成的Ｆａｂｒｙｐｅｒｏｔ槽和ＧａＡｓ晶體作為感溫元件，以光纖作為傳輸介質，這就有效地解決了電磁干擾問題。  
（4）絕緣性能在線監測。高壓開關設備內部絕緣部分的缺陷或劣化、導電連接部分的接觸不良都使安全運行受到威脅。根據1989～1992年間全國電力系統6～10ｋＶ開關柜事故統計,絕緣和載流引起的故障占總數的40.2%，其中由于絕緣部分的閃絡造成的事故占絕緣事故總數的79.0%。而由于隔離插頭接觸不良造成的事故占載流事故總數的71.1%。可見，由絕緣和接觸不良導致的故障所占比率是很高的，宜采取適當的方法進行監測。在上述情況下，在事故潛伏期都可能產生放電現象，故可以通過對放電的監測得到相關的信息。通常采用的監測方法有交流泄露電流在線監測和介質損耗角正切在線監測方法。