摘要：高压开关柜是电气系统运行中非常重要的一部分，高压开关柜监控与故障诊断技术为开关柜的正常运行提供了有力依据。文章以智能化高压开关柜为背景，探讨开关柜监控与故障诊断技术的应用。
关键词：智能化；高压开关；故障诊断；诊断技术
引言
智能输配电网建设的进一步深入，对电力开关设备安全运行的自动化能力水平提出更高的技术要求。高压开关柜中由于生产制造、运输安装、过流烧蚀等导致接头松动、散热不良引起温度异常而出现温升告警、跳闸停电等事故时有发生。据电力部门相关统计，每年发生在变电站的电力事故约有40%是由开关设备异常温升造成。温度作为开关设备运行状态评估的重要指标之一，是电力在线监测和故障诊断的主要依据。
1高压开关柜工作原理
目前在电力系统中常用的高压开关柜从结构上来看主要包括XGN型金属封闭箱型固定式开关柜和KYN型金属铠装移开式开关柜两种类型，而且在高压开关柜中灭弧介质一般采用真空气体。和移动式开关柜相比固定式开关柜结构相对传统，安装位置可以移动，更加灵活多变。因此这要求在设计中考虑移动因素和便携式因素，按照用电安全标准和用电设备相关规定进行设计的同时，还应该加强“五防联锁”设计要求。从加工方式对高压开关柜进行分类，可以将高压开关柜分为三种类型：组装式、焊接式和混合加工方法，其中混合加工方法是在组装式和焊接式的基础上发展起来的，首先在开关柜连接处采用焊接法进行焊接，在变动部分采用组装法进行组装，涵盖了两种方法的优点。
2开关柜故障的主要形式和原因
2.1开关柜故障类型
据统计，在开关柜故障中，电气故障发生率为12.5%，机械故障发生率为43.75%，绝缘故障发生率为31.25%，其他故障为12.5%。由此可见，开关柜的故障类型主要是机械故障与绝缘故障。开关柜的机械故障通常是由开关柜的传动系统或者操动系统出现故障引起的，主要包括系统的部件变形，轴销的松断、位移或者损坏，分合闸铁芯松动等，而且操作人员的误操作以及设备不合理的安装都会导致机械故障的发生。绝缘故障在开关柜故障率中也占了很大的比例，通过大量实践证明，开关柜局部放电是导致开关柜绝缘故障和绝缘老化的主要原因，绝缘故障在潜伏期通常以局部放电的形式表现出来，因此对开关柜局部放电的监测至关重要。
2.2开关柜故障产生的原因
分析高压开关柜在运行时发生绝缘故障的原因，具体如下:第一，环境影响因素。高压开关柜大多是处于恶劣的环境运行，绝缘子作为设备的重要组成部分，如果空气湿度较高，绝缘子干燥状态受到影响，绝缘电阻无法正常工作，高压开关柜绝缘层被损坏。因此，人们需要保证环境的干燥度，及时清理高压开关柜外部的水渍，确保内部绝缘电阻正常工作。为避免高压开关柜出现污闪事故，要求运维人员做好对环境的把控，防止电流泄漏引发绝缘故障。第二，爬距与间隙不足。在正常电压状态下，电弧事故的产生与绝缘爬距和间隙不足有关。这时启动高压开关柜，绝缘层保护能力不强，无法达到绝缘等级要求，且内部元件老化或质量问题，最终引发绝缘事故。电，设备自身质量存在问题。从元件质量与安装步骤角度分析，高压开关柜在使用之前，人们需要对设备进行耐压试验，以此了解设备整体和局部位置的耐压性。如果元件性能不达标，设备的整体性能也会受到影响。
3智能化高压开关柜监控与故障诊断技术分析
3.1温度测量技术概述
红外测温技术是一种利用光学设备采集待测部位热红外辐射数值，然后通过信号转化系统将其转换成具体温度值的测温方法。该方法要求采集设备要对准待测部位，受干扰因素多，不能实现实时在线监控功能。无线测温技术是通过无线通信的方式进行数据的采集与传输，属于接触式测温，原理是将温度传感器安装在需测温的部位，在距设备一定范围的地方放置数据接收器，可实时监测待测点的温度。
光纤测温技术是利用光纤的拉曼散射及布喇格效应，将调制后的光通过光纤传递给光纤传感器，产生与温度相对应的脉冲光信号，然后对信号进行处理和分析，从而测出被测物体的温度。每种测温技术都具有自己的特点和优势，可以根据实际情况选择具体的测温方法。
3.2关柜特征参量监测
按使用环境的不同，可将开关柜分为室内开关柜和室外开关柜。室内开关柜工作环境没有室外开关柜那样恶劣，对于监测传感器的工作环境要求也就没有室外开关柜严格，故选择室内开关柜作为监测对象。第一，母线室。在母线室布置三类传感器，分别是采集母线电压数据的电压互感器，采集母线和断路器连接处温度数据的光纤温度传感器以及采集母线室温湿度数据的无线温湿度传感器。第二，断路器室。在断路器室布置三类传感器，分别是采集断路器触头温度数据的光纤温度传感器，采集断路器室内温湿度数据的无线温湿度传感器和采集合闸线圈电流数据的电流互感器。第三，电缆室。在电缆室布置三类传感器，分别是采集电缆接头温度数据的光纤温度传感器，采集出线电流数据的电流互感器以及采集电缆室温湿度数据的无线温湿度传感器。第四，开关柜外。在开关柜外装有采集环境温湿度数据的无线温湿度传感器。综上，各类传感器所监测的具体特征参数包括：开关柜状态特征参量、母线电压有效值、断路器分合闸线圈电流、电缆电流有效值、母线室温度、断路器室温度、电缆室温度、母线室湿度、断路器室湿度、电缆室湿度、母线与断路器连接处温度、断路器触头温度、电缆室接头温度。通过采集以上信号特征参量，可以获得反映开关柜当前工作状态的丰富原始数据源。
3.3超声波检测技术
在空气间隙中如果出现电气击穿的情况，放电瞬时就会有效完成，其电能向热能瞬时转化，造成放电中心气体出现膨胀的情况，该瞬时膨胀的结果往往都是通过声波的形式进行传播，随着声波传播过程中，声音频率越高，其衰减也会越来越快。因此，当高压开关柜发生放电时，其产生的超声波信号会从开关柜的接缝处或空气间隙传播出来，然后通过传感器测量超声波信号的声压，可以根据声音的衰减情况来推测出放电的强弱和位置。放电形成的声波的频谱都是相当宽的，最小是几十赫兹，最大有几兆赫兹，如果信号频率小于20kHz，人们的耳朵就可以听到，反之，如果信号频率高于20kHz，就属于超声波信号，这时需要使用超声波传感器才可以顺利接收。结合放电释放的声能和能量之间的关系，将局部放电释放能量的变化用超声波信号声压变化表示，通过对超声波信号的声压进行准确测量，这样就能够推测出放电的实际强弱。这就是超声波信号检测高压开关柜局部放电的基本原理。
3.4断路器机械振动信号监测
断路器在动作时，操动机构承受加大的力，因而会不停的发出具有本征特性的机械振动信号，不同状态的机械结构健康程度会发出具有不同特征的机械振懂。通过将声发传感器或气动传感器安装在断路器体外或断路器附近，可以实时的采集这些机械振动信号，而分析其分合闸过程中的机械振动的特性和参数，依照历史故障数据和断路器其他参数相结合，判断断路器健康状态。
结语
综上所述，当前电气高压设备运行下故障现象频发，随着智能化水平的提高高压开关柜监控与故障诊断技术也逐渐朝着自动化、智能化方向发展，在实际工作可以结合具体情况选择适宜的检测技术，能够保证检测结果的准确性，也可以提高检测效率，为开关柜运行提供一定的依据。
参考文献
[1]何建森，秦嗣学，胡晋华．开关柜局部放电现象监测方法探究[J]．科技展望，2016(14):105,107．
[2]邹军，吴庆军．基于超高频电磁波检测的局部放电在线监测系统的研究[J]．企业科技与发展，2014(16):62-65．
[3]赵秀娜，张楠，张晓卿．带电检测技术在开关柜绝缘故障检测中的应用探讨[J]．工程技术研究，2019(5):211-212．