任新卓
杭州电力设备制造有限公司 浙江 杭州 310018
摘要：随着我国经济社会的发展，人民物质水平的提高，对电量的需求越来越大，高压开关设备是用来控制输配电过程中电流的通断，广泛应用于电力系统。高压开关设备中集成了高压隔离开关、断路器、驱动电机、操作机构、避雷器等设备部件，很多零部件集成在一起，空间很小，因此对于开关设备三相间的绝缘特性有很高的要求，目前较多的高压开关设备使用SF6气体进行绝缘。据统计，断路器故障70%来自于机械结构，例如因油脂凝固导致断路器电磁驱动机构卡涩、分合闸速度降低、电机线圈烧毁等现象时有发生，上述故障不仅会给社会造成经济损失，
关键词：配网成套开关设备；状态监测；运行
引言
智能电网即电力网络的智能化，是指在集成高速通信网络基础上，运用先进的传感、测量技术与设备以及控制方法和决策，实现多电网的智能化运行。电力开关设备智能化以智能电网为依托，实现其坚强、自愈、兼容、经济、集成等特征。坚强性是指防范极端环境条件，抵御人为破坏，保障信息安全；自愈性是指连续的在线评估，预防控制，自动隔离和恢复；兼容性是指分布式监测，远距离调节和控制；集成性是指流程化、规范化、精细化和综合监测与控制，海量信息再处理和简洁显示；经济性是指降低运行和维护总费用，提高供电可靠性。
1配网成套开关设备状态监测的意义
在电力运行的实际过程中，配网成套开关设备对其安全性的运行保障起着至关重要的影响作用。如果配网成套开关设备发生了不同程度的故障，都会直接导致电力设备受损，进而使得各个电网线路受到不安全的影响。并且个别时候还会造成不同地区的大面积停电，影响人们生产生活的正常运转，给社会带来不利影响。针对配网成套开关设备采取在线监测技术，不仅能够将配网成套开关设备在运转过程中实时的健康状态反应给相关工作人员，还能够有效的为电力正常运行提供科学合理的决策性依据，及时的对运行中存在的各种故障进行分析和总结，针对不同的问题采取有效的措施进行应急处理，有效的提升电力设备运转的安全性。与此同时，对配网成套开关设备进行监测，还能够延长各个设备的使用寿命，降低了相关维修人员的工作负担，减少了一定的保养次数，为电力公司增加更多的经济效益。
2配网成套开关设备状态监测系统的构架和功能
2.1断路器智能化技术
断路器逐渐向智能化、集成化方向发展，具有标准的现场总线接口，支持远程功能调用；其状态监测和控制功能更强，除分合、储能操作外，还有电动手车控制、触头温度测量、分合闸控制回路监测、机械特性参数在线测量等附加功能；嵌入式实时诊断和报警功能也是智能断路器必不可少的功能，并且能够实现设备全生命周期数据的管理。断路器智能化需要解决的关键技术问题主要有特种机械位移、温度等传感器研制，嵌入式诊断算法设计，以及控制回路连续性不间断监测等。
2.2储能电机电流的在线监测
柱上开关的操作机构多采用弹簧操作机构，主要由弹簧、储能系统、操动机构和连接至各极柱的连杆组成，合闸动作完成后，储能电机带动链轮传动系统，链轮转动时，推动储能传动轮的滑块使储能轴转动，拉伸弹簧储能，为分闸、合闸动作提供能量。储能电机电流中包含了电机匝间短路及断路、电刷磨损等状况，常见故障为齿轮组的磨损，故障初期的表现为单个齿断裂，电机仍然能完成储能任务，但在数十次储能后整个齿轮组将彻底报废。通过分析储能电机电流可发现电机电流异常的波纹，察觉早期故障，及时安排检修。
2.3异常预警分析
高压开关柜的监测装置可以设置预警的阈值，这个阈值可以在不同的时间和不同的季节被设置成不同的数值，在监测数据过程中，一旦实时数据达到阈值的临界点，那么设备将立即启动报警程序。其中，报警的形式主要有如下两类：数据变化率超值报警和监测值越界报警。首先，事先给结构单元设置好监测的数值，一旦超过这个水平就启动报警程序；其次，自动报警装置会在变化率突然提高的时候立即启动。在报警方面也有移动设备通知和报警提示两个类型。其中，前者是以移动软件或信息推送的方式通知给检修人员，或者是利用传感器采集信号发出警报，这时候灯会在报警期间不断闪烁。
2.4触头行程的在线监测
柱上开关的触头行程反映了柱上开关在动作过程中动触头的运动状态，包含了许多柱上开关机械特性的信息，如机械部分的磨损、老化、变形、生锈、装配不当等问题，根据行程—时间曲线，可计算得到行程、超程、合（分）闸平均速度等机械特性参数。P0、P1表示刚合点与刚分点，刚合刚分点所对应的行程即为触头行程，t0表示获得合（分）闸信号的起始时间，t1所对应的时间即为合（分）闸时间。因此，通过监测触头行程信号，获得机械特性参数，进行故障诊断，可及时发现故障。
2.5温湿度监测。
高压开关柜往往在大电流和高电压的状态下工作，如果设备导电部分连接不好，那么必然会造成设备发热产生异常升温的情况，如果对上述情况不能及时处理，很可能造成设备爆炸。高压开关柜在大电流的情况下，其触头是最容易出现故障的薄弱部位，如果接触不良很可能造成接触的电阻瞬间增大，严重发热，从而造成接触表面氧化，最终形成恶性循环，这也是高压开关柜运行过程中的常见问题，如果不能及时发现并处理，很可能会危及供电安全。高压开关柜的外部封闭性较强，潮气进入以后很可能无法排出，这些潮气无法排出就会液化成水滴，顺着开关柜排出到外部，所以还可以设置传感器来实时监测温湿度数据，或者在开关柜的内部设置一些除湿的装置。该方式不受气候影响，在低温、高温状态下也可以除湿，当柜体内湿气超标时自动工作，实现自动化后，检修人员可以根据日常监测数据，针对重点设备和工况恶劣的设备进行特殊化改造，以改善设备运行环境，延长设备使用寿命。
3电力开关设备发展建议
目前智能化电力开关设备存在一些问题需要进行深入研究。一是状态监测和诊断系统与一次设备紧密结合，在一次设备设计、制造和测试过程中均需考虑状态监测和诊断的需要；不能对出厂的一次设备加以改装和二次加工以增添某些功能。二是带有智能系统的开关设备应和传统一次设备一样经过严格的型式试验，以考察完整系统的绝缘、局放、温升、通信、EMC、机械寿命等问题。三是要制定智能电力开关设备、元件的行业标准和国家标准，制定智能化系统传感器、智能分析处理单元的技术标准和统一的测试流程及测试方法，以应对电力开关设备智能化发展的需要。四是要制定电力开关设备智能化系统规范，实现电力开关设备状态监测、诊断、控制、测量、通信各部分的模块化、标准化，符合统一规范的不同厂家功能模块可以组合构成智能系统，具有完全的互换性。五是要在功能和成本间合理平衡，以控制智能化系统的附加成本。
结语
综上所述，我国的电力系统建设已经到了新的历史阶段，人们在生产和生活方面的用电需求也在不断提高，大规模的停电事故往往会给企业和社会带来严重的负面影响，应该将物联网技术和高压开关柜的实时监测系统进行深度融合建设，利用大数据等工具进行改进和分析，从而改善设备的运行环境，最终使我国的电力系统运行水平得到稳步提高。
参考文献：
[1]马婷婷,杜伯书,孔晓晓,等.开关柜绝缘状态检测与故障诊断[J].电器与能效管理技术,2019(15):71-76.
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