1 　斷路器在線監測技術的發展現狀

　　斷路器的動作可靠性直接關系到電力系統的安全與穩定。以往多采用離線例行試驗對斷路器運行狀態進行判斷,預防性試驗及計劃檢修存在盲目性大、費用高等缺點,并且頻繁的操作及過度的拆卸會降低斷路器動作的可靠性。隨著用戶對供電可靠性要求的不斷提高,及時了解斷路器的運行狀況,掌握其變化趨勢顯得尤其迫切。

　　與變壓器、避雷器及電容性設備相比,斷路器在線監測技術起步較晚。20世紀90年代,美國、日本開始研究斷路器的狀態監測,美國學者率先給出斷路器壽命與開斷電流的關系,提出“滅弧觸頭電壽命”的概念,同時還提出了“全工況跳合閘回路完整性監視”的概念,此時的研究工作主要是圍繞著斷路器狀態檢修進行。

　　2001年國際電氣工程師協會開關設備委員會出臺的標準指出,斷路器檢測方法應分為5個步驟,即: (1)故障類型分析; (2)選取合適的監測對象來發現最可能發生的故障; ( 3)對設備可能發生的故障進行風險分析; ( 4)進行利益分析來確定是采用在線監測還是周期檢測; ( 5)制定方法。

　　在上述標準的指導下,根據國內外多年的運行故障統計和國內外一些在線監測的運行經驗,斷路器在線監測的內容有: ( 1 )合、分閘線圈回路; (2)合、分閘線圈電流; (3)合、分閘線圈電壓;(4)斷路器動觸頭行程; (5)斷路器動觸頭速度;(6)開斷電流; (7)斷路器的操動次數統計; (8)斷路器操動過程中的機械振動; (9)合閘彈簧狀態;(10)導電接觸部位的溫度; ( 11)絕緣狀態; ( 12)SF6 斷路器的氣體密度; ( 13)真空斷路器的真空度。

　　上述監測項目從不同角度反映斷路器的狀態,在實際應用中,可以有選擇性的選取部分參量做為監測內容。

　　2　關鍵參數選取及分析方法

　　(1) 高壓斷路器行程—時間特性的在線監測

　　高壓斷路器在分、合閘過程中,動觸頭的運動行程規律與主軸連動桿的合、分閘速度特性一致,可通過位移傳感器連結在主軸連動桿上監測開關動作的行程- 時間特性,可提取各種機械特性參數(行程、開距、超程及剛分剛合速度等) ,并分析其變化可發現較多機械故障隱患,并可預測可能的故障部位。但是目前由于高壓斷路器位移傳感器的安裝存在很大障礙,建議在中壓斷路器上可采用此方法。

　　(2) 高壓斷路器分、合閘電磁鐵線圈電流的在線監測

　　分合閘線圈是控制斷路器動作的關鍵元件,應用霍爾元件電流傳感器可方便地監測多種信息的分、合閘電流波形。高壓斷路器一般都是以電磁鐵作為操作的第一級控制元件,以直流為控制電源。直流電磁線圈的波形中包含著重要的信息,一定程度上可以彌補位移傳感器無法安裝的不足。

　　(3) 主操作桿上機械負載特性的在線監測

　　不同類型的斷路器有不同的機械負載特性,分、合閘過程中力—行程特性的變化是斷路器工作狀態變化的主要表征。監測主操作桿上機械負載特性可提供剛分剛合時刻、觸頭接觸壓力,還可反映連桿松動、斷裂、卡死、斷路器機械負載持性與操動機構輸出特性之間的配合情況。

　　(4) 振動信號的在線監測

　　斷路器操作過程中機械零部件間的撞擊或摩擦會引起振動,對于同一高壓斷路器同種狀態下的重復操作過程,外部振動信號在一定范圍內是穩定的。機械振動波形是由一系列衰減的正弦波組合而成的,外部振動響應的幅值與沖擊力的大小成正比,振動的頻率及衰減時間常數與高壓斷路器的機械結構有關。斷路器傳動機構的監測針對斷路器分合動作時其機械振動進行。首先錄下斷路器正常狀態下的機械振動“指紋波”,斷路器傳動機構出現卡澀、斷裂、松動等問題,其振動事件頻率和時間會發生改變;另外,分合動作撞擊力度的改變也直接影響振動信號的幅度。傳動機構異常的分合振動波形是與正常狀況的分合振動波形有明顯區別的。振動信號可以反映斷路器的機械狀態。其最大優點是不涉及電氣測量,傳感器安裝于外部,對斷路器無任何影響。

　　(5) 儲能電機的在線監測

　　對儲能電機的監測針對儲能電機的日儲能次數、單次儲能時間長短。如果儲能周期縮短,單次儲能時間變長,則說明儲能系統已經出現了問題,如油路或氣路發生泄漏、儲能電機出力不夠管路不暢等。如油泵打壓頻度增加或彈簧儲能不到位等來預告儲能系統液壓油不清潔、閥口密封破壞及泵系統異常、彈簧機構狀態異常等故障。

　　(6) 相對電壽命診斷方法

　　[$page]　　對斷路器電壽命監測是建立在觸頭累計磨損量模型基礎上的。根據I—N曲線擬和的計算公式,按單次開斷電流累計觸頭磨損量。在計算開斷電流的同時,根據輔助觸頭與開斷電流波形,計算出燃弧時間,則ΣI2 t可以定量計算。通過對累計觸頭磨損量, ΣI2 t的監測來判斷電壽命是目前比較通用的方法。但具體絕對磨損量的計算涉及到觸頭材料、工藝、絕緣材料、動作電壓電流及滅弧室結構等諸多因素的影響,因此根據在線監測數據趨勢分析原理應采用相對磨損量的概念來標定斷路器的電壽命。

　　3　IEC61850標準應用在斷路器在線監測上的擴展研究

　　本文根據特高壓斷路器在線監測的特征量,采用CIM /C IS方法在IEC61850標準模型基礎上進行信息建模和服務建模。首先對斷路器在線監測的特征量進行研究和分析,深入理解特征量在高壓現場環境中表現出的特征和規律,然后對所建立的信息模型作擴展,對具體的邏輯節點、數據節點進行分析研究,創建合適的LN 類。具體包括模擬量數據建模、控制數據建模、數據描述及GOOSE模型分析等。最后應用新興的、復雜的數據處理方法引入對斷路器的診斷,如用模式識別和分類的數學模型,通過大量無電流操作及模擬故障試驗訓練識別系統,從所測數據辨認參數的變化。

　　IEC61850規范了數據模型、服務以及建模方法。本文基于面向對象的建模思想和分層次的總體原則對斷路器設備建模進行研究。

　　同一個功能對象相關的數據以及數據屬性,建模在該功能對象中(包括對該對象的擴展) ;多個功能相關,或全系統功能相關的數據,建模在公共的邏輯節點或者邏輯設備中。

　　(1) 物理設備的建模

　　一個斷路器設備即一個IED,應建模為一個裝置對象。該對象是一個容器,應包含服務器對象,服務器對象中應包含至少一個LD對象,每個LD對象中應至少包含3個LN對象。

　　(2) 邏輯設備的建模

　　按功能劃分邏輯設備類型,有以下幾種類型:公用LD、測量LD、保護LD、控制及開入LD、錄波LD等。在不影響正常功能的條件下,不劃分過多LD。
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