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高压开关设备在线监测和故障诊断

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2009/5/18 10:50:33   

 关键词:  高压开关设备

    据了解我国自1986年第七个五年计划期间开展高压开关设备在线监测和故障诊断的研究开发以来,十几年来工作的深度和广度不断增加,虽然仍有不少困难,但已开始较快发展及应用,并呈现出百花齐放的局面。
  总的看来,与一些机械设备甚至与发电机、变压器和各种绝缘设备的在线监测和故障诊断相比较,高压开关设备的在线监测和故障诊断开展明显要晚。问题更多。这可能是由于高压开关设备与其他设备相比,有以下特点。
  (1)高压开关设备的结构更复杂,更多样化。事故种类也多样化。
  (2)高压开关绝大多数经常不动作,而其动作(包括机构、灭弧等)可靠性又极为重要。
  (3)高压开关设备的价格和重要性较其他电站设备如锅炉、汽轮机、发电机和变压器等要差。
  2 用电单位应用的目的。
  高压开关设备在线监测和故障诊断技术是集传感、微电子、光电、计算机、通讯、网络和信息等高新技术与传统的高压开关技术结合的综合性、跨多学科的—项新技术,但这决不是应用它的理由。根据国内、外的一些情况,不同单位应用该项技术的理由有以下几种:
  2.1作为高压开关设备的状态维修的一项技术根据
  状态维修是电力系统一项旨在代替实行多年的定时维修,有重大经济意义的措施,它具有以下优点。
  (1)保障高的供电率。由于我国输电供电线路单薄,定时维修制度下,设备需较经常地进行小修及大修,势必造成用户不必要的停电。
  (2)增加设备使用年限。我国著名高压开关专家有一句名言:高压开关不是用坏的而是试坏的。在定时维修下,每次高压开关试验都需多次合分,而绝大多数高压开关在试验中均正常。
  (3)减少开关设备故障和事故。当前,高压开关的检修均系人工进行。有关人员的素质及现时状态均会直接影响检修的质量甚至会将合格的开关检修成不合格的产品。
  (4)减少检修费用。
  (5)减少检修人力。
  2.2作为变电站自动化、无人化的一项技术保证
  变电站的自动化、无人化也是电力系统一项具有重大经济意义的措施,有关理由兹不赘述。高压开关设备在线监测和故障诊断技术可代替巡视人员的视、听、触、嗅、味五种感官,在各种气候条件下包括黑夜、大雨、沙尘等十分严酷的条件下,自动地、不间断地监测。监测量的种类、灵敏度,判断能力等则会较一般巡视人员更有优势。
  2.3提高开关设备运行可靠性
  定期检修并不一定能在检修后的较长的运行期间开关不出故障和事故,这已为众多事例证明。
  显然,不同单位应用该项技术的目地有很大差异,从而决定技术与经济方面会有相当的不同。这里,当然也不排斥不少本位是抱着试验和实际考察的目的而在小规模地进行。
  3 经济上的思考
  国外一些单位重视应用这项技术能否为用户带来直接和间接经济效益,并作了一些经济分析。当然常常由于实际数据的缺乏,并不同国度经济情况又会大相径庭。以下是一些考虑方法。
  (1)对一般电工产品包括高压开关设备,只考虑减少维修所带来的直接经济效益,据此,在线监测和故障诊断装置及维修费用不应超过开关设备价格(包括安装费用的)l%。
  (2)对频繁操作的高压断路器,如水电站的调峰高压断路器,费用可以高不少。在此情况下,上述费用不应超过2.75%。
  (3)同上,还考虑事故造成的损失,此时应考虑事故率及每次事故造成的直接损失(包括损坏的零部件、维修费,少供电的损失等)。但未见提供的数据。
  (4)实际上还应当考虑间接经济损失。
  (5)社会损失等也应估计,但更难量化。
  4 适用场合的推荐
  在近、中期,高压开关在线监测和故障诊断装置看来只宜在少数有限场合应用,这些场合可以是:
  (1)220kV及以上的开关设备。
  (2)封闭式组合电器。
  (3)频繁操作的重要高压开关。
  (4)故障率较高的设备,如美国电力科学院与加拿大魁北克电力公司共同开发的监测系统的对象都是旧型的双压式六氟化硫断路器和压缩空气断路器,几年来监测出5项重要故障,节的资金百万美元。
  (5)事故率较高项目的监测:
  (a)封闭式组合电器和罐式断路器的绝缘监测;
  (b)操动机构及控制电路监测。
  (6)低价的一些项目的监测诊断装置可更广泛应用。如ABB公司的12kV断路器的应用。
  (7)应用便携式仪器进行检测,如UHF、VHF局部放电检测、定位和红外温度检测仪等已在国内外应用。
  (8)临时性监测(或称为不拆卸不打盖测试)装置,如六氟化硫的动态回路电阻检测弧触头磨损,振动检测机械故障等。
  (9)具有重大社会意义如政治影响和牵涉人民生命安全等场合。
  5 对一些看法的分析
  5.1关键问题在于提高设备的可靠性
  这是完全正确的。但设备的改进会引出新问题。如封闭式组合电器和罐式断路器的引入,由于介质场强的提高,又引出新的绝缘问题,而且设备发生事故的直接间接损失将更大。另外,设备的改进常导致寿命的延长,而临近寿命期故障总会增加(即浴盆曲线的后沿)。此外,还要决定设备延长寿命的可能。因此,一切决定于经济分析,仍会有不少设备需要此项技术,当然永远只是其中必需的一部份。
  5.2监测和诊断总有漏判
  这是完全正确的。现代医学检测诊断已有几百年仍不可避免这一现象,但仍在应用。根据国外数据,用局部放电法监测组合式电器绝缘故障的检出率约为60%,一般认为这是一个不错的数据,可以藉此获得相当效益了。当然还要努力以不断改进。
  5.3监测和诊断总有误判
  这是完全正确的。现代医学检测诊断已有几百年仍不可避免这一现象,但仍在应用。实际上,监测诊断装置只是提供信息、发出警报。最后操作处理通常由人来完成,这需要慎重、需要时间。如龙羊峡变电站监测出某间隔有明显局部放电信号,只是提前安排检修计划,并不影响供电。
  5.4监测诊断装置的寿命比开关设备的寿命要短
  这是正确的。据继电保护专家意见,微机继电保护装置的寿命约为十五年,主要由A/D装置的寿命决定,其他元件还要长。购置安装新的设备将增加成本。另一方面,应用自我检测手段可以避免装置的故障导致监测诊断的错误,这不难做到。
  6 关键技术
  6.1传感技术
  这是信号获取技术。当前需要发展举例:
  (1)六氟化硫的低湿传感技术;
  (2)廉价简易的真空度传感技术;
  (3)低价、小尺寸的温度传感技术;
  (4)开断能力如燃弧时间等的监测技术;
  (5)具有综合监测能力的传感技术,如:
  (a)机械振动传感技术,可检测机械故障,机械零件脱落,出现局部放电的绝缘不良、小电流电弧和接触不良等。
  (b)电磁波传感技术,可检测出现局部放电的绝缘不良、小电流电弧和接触不良等。
  6.2故障诊断技术
  除了少数项目诊断比较简单容易外,这方面的研究开发不足是当前高压开关监测诊断技术的严重缺陷。有些项目监测很容易,但诊断不容易,如线圈电流波形诊断和由行程信号求速度等。机械振动信号有很好的检测能力,但诊断技术碰到很多麻烦,大大地限制了它的应用。这方面的研发需要投入相当规模的人力物力。
  有关故障诊断技术有以下几个方面的方法。
  (1)特征参数法
  根据制造厂家提供或专门试验所得参数进行对比。比较时须注意条件的差异如环境温度,负载电流或开断电流,已操作次数等,并需注意分散度的合理选择。当然,特征参数也是以下各种方法的基础。正确选择或推出恰当的特征参数是一项十分重要的工作。
  (2)比较法
  可以有纵向法(历史的),横向法(同型产品)。比较时须注意条件的差异,如环境温度,负载电流或开断电流,已操作次数等,并需注意分散度的合理选择。
  (3)信号的微观特性的发现
在注意监测信号的宏观特性的同时必须注意信号某些微小异常的诊断,当检测信号特征值虽属基本正常但出现某些细微差别时(如机械方面),这有时会显示事故的前兆,诊断技术须发展这方面的能力。
  (4)典型故障特征法
  根据模型试验、现场试验信号特征可以作出诊断结论。此种方法工作量相当大,但这是很有意义的基础性工作。应用计算机仿真可以很好地解决一些方面的问题,效率较高,如西交大杨武博士的工作即是。
  (5)专家系统法
  可将专家经验移植,并可进行综合判断。
  6.3电磁兼容技术
  高压开关在线监测和故障诊断装置须下放到开关设备上,这就造成电磁干扰特别严重的不利情况。众所周知,真空开关开合电路出现复燃时和封闭式组合电器隔离开关开合无载短母线时都会产生陡度很大的过电压,这将造成强烈的电磁波辐射及外壳等处电位上浮。此外,工频电场和磁场(特别在短路时)的影响也将相当强烈。因此必须研究可靠的防护(抑制)技术及不同应用场合下应有的防护水平也即抗扰性标准,这方面还有不少工作要做。
  6.4与其他系统的兼容及扩展
  (1)在线监测故障诊断技术与电网计量、继电保护、电网故障录波及操作顺序分析、高压开关操纵控制诸系统综合。
  (2)发展高压开关在线监测和故障诊断系统的通信技术并与电力系统中的MIS系统,SCADA系统等兼容。
  (3)电力变压器有载分接开关(频繁操作和重要的设备)的过热和机械故障的监测和诊断和电力设备出线端过热的监测诊断等。
  7 研究、开关、制造和运行单位的配合
  在我国,较合理的研究开发单位应是电力系统或用户、高压开关设备制造厂以及研究院所或高校联合进行。产品制造则更适于制造厂完成,这样不但易保证质量而且在设备出厂时就可积累数据并便于工厂跟踪及大范围的统计,使这一工作系统化并可通过反馈信息提高产品质量。为此,一些高压开关厂宜向一些国外综合型公司学习,大力提高微电子及计算机类产品的研究、开发能力,以尽快适应当前工业、科技发展的趋势。为此,引进及培养这些领域的技术人才特别是有经验的研发人员是极为重要的。在此,有关政策宜有所倾斜。

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