2.3 绝缘状态的监测

气体断路器气体压力，越限报警，闭锁。

监测局部放电，用以预报绝缘事故，智能技术是把对信息的获取和加工推理，从代数的简单数值计算，发展为模拟人 脑对不确定性的辨别、思考、预测、优化和决策。将智能技术引入到基于在线监测数据的绝缘诊断系统，将诊断机制分 为四个层次，依次为在线数据的预处理、征兆集的提取、故障类型的确定以及决策，如图 2 所示。

图2 电力设备故障诊断的分层结构

研究表明，由于在线监测具有数据量大、影响因素复杂的特点，智能技术特别适 合绝缘在线诊断。

在线数据的预处理阶段，采用有关方法剔除虚假点，并通过分析在线数据与环境 因素的相关性，利用三次拟合曲线削弱环境对测量数据的影响。在征兆集的提取阶 段，由于考虑到数据的动态特性和随机误差的影响，将待检数据与模型的残差作为 故障的征兆之一，采用了相对比较法的时序分析法。研究证明这些方法是有效的。

对绝缘诊断的后两个层次，即故障类型和决策层方面，尚需积累更多的在线监测 数据，以及对故障种类的模式、严重程度的在线数据特征进行深入的研究，专家知 识的积累和诊断方法的完善也将是一个长期的过程。

2.4 载流导体及接触部位温度的监测

载流导体和母线联接处， 接头处等接触部位的接触受振动力矩的作用而发生变化。 导致接触电阻增加，接触部位的温度增加，故需要对这些部位的温度进行监测。

这通常是利用红外光的幅射强度或将感温元件装在导体上，转换成信号传到低电 位再还原成温度信号，其难点是高电位导体上低压工作电源的获得方法，也有利用 受热发声器件将异常过热信息传到低电位接受装置的。近来，有直接在低电位处将红外光照到载流导体上就能从发射方 获取被测体温度的非接触方法。还有利用光微薄硅温度传感器的无源测量方法如图 3 所示。

图 3 光微薄硅温度传感器的温度探头原理图

图 3 是采用对温度敏感的 Fabry-perot 槽研制出的一种温度探头， Fabry-perot 槽温度探头原理图如图 3 所示。 装置由一薄硅片构成， 在 它中段的顶部和底部蚀刻出矩形槽，然后在薄硅片顶粘贴上一层玻 璃，该玻璃的热膨胀系数与硅片的热膨胀系数不同。当该处温度变 化时，因 2 种材料不同的热膨胀系数，在其内部产生内应力，内应 力改变槽的深度。用光纤将多色光送入 Fabry-perot 槽，反射出的调 制光也经光纤送出，调制的输出信号是用光学干涉测量方法测量的。 由 Fabry-perot 槽构成的光纤传感系统其组成元件耐腐蚀、小巧、测 量灵敏度高，而且不受电磁干扰影响，在智能化高压电器的温度在 线监测方面有广阔的市场。

2.5 监测诊断系统的总体框图 一

个智能化的断路器设备或断路器设备的智能监测与诊断系统其总体方框图大致如图 4。 信号传输部分若是扁平电缆， 则距离甚短，多为并行数据信号; 若距离较长多为串行信号，仅需两根电缆，且信号获取单元可有多个，每增一个仅多一 地址编码。由于对异常程度及故障部位的诊断难度较大，计算机决策有时比较困难，很多装置还借助于人脑对信息作综 合分析，以便作出最后决断，计算机只对那些确认无疑的 越限值给出告警信号。

图 4 诊断系统总体框图

传感器要获取的信号并不只局限于前面叙述的那些，一个智能程度较高的断路器除电气、机械、绝缘各方面的劣化或 变异需自行监测外，诸如气体密封状态、真空灭弧室的真空度、液压机构的液压、组合电器中避雷器的特性劣化等也应 有相应的自检措施。

3、断路器的智能操作

断路器的智能操作是智能化断路器最典型的应用，它是将智能化技术引入到断路器的电气性能中去，它使断路器能更 好地完成开断任务和提高开断的可靠性，提高断路器的综合技术性能，无论是生产运行还是对研究制造都具有十分重要 的作用和价值。目前认为，它至少应包括以下两方面：

一是要求断路器的操作性能可根据电网中发出的不同工况自动选择和调整操动机构或者灭弧室合理的预定工作条件。 例如：对于自能式断路器的分断操作，小负载时触头以较低的速度分断，既可保证所需的灭弧能量又可减少机械损耗， 而在接到短路信号时则以全速分断，获得电气和机械性能上的最佳开断效果。目前，此类专家系统的开发已在进行，变 速操作打破了传统断路器单一分闸特性的概念，实际上是上述执行功能的智能化，是对高电压等级断路器操动机构的改 造十分有益的尝试。

再是要求断路器在零电压下关合，在零电流下分断，这与断路器的同步分断与选相合闸的工况是完全一致的，同步分 断可以大大提高断路器的分析能力，一台低成本的小容量开关可分断 10 倍以上容量的电流;选相合闸可以避免系统的不 稳定，克服容性负载的合闸涌流与过电压。在电力电子领域，近年来流行一种软开关技术，使半导体开关器件在零电压 下关合，在零电流下分断，可以认为，电子操动正是实现断路器的软开关技术的关键。目前比较迫切的应用是在：

并联电抗器操作、电容器组操作、变压器操作、输电线路操作。

每一种应用对断路器和控制装置的性能提出某些要求，能从根本上解决过压问题。这对推广无功补偿、稳定电力系统 意义极大。应用真空触发开关和一般电磁机构真空开关已经实现了这种选相合闸的并联电容器组的投切，进一步的工作 将用有永磁机构的智能化断路器直接实现选相合闸。

永磁操动机构大大提高了机构的可控性，由原来毫秒级的机构控制时间分散性进步到微秒级的电信号控制，由机械储 能、机械脱扣进步到电储能、电信号直接触发动作(电子脱扣) 。真空断路器新的操动理论应包括两部分: 控制精度分析 与可靠性设计，高可靠性控制电路的设计以及机构运动特性分析与优化。

断路器的同步分断与选相合闸的实现

现代传感器技术使交流零点信号的拾取变得非常可靠和方便。同样，我们也可以方便地取到交流电压或电流变化率的 零点(对应正弦信号的峰值)信号。剩下的问题是控制信号在电压或电流零点以前或它们的变化率零点以后什么时刻发 出。

目前同步断路器的发展还需进一步的可靠性论证和设计，它的连带意义是断路器的完全可控，其发展可能成为最典型 的新概念开关电器。

20 世纪 90 年代 ABB 公司推出了 CAT(即具有人工智能技术的断路器，Curcuit Breaker with Artificial Interiligence Technology):CAT 是专为 ELF 型 SF6 断路器(敝开式)和 ELK 型封闭式组合电器(GIS)而开发和试验的，见图 5。

图 5 CAT 接线示意图

CAT 为一模块式电子，它由三个独立的分相模块所组成，可使断路 器在最佳投切时刻进行每相的独立操作。其效果为：减轻投切时的瞬 时过电压;减轻电流对设备的应力。

对常常要使用分合闸电阻的高压断路器来说，CAT 是一种可供选择 的可靠技术替代方案。CAT 安装在断路器的控制回路中，具有处理来 自电压或电流互感器输入的信息的功能，并在最佳操作条件的时刻发 出断路器操作脉冲。例如：视电网参数不同而异，CAT 能有效地将电 容器组投入时的冲击电流减低到其原有值的 30%。对于有并联补偿线路的自动重合闸，即使对长线路而言，操作过电压 值也能保持在 2 倍(标么值)以下，在切除并联电抗器的情况下，CAT 能消除在断路器内有害的电弧重燃，因而防止了 电抗器绝缘的劣化。

可以看出，CAT 在一起程度上实现了对断路器的受控操作，具有智能操作的一些特点。

实际上，国外十几年前已开始相当普遍地实际应用相位控制高压断路器技术，下表简要说明相位控制高压断路器的作 用。

4、智能型高压电器有关问题的探讨