开关状态 篇1
目前开关柜上的状态指示装置有很多种类, 本文主要就其中的2种进行论述, 分别是圆盘旋转型开关和闪灯型故障指示器。圆盘旋转型开关是一种国内应用较多的开关, 主要有导通、接地、悬空3种状态, 在图像形态上表现为开关指向线条的方向不同, 分别对应为垂直方向、与垂直方向呈-45°、与垂直方向呈45°。华中科技大学现已经研究出较为先进的电力开关柜圆盘旋转型开关状态图像识别装置。顾名思义, 闪灯型故障指示器就是利用灯的亮灭来提示工作状态的一种指示器, 通常来说暗的时候表示正常工作状态, 而急促的闪烁则表明出现故障。本文着重通过硬件资源改造现有软件处理识别算法, 对开关柜状态指示装置特征进行快速提取, 从而迅速高效地捕捉识别出开关柜的当前状态。
1 开关柜状态高速识别流程
在进行开关柜状态识别时, 第一步要做的工作就是图像数据的预处理, 再把预处理后的数据信息转入开关柜的计算模块。这一步工作的目的主要是为了对图像数据进行降噪处理, 从而得到更为平滑的图像, 避免了干扰。之后再根据所使用开关柜类型的不同, 采取不同的计算方法。在滤波处理之后对图像进行二值化处理, 为识别过程提供黑白图像, 使识别过程简化。
过去我们所采用的图像处理方法主要是先对图像进行预处理并采集相关数据, 只有全部图像数据采集完毕之后才能进行识别, 这个过程相对来讲比较慢, 有一定的延迟, 故在时间上无法满足我们对高速处理的要求。现在我们采用的是流水线技术, 可以对图形直接进行流水线化操作。图1为流水线化图像处理流程示意图, 整个流水线数据采用串行接收方式, 通过分别预处理并进行识别, 大大提高了图像的数据采集速度, 使得高速处理有了可能。从整个流程来看, 所有的图像都进入一个不间断的处理与识别过程, 可以实现流水线化操作。
2 开关柜状态识别算法加速
为了提高图像识别速度, 笔者决定用硬件优化软件算法匹配过程, 主要对象为前面所提到的圆盘旋转型开关和闪灯型故障指示器。通过优化可以大大提高识别速度, 满足我们对高速识别的要求。优化方法主要是根据2种状态指示装置的状态特征, 进行特征模板的硬件逻辑匹配。与一般算法相比, 这无疑会大大提高效率, 其优势非常明显。
2.1 圆盘旋转型开关识别
图2为圆盘旋转型开关的二值化图像, 要判断开关的3种状态情况, 只需识别出中心细条的方向, 从图中可以看出, 这种形态开关的白色区域分布与垂直方向呈近45°角。
图像识别的方法很多, 比如应用灰度行程统计的算法, 它与应用膨胀腐蚀的形态学方法相比也有不错的效果。利用灰度行程统计算法时, 需要从左到右、从上到下, 依次遍历每个像素点, 分别统计沿垂直、与垂直呈45°、与垂直呈-45°这3个方向连续N个灰度值为1的行程个数, 这里的N由用户根据采集到的图像情况设定, 一般取略大于图像开关条宽的整数值。
纵观整个图像处理过程, 经过仔细甄选可以发现, 最耗时的部分就是图像识别算法, 相对于我们平时所使用的一般软件, 其弊端还是很明显的, 尤其是在图像信息比较大的情况下, 它对硬件的要求也非常苛刻。对于电力系统来说, 由于图像多、数据量大, 需要逐帧处理, 其反应速度往往不能满足需求。
由于FPGA (现场可编程门阵列) 中拥有丰富的逻辑并行运算资源, 非常适合作组合逻辑运算, 且处理速度非常快, 所以这里用硬件将软件算法的匹配过程优化成逻辑的门运算过程。算法原理为, 按图3 (a) 、 (b) 、 (c) 3种模板对图像进行逻辑匹配, 统计各模板自匹配的数量, 3个模板分别对应图像中的3种状态, 匹配量最大的即为对应状态。
2.2 闪灯型故障指示器识别
在闪灯型故障指示器的识别中, 除了应用膨胀腐蚀的形态学方法外, 也可以使用统计的方式, 统计闪灯区域内白点的个数。该处理方式虽然简单, 但不适用于噪音点很多的情况。如果统计具有一定面积的白色色块的个数, 效果会有所优化, 但通过软件来实现该算法需要较繁琐的遍历过程, 比较费时, 不符合快速识别的要求。
这里, 同样利用FPGA中丰富的逻辑并行运算资源, 用硬件将软件算法的匹配过程优化成逻辑的门运算, 统计比较图像中的亮模板个数, 大于阈值判定为亮态, 小于阈值则判定为暗态。
3 高速识别算法仿真与测试
本文的算法基于FPGA平台, 被作为一个自定义组件集成到SOPC (可编程片上系统) 中, 实现对开关柜图像处理识别算法的加速。以下对该算法进行硬件的仿真与测试。
开关柜的高速图像处理识别过程由图像预处理与图像识别2种算法并行流水线运行。
图4为圆盘旋转型开关预处理结果, 其中 (a) 为采集后灰度化的图像, (b) 为中值滤波后的图像, (c) 为对中值滤波图像进行二值化处理后数据还原的结果。闪灯型故障指示器的预处理同理。
以下分别对圆盘旋转型开关和闪灯型故障指示器识别加速算法进行仿真, 加速算法的核心思想是采用滑动窗口与门逻辑单元相结合的运算方式。
将该算法应用到搭建的测试环境中, 测得实际条件下圆盘旋转型开关的选择区域为64×56, 闪灯型故障指示器的选择区域为64×11。高速视频捕捉模块使用逻辑单元 (Logic Elements) 330个, 能够满足系统对高数据率的要求。通过硬件的高速捕捉、高速识别, 能很好地做到处理与捕捉同步进行, 相比其他软件耗时更短, 全部处理过程可以包含在一帧图像的扫描输入过程中, 且不会出现漏帧的情况, 完全满足系统对图像处理的高速要求。
4 结语
本文以圆盘旋转型开关和闪灯型故障指示器为例, 介绍了如何从有效视频流中对图像对应的开关柜状态进行高速图像处理识别。对开关柜其他状态指示装置的识别, 可以采用与这2种方式相似的方法来进行。实现对开关柜状态的高速识别, 对于实时指示电力线路运行状态, 及时发现电力运行故障, 精确判断具体故障位置节省人力, 提高效率具有重要意义。
摘要：主要介绍了如何从有效视频流中对图像对应的开关柜状态进行高速图像处理识别。对算法的合理性及性能进行了仿真测试, 并对其结果进行了分析, 能够满足当前开关柜状态识别的需求。
关键词：开关柜,状态,识别
参考文献
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开关状态 篇2
高压开关柜是使用极广、数量最多的开关设备。由于在设计、制造、安装和运行维护方面存在着不同程度的问题, 因而事故率比较高。同时因污秽、绝缘薄弱、小动物侵入等原因常引发事故, 表现为外绝缘对地闪络击穿, 内绝缘对地闪络击穿, 相间绝缘闪络击穿, 雷电过电压闪络击穿, 瓷瓶套管闪络、污闪、击穿、爆炸, CT闪络、击穿、爆炸, 瓷瓶断裂等[1]。
目前, 通过检测开关柜的局部放电是目前预防故障发生的一种好方法, 主要通过检测开关柜局部放电产生的地电波信号和超声波信号实现开关柜的状态检修。
PDAMS-1000型开关柜局部放电综合管理系统实现了开关柜局部放电的检测和存储, 并通过数据的分析和应用有效实现对开关柜局放状态的分析, 提供基本的辅助决策建议。
2 局部放电
局部放电是电极发出的电子撞击气体原子产生的电离现象, 一般分为内部放电、表面放电和电晕。
1) 内部放电:高压系统组件采用的介质也多种多样, 在浇注时存在气泡和杂质。将导致局部场强增大、局部放电发生, 这种放电不断蔓延和发展, 会引起绝缘的损伤 (碳化痕迹或穿孔) , 如任其发展, 会导致绝缘丧失介电性能而造成事故。
2) 表面放电:在电气设备的高电压端, 由于电场集中, 而且沿面放电场强又比较低, 往往会产生表面局部放电, 绝缘体表面放电的过程及机理与绝缘内部气隙及气泡放电的过程及机理相似, 不同的是放电空间一端是绝缘介质, 一端是电极。
3) 电晕:电晕放电是在电场极不均匀的情况下, 导体表面附近的电场强度达到气体击穿场强时所发生的放电。
3 局部放电的检测与分析技术
3.1 局部放电的检测技术
3.1.1 地电波检测
当高压电气设备发生局部放电时, 放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分, 形成电流脉冲并向各个方向传播, 对于内部放电, 放电电量聚集在接地屏蔽的内表面, 因此如果屏蔽层是连续时无法在外部检测到放电信号。但实际上, 屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损而导致不连续, 这样, 高频信号就会传输到设备外层。
通过放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去, 同时产生一个地电压脉冲信号, 通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。通过电容性探测器就可检测到地电压脉冲对开关柜局部放电状况进行检测。
3.1.2 超声波检测
声波是一种机械振动波。从能量角度来看, 当发生局部放电时, 放电是一个能量瞬时爆发的过程, 是电能以声能、光能、热能、电磁能等形式释放出去的过程, 在空气间隙中发生电气击穿时, 放电瞬间完成, 其电能瞬间转化为热能导致放电中心气体的膨胀, 这种瞬间膨胀的结果以声波的形式传播出去, 随着最初的声波传播, 传播区域内的气体被加热, 形成一个等温区, 其温度高于环境温度, 当这些气体冷却时, 气体又开始收缩, 收缩的结果就是较低频率和强度的后续波, 它含有各种频率分量, 且频带很宽, 范围为10Hz~10MHz[2], 其中频率超过20k Hz的即为超声波。由于局部放电区域很小, 故局放声源通常可看成点声源。由于每次放电的时间很短, 因此它产生的声波的频谱很宽, 可以从几十Hz到几MHz, 其中频率低于的信号能够被人耳听到, 而高于这一频率的超声波信号必须用声传感器才能接收到。由于高频超声信号在空气中衰减很大, 而且声波信号能量主要集中在30~50k Hz, 因此选用中心频率为40k Hz左右的超声传感器可以更好的检测到局部放电所产生的超声波。
3.1.3 超声波和地电波综合检测技术
需要将地电波检测和超声波检测综合运用, 研究应用以地电波检测为主导手段, 超声波检测技术为辅助手段的声电波综合检测技术。
3.2 局部放电的分析技术
3.2.1 横向分析
对同一个开关室内开关柜的测试结果进行横向比较, 当某一开关柜个体的测试结果比其它开关柜的测试结果及现场背景值均大时, 则初步可以认为此设备存在缺陷的可能性较大。如图1。
3.2.2 趋势分析
对同一开关柜不同时间的测试结果进行分析, 从而比较分析得出开关柜的运行趋势状况。
需要周期性的对开关室内开关柜进行检测, 将每次检测的结果存档备份, 以便于分析不同时间内设备局部放电状态的变化, 从而判断设备的运行趋势状况。
3.2.3 阈值比较
提供判断阈值, 将开关柜的检测结果和判断阈值进行比较, 根据结果可以得到目前该开关柜的运行状态, 如:正常、关注、预警等。
4 系统组成
PDAMS-1000型开关柜局部放电综合管理系统由手持式或便携式局部放电声电波检测仪和开关柜局部放电综合管理软件两个部分组成。
手持式或便携式局部放电声电波检测仪集局部放电信号的检测、显示于一体, 通过地电波法和超声波法帮助运行人员对3-35k V开关柜局部放电信号进行检测, 有效分析判断设备的状况。
开关柜局部放电综合管理软件对检测终端检测获得的数据进行集中管理、分析和应用。通过大量数据的采集分析, 应用各种分析方式了解开关柜的局部放电情况, 为用户提供辅助决策建议, 能对开关柜系统进行整体性的风险评估, 指导开关柜进行状态检修。
5 结论
采用开关柜局部放电综合管理系统有利于及时发现设备的潜在性运行隐患, 采取有效防控措施降低事故发生的概率;有利于科学的进行检修需求决策, 合理安排检修项目, 检修时间和检修工期, 有效降低检修成本, 提高设备可用性。
参考文献
[1]田勇, 田景林.6~10kV开关柜事故统计分析与改进意见[J].东北电力技术, 199 (8) :5-10.
高压开关检修状态监测论析 篇3
关键词：高压开关安全问题故障检修检测分析
中图分类号：TM1文献标识码：A文章编号：1007-3973(2011)005-018-02
1.引言
随着电力电子技术的近年来的不断发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的高压开关。在现阶段形势下，高压开关的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于高压开关实现轻、小、薄的关键技术就是高频化，因此国外各国各大高压开关制造商都致力于高频化的创新。同时可靠性、低耗、低噪音和抗干扰也成为了研究重点。而模块化是高压开关发展的总体趋势。
高压开关已经逐渐得到了广泛的应用。但目前由于国内高压开关的设计量过大，导致设计过程中对于产品的工作状况和实际性能的预见性比较差，从而安全问题也相继出现，本文将从安全性设计、保护电路和安全性的故障检测三个方面对高压开关的安全问题进行浅析，从而对高压开关技术有个整体概念以及其发展趋势的预测，从而提高自己的设计水准，提高产品的质量。
2.高压开关简介
本文以KYN61－40.5型铠装移开式交流金属封闭开关设备适用于三相交流50／60Hz、额定电压40.5kV单母线分段电力系统为例，来进行论述，此类高压开关设备主要应用于发电厂、变电所及工矿企业、高层建筑的变配电中作为接受和分配电能之用，并对电路实行控制、保护及监测。本开关柜符合GB3906、DL／T404等标准。他的特点主要有以下这些：母线采用热缩绝缘材料或环氧涂覆的绝缘手段，优化电极形状，使柜体结构紧凑，缩小占地面积。柜体选用优质冷扎钢板及进口敷铝锌板经数控钣金加工成型后，由高强度螺栓、螺母和铆螺母连接而成。柜体中母线室、手车室、电缆室加装绝缘板，绝缘水平大大提升。可配置国产ZN85－40.5真空断路器或施耐德公司的SFl、SF2型或阿尔斯通FP系列六氟化硫断路器，以满足不同用户的需求。组合式活门开启灵活，随着断路器的拉出，活门自动关闭并强制闭锁，杜绝了误碰高压电的危险。人机界面使开关柜操作程序化、公式化，操作者一目了然。主接线方案可达到160种以上，且结构适应性强，能满足不同用户的需要。
3.高压开关安全性设计方面
高压开关的安全三防设计指防潮、防盐雾和防霉菌设计。电子元件表面在潮湿的环境中会吸附一层水膜，当水膜厚度达到一定值时，就会产生化学腐蚀所必须的电解质膜，这种电解质富含盐分，对金属表面有很强的腐蚀性，因此要防潮、防盐雾。对于密封有要求的元件应采取密封处理，暴漏在大气中的元件不能采用凹陷结构，以免积水产生腐蚀作用。湿热环境为霉菌的滋生提供了非常有利的环境，霉菌以有机物为养料，吸附水分、分泌有机酸，从而腐蚀破坏绝缘层，引起电路上的短路。因此要避免使用棉、麻、丝等易霉制品。特别凡是我国长江以南和沿海地区都必须进行三防设计。
就高压开关的安全三防设计实际功能我们来举例说明。众所皆知，三防设计在整个高压开关中起到的重要作用。在我们居民生活一般的家电高压开关中通常会遇到在开关电子原件使用一段时间后，会出现表明一层使高压开关电子化学产品不同程度的腐蚀。我们针对整个高压开关的设计上采用防潮、防盐雾和防霉菌。在实际操作过程中选用了耐蚀材料，再通过镀、涂或化学处理即通过对电子设备及零部件的表现覆盖一屋金属或非金属保护膜，使它们之与周围介质隔离，从而达到防护的目的。在结构上采用密封或半密封形式来隔绝外部不利环境，使变压器应进行浸漆，端封，从整个操作结束和观察后我们发现，电源开关三防设计大大的减少了高压开关操作中防潮气进入而引发短路事故，为人们生活中带了舒适化的便捷安全服务。
4.高压开关的检修状态监测分析
如果出现负载短路、过载或者控制电路失效等状况时，流过开关三极管的电流就会过大，导致功耗变大、发热，大功率的开关三极管就会烧毁。因此在开关稳压器中过电流保护措施是非常重要的。最简单的方法就是使用保险丝，它属于断路法过流保护，但经常更换保险丝给生产带来不便。因此也可以采用振荡器调频法过流保护措施。调频法就是通过检测比较放大电路产生控制信号使振荡器的频率发生变化，导致负载电压的降低，从个人减小负载电流。
我们发现在一些公共场所，通过在高压开关的输入端并入压敏电阻，可以起到对由于自然环境或其它因素造成的瞬时强电流对高压开关造成的危害。举例说明：雷击或感应雷在电网输电线中产生的突变电压会产生瞬时强电流，由于该电流上升时间快，持续时间短，会对整个高压开关造成巨大的破坏。但是通过在电源的输入并联压敏电阻Rv(如图1-1所示)，就可以有效地避免这种强电流带来的冲击破坏。通常情况下压敏电阻Rv呈高阻抗，近似开路，只有当雷击产生的强电流出现，压敏电阻Rv两端电压瞬间超过其启动电压时，它将由高阻抗状态迅速转变为低阻抗状态，近似短路，释放雷击产生的强电流。同时保险丝F也会熔断，对安全电源起到了很好的保护作用。如图1。
在此状态下的监测总体应该有以下几点功能：320×240液晶显示器、高速热敏打印机；集成操作电源，无需现场二次电源，现场使用更加方便快捷；标准USB接口，便于数据交换；具有录波功能，可对应时间坐标显示断口状态波形、行程－时间(S—t)曲线，有利于对开关机构故障的准确判断；集成数据管理功能，按站名、设备、试验管理，配有上位机分析软件：每种开关都可独立配置相关的试验配置，并被贮存于U盘中：可测试一路速度，配备旋转传感器、线性传感器、滑线电阻传感器，几乎涵盖所有型号开关的速度测试；设计有开关的重合闸试验功能，各种重合闸试验均可随心所欲：内部抗干扰电路可以满足500kV变电站内可靠使用，保护电路能保证设备及人员安全、仪器并能稳定、准确测试；开关操作机构的低电压试验。适用于国内外所有SF6、真空、少油高压开关的机械特性及动作电压的测量；测试通道7路：同时测量6路断口的固有分、合闸时间、同期性及1路速度。
5.结论
高压开关作为近年来的新式电源，随着社会经济和科学发展的需要，由于其体积小、效率高等优点，越来越受到人们的欢迎，逐渐应用到各类电子产品中。但也由于其电路复杂，维修难度也大，导致设计过程中对于产品的工作状况和实际性能的预见性比较差，从而安全问题也相继出现，本文从安全性设计和故障检测对高压开关的安全问题进行了浅析，得出以下结论。
参考文献：
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高压开关设备的状态检修技术 篇4
对电力设备而言，传统的定期检修不但影响供电的连续性，而且难以避免突发事件因检修不及时造成的停电事故及检修本身给设备带来的损坏，状态检修是指一种科学的设备运行管理方式，旨在利用现代传感器技术和计算机技术等对运行中的设备进行实时状态监测，得到其完好水平的评估或诊断，进而对异常现象或故障有针对性地采取检修措施，以保证系统的可靠运行。实施状态检修可使操作者清楚地掌握设备运行状态，能在线检测出故障隐患，及时地给出检修对策。国外电力设备的状态检修技术发展很快，据报道实施状态检修可使电力系统中每年用于设备检修的费用降低25%～50%，故障停电时间减少75%.对供电可靠性贡献极大。状态检修的意义在以下几个方面：1)减少系统停电检修的盲目性和损害性，降低供电成本;2)及时发现系统故障隐患，提高供电可靠性;3)能准确反映电力设备的使用寿命程度、安全指标，保证系统始终处于可控状态。
目前，电力设备的状态检修技术发展很快，如按设备分类大致可分几大领域：发电设备的状态检修，输电线路状态检修，高压开关的状态检修以及电容器、电抗器、互感器等辅助电器的状态检修。本文将讨论高压开关设备的状态检修问题，把要做的工作归纳为以下几个方面：1)开关设备的状态检测及故障诊断：研究可靠的检测装置和检测方法;绝缘以及电气参数的劣化与故障，机械参数与物理参数的诊断等;2)开关设备状态检修的管理软件，包括诊断数据的处理、设备状态的认定及检修对策、老化与寿命累计及相关的检修判据等。系统应能存储每台设备所有信息，包括设备台帐、安装调试记录、设备映陷记录、历次测试记录、在线监测数据等，对比较直观的故障给出检修对策;3)电力设备的可靠性指标、检修技术判据及检修管理标准等。
上述三方面的工作相互关联，而第一个问题是实施该技术的前提与基础。作为状态监测，可以按其工作性质进行分类研究。
二、开关绝缘状态监测
开关设备的绝缘状态监测包括介损，局放，漏电流等指标的在线监测和停电检测。绝缘在线监测在高电压工程及高压电器领域中多年来一直有专题研究，目前与开关有关、应用比较成功的方面主要有：开关电容套管的电容量的变比、介损的在线检测，系统漏电流的检测。而较难实施的则是以GIS为代表的封闭式高压、超高压开关设备的绝缘在线监测。文[1]介绍了提取局放产生的特高频信号来监测GIS绝缘状态的方法。SFo气体的高绝缘强度使GIS中的局放辐射频率很高的电磁波，最高频率可达GHz量级，而一般的气体中局放以及电力系统中的干扰电磁波都在特高频段以下。利用这一特性.就可以在电磁波可以辐射出来的位置如盆式绝缘子处检测到局放，并可根据同时在不同位置上测到的信号相位，进行局放定位。
绝缘问题一般可以泄漏电流的形式反映出来，污秽造成的闪络事故也可通过泄漏电流的检测发现其前兆。文[2]介绍了在线检测变电站污秽造成的泄漏电流增加，有很大的实用价值，研究表明：在临近闪络时绝缘表面会出现持续时间很短、幅值很高的电流脉冲。如测整体设备，可在统一接地处串一分流器或电流互感器，这样在闪络发生前就能测到前兆电流脉冲。
除了在线检测外，某些绝缘状态可以根据停电检修或备用时检测结果得出，如密封橡胶的老化状态、复合绝缘的表面状况等。因此，绝缘状态检测比在线检测所包含的信息更多，要求也更全面。
三、机械与物理参数的诊断
机械状态的诊断旨在考查开关的操动机构和传动机构工作参数的变化和机械故障，它关系到灭弧系统的工作正常与否。机械故障的检测通常直接采用诊断机械振动的方法，理论上可以得到所需要的信息。但在实现的时候，信号的机电转换失真严重，效果一般不理想，
文[3]介绍了声谱色度变换法：把传感器与光纤绕在开关壳体或动导电杆上，通过特制的光信号过滤器测量波动自干涉斑纹图样，包含了断路器操作时产生的机械与声的振动信息，应用色度变换，把所有信息压缩到色度坐标中，可以解决信号传输的问题。对于常见故障，由于开关所有的机械动作都是由机电转换完成的，相应的电量变化应能反映出机械系统的变化。如传动系统产生卡滞时，驱动线圈的电流就会发生变化，脱扣系统产生卡滞时脱扣电流波形也会产生变化，信号处理系统如能分辨出这些变化，就可发现故障的前兆，给出检修报警信号。这种以电量为基础的工作状态分析显得更实用一些。
开关的动触头行程和时间的关系可反映其机械参数.因此要求传感器频率响应好，测试精度高。文[4]给出了一种应用半导体器件检测触头行程和速度方法。在与动触头连接的开关某一部位上装一霍尔元件，井让它随开关动作在一梯度磁场中运动，当霍尔元件输入一恒定电流时其输出电压即可反映动触头的位移。霍尔元件有很高的灵敏度和很好的频率响应，脱离了电接触，这项技术在国外智能化开关的位移检测中得到广泛应用。
在物理参数诊断方面较为突出的是SF6设备的气体密度监测受真空开关真空度的在线监测，前者目前有较成熟的手段与仪器。而后者在国内则仍是前沿课题。文 [5]介绍的电光法是目前最为可靠的检测方法。当真空开关真空度处于良好状态时，闭合的真空开关触头与屏蔽罩间以受屏蔽罩与接地的开关构架板之间可等效为两个串联电容，灭弧室外部空间对应屏蔽罩附近的电场由两等效电容的分压决定。当真空灭弧室的真空度劣化时，屏敝罩电位几乎与闭合触头的电位相等，外部空间的电场就要发生变化。直用对电场变化反映极灵敏的电光元件测出这一变化，就可以在线检测到真空开关真空度的变化，
四、电气参数的劣化监测
开关电器的温升直接反映了其电接触的状况，是人们时常关心的电气参数 开关工作时的电弧形态与电弧电压则是最难诊断的状态。此外，开关操动机构的控制回路故障也常使开关整体失效如脱扣线圈的断线故障。
预埋热电偶.体外红外探测等温升在线监测方法已经比较成熟了，脱扣线圈断线检测因属纯电路问题，有实用电路供人们选用，而电弧电压的在线监测则因其信噪比问题而有相当的难度。因此，高电场环境下的电参数传输到二次控制系统，电磁兼容问题比较突出。研究表明，系统中常态噪声是工频50Hz及其高次谐波，一次回路中发生的任何形式的暂态过程f如各种过电压和各种短路故障)以及载波通讯信号 都会通过不同的途径耦合到二次系统。此外，高电场引起的电晕及污闪也要产生电磁辐射，二次控制回路的大功率合闸电磁铁也会对电量传输带来扰动。解决电磁兼容问题就要从干扰源人手，严格屏蔽、隔离与接地措施，信号的数字化可以大大缓解干扰的影响程度，若引入光电转换就可以从根本上解决这个问题.
电气方面最难监测的是开关电弧的状态，文[5]给出的色度方法为电弧状态诊断提出了一种新的解决途径，但涉及开关灭弧室结构的改变，对现有开关来说还有很远的道路。目前比较现实的还是想办法从电弧电压人手，研究电弧电压与电弧状态的关系。
五、老化监测，寿命累计及相关的检修判据
状态检修判据的研究包括两方面的内容，一是检测到的故障征兆或老化与劣化的状态评判，二是设备工作寿命终了的判定。由于开关动作分散性很大，应以实际工作寿命的累计为判据，全面评估状态健康水平。由于开关开断电流的大小与电磨损量是非线性关系，在寿命累计时应进行加权处理。
开关状态 篇5
10k V是目前我们国家配送电能的最主要的中压配电电压等级, 变电站10k V开关柜作为10k V电压网络输出端, 其作用是接受汇集变电站主变所输送的电能并向用户进行转送的重要环节。10k V开关柜发生故障不但会造成单条线路停电, 甚至会造成主变保护动作, 全站失电, 对用户大面积停电。所以变电站10k V高压开关柜的安全安全运行对用户及供电企业来说都至关重要。
变电站10k V开关柜是10k V柜式配电装置的总称, 断路器柜, 站变柜、电压互感器柜、消弧消谐柜都被统称为开关柜。10k V开关柜中, 一次设备部分包括:断路器、隔离开关、接地开关、操作机构、电流互感器、电压互感器、母排等。二次设备部分包括:继电保护测控装置、合并单元、智能终端、开关柜状态显示器、五防锁、电气仪表、指示灯、二次线、温湿度传感器、控制器等。相关一二次设备组合封闭在柜体内实现相应的功能,
由于密封并且放置于室内所以开关柜内10k V部带电部位相间、相地距离校小 (国内标准125mm) , 并且高低压设备分室, 功能上分块, 结构紧凑;其中GG-1A-10、XGN-10型开关柜满足国际防护等级IP3X要求, KYN28-12型开关柜要满足防护等级IP4X要求。随着开关柜的发展防护等级越来越高, 密封越来越严密, 相应的开关柜散热效果越来越差、与对柜内设备巡视、监测也越来越困难。
2 10k V高压开关检修方式优缺点分析。
10k V高压开关柜的检修方式有预防性的定期检修、改进性检修、故障检修、状态检修。在很长的时间内供电企业都把定期预防性检修作为查找故障隐患排除障碍的一种检修方式。在供电企业10k V开关柜定期检修模式中, 预试检修周期是按照10k V一次设备6年, 二次保护设备3年的周期进行。根据本人多年的对10k V开关柜的定检工作进行总结分析, 总结出定检的几大弊端:
(1) 对开关柜3年停运一次进行检修、预试浪费人力、物力、影响用户供电。
(2) 通过定检发现的设备缺陷很少, 经常存在对20多台开关柜设备在当年春检中位发现缺陷为零, 但运行后不长时间却出故障的现象, 说明依靠定检对发现设备缺陷与隐患不能当做唯一的方式。
(3) 由于频繁定检, 检修人员的质量意识越来越淡薄, 加之工作量大, 停电时间短等原因, 反倒会在检修过程中损坏设备, 遗留隐患的现象。例如在线路保护校验中打开压板, 及电压、电流连片, 检修后未恢复原状, 造成运行后保护拒动, CT开路等现状也时有发生, 长期的状态检修没有把检修人员培养成标准化检修的好习惯, 更多的是在完成任务式的应付。
(4) 设备频繁检修, 设备寿命受到影响。开关柜内一次设备的交流直流耐压试验是破坏性试验, 每施加一次都相当于一次冲击, 保护试验中, 开关频繁分合闸也会使开关机构老化, 内部触头磨损, 导致开关的使用寿命降低。通常检修人员常说的一句牢骚话“用不坏, 试坏”也能折射出频繁预试对设备的危害。
状态检修是企业以安全、可靠性、环境、成本为基础, 通过设备状态评价、风险评估, 检修决策, 达到运行安全可靠, 检修成本合理的一种检修策略。它是一种预知性检修, 是在设备故障发生前及性能降低到不允许极限前有计划的安排检修。这种检修方式能及时的、有针对性的对设备检修, 不仅可以提高设备的可用率, 还能有效降低检修费用。
供电企业对变电站10k V开关柜的检修方式由定期预防性检修正全面过度到状态检修模式, 在国家电网公司的地市级以上的供电公司已全面进行了状态检修, 并已积累丰富的经验, 县级供电公司由于资产归属等原因, 状态检修较晚和较不完善, 但现在也正逐步的走上快车道。
3 10k V高压开关柜开展状态检修应把握的要点
通过二十年的对开关柜的检修积累的经验, 与多年的对10k V开关柜状态检修的研究, 我认为应把握好以下几个方面作为状态检修工作的要点
3.1 保证10k V开关柜良好的初始状态, 是进行状态检修的起点和基础
保证开关柜的健康的初始状态, 既是电网安全运行的基础又是减少设备维护工作量的关键。设备健康良好, 可以获得正确的交接试验数据, 能够给以后的状态评价提供比较依据, 能够正确把握设备障碍故障发生的规律, 积累运行经验。为保证设备有良好的初始状态必须要做到:
(1) 加强开关柜设备选型, 设备招投标, 优中选优, 保证开关柜产品质量, 杜绝有家族缺陷的产品流入电网。
(2) 开展开关柜安装、检修预试现场标准化作业, 实行标准化作业全过程控制, 现场标准化作业全过程控制是针对现场作业过程中的每一项具体操作, 按照电力安全生产的有关法规、技术、标注、规定的要求, 对电力现场作业活动的全过程进行细化、量化、标注化, 保证作业过程处于“可控”“在控”状态, 不出现偏差和错误, 以获得最佳秩序和效果。
3.2 强化开关柜设备的“三值”管理。
初值是能够代表状态量原始值的实验值。初值可以是出厂值、交接试验值、设备核心部件或主体进行解体检修之后的首次试验值。加强开关柜设备出厂试验、交接试验的完整性、全面性、准确性, 保证一二次设备初值的准确性。获取初值的试验及检测要全面细致, 数据完整详实, 真空断路器、互感器等设备要对厂家出厂检测项目进行逐一检测, 还要对厂家未进行的其他交接试验项目进行试验测量。做好对原始资料的收集整理, 包括铭牌参数、型式试验报告、订货技术协议、设备监造报告、运输安装记录、交接验收报告等。
注意值是指状态量达到该数值时, 设备可能存在或可能发展为缺陷, 当监测数据达到注意值时, 应严格按照变电检修规程的注意值处置原则进行处置, 即有注意值要求的状态量, 若当前试验值超过注意值或接近注意值的趋势明显, 对于正在运行的设备, 应加强跟踪监测;对于停电设备, 如怀疑属于严重缺陷, 不宜投入运行。
警示值是指状态量达到该数值时, 设备已存在缺陷并有可能发展为故障。按照警示值处置原则:有警示值要求的状态量, 若当前试验值超过警示值或接近警示值的趋势明显, 对于运行设备应尽快安排停电试验;对于停电设备, 消除此隐患之前, 一般不应投入运行。
3.3 加强对开关柜巡检力度。
对开关柜设备定检过程中发现的设备缺陷很少, 实际上大量的设备缺陷是巡视中发现的, 要充分重视设备巡检在状态检修中的重要作用。
新投运的设备、对核心部件或主体进行解体性检修后重新投运的设备, 宜加强巡检;日最高气温35℃以上或大负荷期间, 宜加强巡视与测温。检测开关柜及进、出线电气连接处, 红外热像图显示应无异常温升、温差和 (或) 相对温差。对大电流柜酌情考虑。注意与同等运行条件下相同开关柜进行比较。测量时记录环境温度、负荷及其近3小时内的变化情况, 以便分析参考。
日常巡检时, 应做到如下:
(1) 外观无异常, 柜门未变形, 柜体密封良好, 螺丝连接紧密;
(2) 照明、温控装置工作正常, 风机运转正常;
(3) 储能状态指示正常, 带电显示、开关分合闸状态指示正确;
(4) 电流表、电压表指示正确;
(5) 检查二次线有无松动, 脱落, 连片、压板有无松动、脱落;
(6) 开关柜应无异常声响, 柜内引线排连接处应无发热、放电迹象;
(7) 出线柜下电缆沟内一二次电缆运行情况是否良好, 是否有放电痕迹、电缆测温应正常, 烟感、水浸传感装置是否运行正常。沟内是否有小动物活动迹象;
(8) 检查保护测控装置背板插排紧固情况, 检查装置显示电流、电压、有功、无功及各遥信、遥测信号情况, 保护装置故障信号、预告信号动作情况, 对故障录波进行分析, 第一时间判断故障性质, 在现场采取必要措施, 对故障线路进行隔离, 对故障设备进行退运。另外运检一体化的实施对状态检修的正常实施也起到了很好的保证作用。对巡视时发现的较小缺陷隐患由运维人员现场就可以进行处理, 避免缺陷发展成事故, 既提高了效率, 又提高了运行人员的责任心。应继续深化运维一体化制度的实施。
3.4 开展开关柜设备精益化管理活动。
供电企业精益化管理近几年提出, 通过互检、排名, 促进了各供电公司变电设备管理水平的提高。逐步细化开关柜的设备精益化评价项目, 逐步提搞精益化管理标注, 将精益化管理推行到所有的变电站。必将会提升10k V开关柜的健康水平, 为开关柜的状态检修做出较大贡献。
3.5 逐步加强开关柜设备的在线监测、带电检测技术的应用。
利用超声波法对开关柜进行局部放电带电检测。一般检测频率在20~100k Hz之间的信号。若有数值显示, 可根据显示的d B值进行分析;对于以m V为单位显示的仪器, 可根据仪器生产厂建议值及实际测试经验进行判断。若检测到异常信号可利用特高频检测法、频谱仪和高速示波器等仪器和手段进行综合判断。异常情况应缩短检测周期。