基于IEC61850的高壓開關柜綜合在線監測研究

摘 要：近年來，隨著電網智能化程度的不斷深入，作為電力系統中的主要設備，高壓開關柜的運行狀態對電力系統安全可靠運行有著至關重要的影響。為確保供電的可靠性，對高壓開關柜設備運行狀態實施持續穩定的在線監測越來越重要。論文首先介紹了在線監測系統產生的背景及其常規結構構成，然后闡述了國內外對于高壓開關柜在線監測系統的研究現狀，并列舉了幾種監測方法進行對比分析，最后總結了在線監測系統所面臨的挑戰，以及提出一種結構簡單、功能全面的在線監測系統的必要性。

關鍵詞：電網智能化；高壓開關柜；運行狀態；在線監測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.262

1 引言

作為電力系統中重要的電力設備之一，高壓開關柜在實際運行當中常會發生因為一些原因出現運行狀態惡化的情況，從而導致電力系統出現整體事故。因此，實時獲取高壓開關柜設備的運行狀態對電力系統的可靠性具有至關重要的影響[1]。

由于高壓開關柜故障的模糊性和隨機性，其發生故障不僅取決于設備當前的運行狀態還與其歷史狀態有關，即便是同類故障其誘發的原因也存在一定的差異，而且同種原因還可能造成不同的故障。這就需要高壓開關柜在線監測系統越來越趨于智能化。其中智能化模塊是集傳感器技術、計算機處理技術、電磁兼容技術與一身，使得在線監測系統在現場安全可靠地對高壓開關柜的設備運行狀態進行監測分析。

2 高壓開關柜在線監測研究現狀與發展趨勢

國外對高壓開關柜在線監測系統的研究開發較早，高壓開關柜在線監測技術正逐步進入實用化階段。其實現手段是通過在高壓開關柜中引入微處理器，對一些能夠反映高壓開關柜運行狀態的重要參數進行長期連續地監測[4]。不僅可以監視設備當前的狀態，還可以分析某些重要參數的變化趨勢，捕捉潛在的和已經存在的故障，為設備狀態檢修提供依據。

在引進國外先進技術的同時，國內部分高校及科研機構也開始了在線監測技術的研究。浙江大學、華南理工大學等科研院校和國內部分公司研制出了高壓開關柜觸頭和母線溫度在線監測系統。清華大學高電壓和絕緣技術研究所研制的 CBA-1 型高壓斷路器參數測量分析系統，也得到了實際應用。

3 高壓開關柜綜合在線監測研究方法

據有關資料表明，在因高壓開關柜故障造成的電力事故中，設備溫升故障、機械故障、絕緣故障占據了絕大多數。針對不同的故障類型，需要采取不同的監測方法，而且針對同一種故障，監測方法也各有千秋。

（1）溫升故障：在開關柜內部的導電連接處會因電磨損、機械振動磨損等原因造成接觸條件惡化，接觸電阻增加，從而引起接觸點的溫度升高，加劇接觸表面的氧化，導致局部熔焊或接觸松動處產生火花，甚至電弧放電，最終造成電氣設備的損壞，導致用戶停電等重大事故。溫度在線監測是預防此類故障發生的重要措施。文獻[5]提出目前常見的測溫方式有兩類：非接觸式測溫和接觸式測溫。其中非接觸式測溫應用比較多，在實際應用中該模塊電源是感應式電源，從電力線獲取能量。其獲取的能量大小由電力線負荷的大小決定，由于電力線負荷的變化隨機性較大，故模塊常出現供電不足現象，種種約束限制了無線測溫方法的應用。

（2）機械故障：斷路器最嚴重的機械故障是拒動和誤動。而引起此類故障的主要原因有兩個： 一是操動機構及傳動系統的機械失效；另一個是電氣控制和輔助回路的故障[5]。針對此類故障，對高壓斷路器監測的內容有三點：觸頭行程—時間特性監測、分合閘線圈回路電流監測、振動信號的監測。其中，行程—時間特性是斷路器機械特性的重要表征。

目前，直線位移傳感器存在著機械安裝不方便以及高壓隔離的問題；角位移傳感器雖解決了高低壓隔離的問題，但是其自身機械性能受到挑戰。考慮到上述兩種位移傳感器的優缺點，又產生了一種新型的位移傳感器—非接觸式位移傳感器，如半導體激光位移傳感器、渦流位移傳感器、紅外測距傳感器和超聲波位移傳感器等。這種傳感器目前正處于開發研究階段。

（3）絕緣故障：表征絕緣特性的有很多參量，比如介質損耗角正切、局部放電、泄漏電流等[5]。對于110KV以上的開關局部放電故障是表征設備絕緣特性的重要因素。局部放電的檢測和評價作為絕緣狀況監測的重要手段，可以動態反映電氣設備的絕緣狀況，并實現對設備絕緣潛伏性故障的早期預警，通過對檢測結果的分析和處理有效避免災難性事故的發生。

在絕緣結構中產生局部放電時，會伴隨產生電脈沖、超聲波、電磁輻射、光、化學反應，并引起局部發熱等現象。目前，通過測量伴隨局部放電而產生的電、光、聲和熱等信號衍生出很多在線檢測局部放電現象的方法。包括超聲波法、暫態對地電壓（TEV）法、超高頻（UHF）法以及紫外檢測法等。

4 總結

雖然我國對于高壓開關柜在線監測技術的研究已10年有余，在技術上也取得了一些突破，但是一些關鍵性的問題仍然存在。究其原因，有以下兩點：

1）技術上未能解決高壓開關設備對在線監測設備的影響。 主要表現在在線監測設備的安裝為了不影響高壓開關設備的安全，而犧牲了其本身的檢測精度；

2）管理上未能處理好在線監測設備廠家與高壓開關設備廠家之間的關系。 主要表現為將具有“緊密聯系”的在線監測設備和高壓開關設備分開招標，造成了從設計到運維等各個環節職責劃分不清，影響在線監測設備的缺陷和故障的及時處理。

如何使得開關柜與在線監測系統一體化將是今后該技術的趨勢，使得這項技術具有整體性、兼容性和穩定性3個特點。此外，對于還要根據實際的工程應用對在線監測系統賦予特定的要求。

參考文獻：

[1]劉偉華.高壓開關柜監測與故障診斷分析[J].設備管理與改造.

[2]李曉鳳.在線監測在高壓開關柜中的應用[J].傳感器檢測技術.

[3]黃瑜瓏.高壓開關柜智能化監測裝置的研制[M].電工技術雜志.

[4]王小華.中壓開關柜在線監測裝置的研制[J].高壓電器，2009，45（03）：52-55.

[5]李中祥.高壓隔離開關觸頭溫度在線監測系統的研制[J].高壓電器，45（02）：11-17.