開關(guān)柜智能監(jiān)測與檢測技術(shù)

1、開關(guān)柜智能監(jiān)測與檢測技術(shù)北京電力科學(xué)研究院 程序2015年7月 南京,主要內(nèi)容,一、高壓開關(guān)柜的故障特征二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù)三、高壓開關(guān)柜智能檢測技術(shù)展望,3,1、開關(guān)柜承擔(dān)直接向用戶饋電的任務(wù)，大多數(shù)饋電線路難以像輸電線路按照“N-1”可靠性原則配置。因此，開關(guān)柜設(shè)備的可靠性直接決定了用戶供電的可靠性。,一、高壓開關(guān)柜的故障特征,4,2、狀態(tài)檢修是提高供電設(shè)備可靠性的重要技術(shù)手段。但是，開關(guān)柜不可能采取像高

2、壓變壓器、GIS設(shè)備那樣的在線監(jiān)測技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)全面、實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測。 高壓開關(guān)柜數(shù)量眾多; 開關(guān)柜的設(shè)備造價(jià)低; 監(jiān)測設(shè)備的成本很高;,一、高壓開關(guān)柜的故障特征,5,3、開關(guān)柜屬于多種電氣設(shè)備的組合體,種類繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 不同電器元件放電特性的差異,如電纜終端、母排、CT、避雷器、絕緣子等; 不同結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的傳輸特性差異，GCD、GCK、KYN、GXN、HGXN等; 緊湊型設(shè)計(jì)不可能固定安裝大型監(jiān)測裝置;,一、高壓開關(guān)

3、柜的故障特征,6,4、開關(guān)柜故障已經(jīng)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。 開關(guān)柜爆炸導(dǎo)致供電中斷; 引發(fā)火災(zāi)事故;,一、高壓開關(guān)柜的故障特征,7,5、電力企業(yè)肩負(fù)的社會責(zé)任要求其必須重點(diǎn)預(yù)防非計(jì)劃停電事故的發(fā)生： 設(shè)備損失：可能僅有數(shù)十萬元； 生產(chǎn)企業(yè)的損失如何評價(jià)？電力企業(yè)如何適應(yīng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型？ 伴隨著中國國際化水平的提高，電力企業(yè)如何腳色轉(zhuǎn)型？北京奧運(yùn)保供電； 上海世博保供電；廣州亞運(yùn)保供電；,一、高壓開關(guān)柜的故障特征,8,6、非計(jì)劃停

4、電導(dǎo)致生產(chǎn)過程中斷也會產(chǎn)生驚人的經(jīng)濟(jì)損失。 一次電壓暫降而使某生產(chǎn)線重新啟動需花費(fèi)50,000美元； 某玻璃制品廠因短時(shí)間電壓中斷，造成損失約200,000美元； 某計(jì)算機(jī)中心因供電中斷引起約600,000美元的損失 ；,一、高壓開關(guān)柜的故障特征,9,6、開關(guān)柜的故障類型及統(tǒng)計(jì)結(jié)果。 拒動故障，主要是機(jī)構(gòu)等機(jī)械原因; 誤動故障，主要是二次控制回路原因; 絕緣故障，主要是缺陷、爬電、閃絡(luò)等； 開斷與關(guān)合故障，多種原因

5、； 載流故障，主要是接觸不良、插件偏心； 外力或其它故障，如加工工藝不良等；,根據(jù)中國電科院開關(guān)設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析得出，不含40.5kV以上。,絕緣與載流故障約占30％~40%！,一、高壓開關(guān)柜的故障特征,10,7、英國中低壓真空開關(guān)故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果。,主要內(nèi)容,一、高壓開關(guān)柜的故障特征二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù)三、高壓開關(guān)柜智能監(jiān)測技術(shù)展望,12,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),開關(guān)柜局放檢測實(shí)用技術(shù) 電磁測量法； 聲音測量法；

6、溫度測量法； 脈沖電流法；機(jī)械測量法；,13,開關(guān)柜局放的電磁測量法(1)局部放電發(fā)生時(shí)，電子快速由帶電體向接地的非帶電體遷移，如柜體；放電點(diǎn)產(chǎn)生高頻電流波，并向兩個(gè)方向傳播；受集膚效應(yīng)的影響，電流波僅集中在金屬柜體內(nèi)表面?zhèn)鞑?，而不會直接穿透；在金屬斷開或絕緣連接處，電流波轉(zhuǎn)移至外表面，并以電磁波形式進(jìn)入自由空間；電磁波上升沿碰到金屬外表面，產(chǎn)生暫態(tài)對地電壓(Transient Earth Voltage)。,二、高壓開

7、關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),14,開關(guān)柜局放的電磁測量法(2) 暫態(tài)對地電壓可用TEV傳感器進(jìn)行測量； 其幅值與放電量和傳播途徑的衰減程度有關(guān)； 衰減量主要取決于放電點(diǎn)位置、設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及開口大小有關(guān)，如墊圈的厚度。 利用裝設(shè)在金屬柜體外表面上的兩個(gè)TEV傳感器所測量的信號到達(dá)時(shí)差，可以實(shí)現(xiàn)粗略的局部放電定位。,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),15,開關(guān)柜局放的電磁測量法(3) 暫態(tài)對地電壓傳感器類似于RF耦合電容器； 外殼兼作絕緣

8、與保護(hù)的雙層功效； 開關(guān)柜殼體上暫態(tài)對地電壓的變化會在傳感器的金屬極板上感應(yīng)出高頻電流，感應(yīng)電流的大小與放電脈沖的前沿陡峭程度有關(guān)； 對傳感器輸出的高頻電流進(jìn)行處理，可以間接獲得局部放電的強(qiáng)度和頻度。,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),16,開關(guān)柜局放的聲音測量法(1) 局部放電前，放電點(diǎn)周圍的電場應(yīng)力、介質(zhì)應(yīng)力、粒子力處于相對平衡狀態(tài)。 局部放電是一種快速的電荷釋放或遷移過程，導(dǎo)致放電點(diǎn)周圍的電場應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力與粒子力失去平衡狀態(tài)而

9、產(chǎn)生振蕩變化過程； 機(jī)械應(yīng)力與粒子力的快速振蕩，導(dǎo)致放電點(diǎn)周圍介質(zhì)的振動現(xiàn)象，從而產(chǎn)生聲波信號；,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),17,開關(guān)柜局放的聲音測量法(2) 放電強(qiáng)度的大小決定了電場應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和粒子力的振蕩幅度，直接決定了振動的程度和聲波的相度； 對于同種程度的放電，振動幅度與介質(zhì)的彈性系數(shù)有關(guān)，固體與液體振動小，氣體振動大； 振動和聲波的傳播過程是有損耗的，傳播途徑的差異導(dǎo)致超聲波強(qiáng)度與放電強(qiáng)度之間復(fù)雜的比例關(guān)系；,二

10、、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),18,開關(guān)柜局放的聲音測量法(3) 電纜終端、接頭等部件的內(nèi)部放電導(dǎo)致的振動幅度較小，難以采用超聲波方法測量； 絕緣子、母排導(dǎo)致的表面放電導(dǎo)致的振動幅值較大，方便使用超聲波方法進(jìn)行測量； 超聲波傳感器的類型對檢測結(jié)果也有一定的影響，壓電式與開放式各有優(yōu)勢；,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),高壓開關(guān)柜普遍配置了帶電顯示器。該技術(shù)將該等效電容器作為脈沖電流法局部放電測試的耦合電容器，并通過帶電顯示器核相插孔外接測

11、試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對局部放電的在線或帶電。該技術(shù)對3相信號同時(shí)采集分析處理，排除同步干擾。該技術(shù)使用開關(guān)柜原有的絕緣子等效電容器來進(jìn)行檢測，無需再增設(shè)電容傳感器，減少安裝成本及布線。,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),開關(guān)柜局放脈沖電流測量法,,該技術(shù)的測量及校準(zhǔn)都是在高壓開關(guān)柜運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，比傳統(tǒng)的離線校準(zhǔn)方式前進(jìn)了一步。該技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的PD信號發(fā)生器進(jìn)行校準(zhǔn)，可以保證檢測的精度，符合國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),開關(guān)柜局放脈

12、沖電流測量法（2）,脈沖電流法測量回路,圖中Ca代表被測設(shè)備絕緣的等效電容；Ck代表母線支撐絕緣子的等效電容器，該方法中作為耦合電容器使用；Zm代表檢測阻抗；MG代表測量儀器。,聲表面波(Surface Acoustic Wave, SAW)是一種沿彈性基體表面?zhèn)鞑サ穆暡?，其振幅隨壓電基體材料深度的增大按指數(shù)規(guī)律衰減。聲表面波溫度傳感器由測量單元和發(fā)射/接收單元兩部分構(gòu)成，發(fā)射/接收單元發(fā)射一定頻率的聲波至測量單元，測量單元會產(chǎn)生一定頻

13、率的回?fù)?，?jīng)過特殊的技術(shù)處理，回波的頻率可以反映測量單元所在區(qū)域的溫度高低，發(fā)射/接收單元從回波中可以提出被測溫度的信息。,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),開關(guān)柜溫度測量法（聲表面波）,聲表面波溫度傳感器測溫的特點(diǎn)是高壓側(cè)為無源測量方式，且可靠性高。但是由于傳輸過程中不能有物體遮擋，否則很難接收到信號，因此發(fā)射/接收單元一般要求置于開關(guān)柜內(nèi)部；傳感器一側(cè)需要天線配合，才能更好的接收信號，成本也較高。按照叉指換能器（IDT）電極的設(shè)計(jì)不同，可

14、以產(chǎn)生許多種類。在此，可以基本的分為延遲線型和諧振型聲表面波傳感器。,,基本結(jié)構(gòu)延遲線型聲表面波傳感器,,諧振型聲表面波傳感器,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),開關(guān)柜溫度測量法（聲表面波2）,典型的斷路器分/合閘線圈電流波形,高壓開關(guān)柜斷路器機(jī)械特性帶電檢測是通過檢測控制回路的直流電流波形對斷路器機(jī)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行診斷及分析的方法，通過電流波形分析對斷路器拒動、卡澀等機(jī)械性缺陷進(jìn)行診斷，國外廣泛的應(yīng)用實(shí)例，充分證明了斷路器控制回路波形監(jiān)測技術(shù)是一

15、項(xiàng)行之有效的斷路器操作機(jī)構(gòu)狀態(tài)檢測技術(shù)。,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),開關(guān)柜機(jī)械測量法,現(xiàn)場斷路器操作機(jī)構(gòu)圖,北京公司在斷路器操作特性帶電檢測方面，主要開展了模擬斷路器慢動、拒動等7類典型的機(jī)械故障，建立了基于分合閘線圈電壓、電流波形機(jī)械故障指紋庫，開發(fā)基于支持向量機(jī)算法的斷路器故障識別診斷系統(tǒng)，大力推進(jìn)斷路器操作特性帶電檢測工作。,二、高壓開關(guān)柜實(shí)用檢測技術(shù),開關(guān)柜機(jī)械測量法（2）,主要內(nèi)容,一、高壓開關(guān)柜的故障特征二、高壓開關(guān)柜實(shí)

16、用檢測技術(shù)三、高壓開關(guān)柜智能檢測技術(shù)展望,隨著電力企業(yè)信息化進(jìn)程，已實(shí)現(xiàn)所管設(shè)備類型的覆蓋、設(shè)備的多維信息集中展現(xiàn)、設(shè)備的狀態(tài)管理和異動管理。傳統(tǒng)高壓開關(guān)柜功能單一，需要人工巡檢，目前急需將各種檢測一體化融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合智能在線監(jiān)測功能。未來高壓開關(guān)柜需進(jìn)一步完善各類狀態(tài)數(shù)據(jù)的在線采集功能，實(shí)現(xiàn)對一次設(shè)備的包括局放、溫度、機(jī)械等的多種狀態(tài)量的融合監(jiān)測技術(shù)，并具備好的系統(tǒng)兼容性與擴(kuò)展性，為配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供保證。,三、高壓開關(guān)