开关柜智能监测与检测技术

1、开关柜智能监测与检测技术北京电力科学研究院 程序2015年7月 南京,主要内容,一、高压开关柜的故障特征 二、高压开关柜实用检测技术 三、高压开关柜智能检测技术展望,3,1、开关柜承担直接向用户馈电的任务，大多数馈电线路难以像输电线路按照“N-1”可靠性原则配置。因此，开关柜设备的可靠性直接决定了用户供电的可靠性。,一、高压开关柜的故障特征,4,2、状态检修是提高供电设备可靠性的重要技术手段。但是，开关柜不可能采取像高压变压器、GIS设备那样的在线监测技术路线，实现全面、实时的在线监测。高压开关柜数量众多; 开关柜的设备造价低;监测设备的成本很高;,一、高压开关柜的故障特征,5,3、开关柜属于多种电气设备的组合体,种类繁多,结构复杂。不同电器元件放电特性的差异,如电缆终端、母排、CT、避雷器、绝缘子等; 不同结构导致的传输特性差异，GCD、GCK、KYN、GXN、HGXN等;紧凑型设计不可能固定安装大型监测装置;,一、高压开关柜的故障特征,6,4、开关柜故障已经导致严重后果。开关柜爆炸导致供电中断; 引发火灾事故;,一、高压开关柜的故障特征,7,5、电力企业肩负的社会责任要求其必须重点

2、预防非计划停电事故的发生：设备损失：可能仅有数十万元；生产企业的损失如何评价？电力企业如何适应经济转型？伴随着中国国际化水平的提高，电力企业如何脚色转型？ 北京奥运保供电；上海世博保供电； 广州亚运保供电；,一、高压开关柜的故障特征,8,6、非计划停电导致生产过程中断也会产生惊人的经济损失。一次电压暂降而使某生产线重新启动需花费50,000美元；某玻璃制品厂因短时间电压中断，造成损失约200,000美元；某计算机中心因供电中断引起约600,000美元的损失 ；,一、高压开关柜的故障特征,9,6、开关柜的故障类型及统计结果。拒动故障，主要是机构等机械原因; 误动故障，主要是二次控制回路原因;绝缘故障，主要是缺陷、爬电、闪络等；开断与关合故障，多种原因；载流故障，主要是接触不良、插件偏心；外力或其它故障，如加工工艺不良等；,根据中国电科院开关设备故障统计结果分析得出，不含40.5kV以上。,绝缘与载流故障约占3040%！,一、高压开关柜的故障特征,10,7、英国中低压真空开关故障统计结果。,主要内容,一、高压开关柜的故障特征 二、高压开关柜实用检测技术 三、高压开关柜智能监测技术展望,12

3、,二、高压开关柜实用检测技术,开关柜局放检测实用技术电磁测量法；声音测量法； 温度测量法；脉冲电流法； 机械测量法；,13,开关柜局放的电磁测量法(1) 局部放电发生时，电子快速由带电体向接地的非带电体迁移，如柜体； 放电点产生高频电流波，并向两个方向传播； 受集肤效应的影响，电流波仅集中在金属柜体内表面传播，而不会直接穿透； 在金属断开或绝缘连接处，电流波转移至外表面，并以电磁波形式进入自由空间； 电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态对地电压(Transient Earth Voltage)。,二、高压开关柜实用检测技术,14,开关柜局放的电磁测量法(2)暂态对地电压可用TEV传感器进行测量；其幅值与放电量和传播途径的衰减程度有关；衰减量主要取决于放电点位置、设备的内部结构以及开口大小有关，如垫圈的厚度。利用装设在金属柜体外表面上的两个TEV传感器所测量的信号到达时差，可以实现粗略的局部放电定位。,二、高压开关柜实用检测技术,15,开关柜局放的电磁测量法(3)暂态对地电压传感器类似于RF耦合电容器；外壳兼作绝缘与保护的双层功效；开关柜壳体上暂态对地电压的变化会在传感器的金属极板上感应

4、出高频电流，感应电流的大小与放电脉冲的前沿陡峭程度有关；对传感器输出的高频电流进行处理，可以间接获得局部放电的强度和频度。,二、高压开关柜实用检测技术,16,开关柜局放的声音测量法(1)局部放电前，放电点周围的电场应力、介质应力、粒子力处于相对平衡状态。局部放电是一种快速的电荷释放或迁移过程，导致放电点周围的电场应力、机械应力与粒子力失去平衡状态而产生振荡变化过程；机械应力与粒子力的快速振荡，导致放电点周围介质的振动现象，从而产生声波信号；,二、高压开关柜实用检测技术,17,开关柜局放的声音测量法(2)放电强度的大小决定了电场应力、机械应力和粒子力的振荡幅度，直接决定了振动的程度和声波的相度；对于同种程度的放电，振动幅度与介质的弹性系数有关，固体与液体振动小，气体振动大；振动和声波的传播过程是有损耗的，传播途径的差异导致超声波强度与放电强度之间复杂的比例关系；,二、高压开关柜实用检测技术,18,开关柜局放的声音测量法(3)电缆终端、接头等部件的内部放电导致的振动幅度较小，难以采用超声波方法测量；绝缘子、母排导致的表面放电导致的振动幅值较大，方便使用超声波方法进行测量；超声波传感器的类型

5、对检测结果也有一定的影响，压电式与开放式各有优势；,二、高压开关柜实用检测技术,高压开关柜普遍配置了带电显示器。该技术将该等效电容器作为脉冲电流法局部放电测试的耦合电容器，并通过带电显示器核相插孔外接测试系统实现对局部放电的在线或带电。 该技术对3相信号同时采集分析处理，排除同步干扰。该技术使用开关柜原有的绝缘子等效电容器来进行检测，无需再增设电容传感器，减少安装成本及布线。,二、高压开关柜实用检测技术,开关柜局放脉冲电流测量法,该技术的测量及校准都是在高压开关柜运行时进行，比传统的离线校准方式前进了一步。 该技术采用标准的PD信号发生器进行校准，可以保证检测的精度，符合国家标准和国际标准。,二、高压开关柜实用检测技术,开关柜局放脉冲电流测量法（2）,脉冲电流法测量回路,图中Ca代表被测设备绝缘的等效电容；Ck代表母线支撑绝缘子的等效电容器，该方法中作为耦合电容器使用；Zm代表检测阻抗；MG代表测量仪器。,声表面波(Surface Acoustic Wave, SAW)是一种沿弹性基体表面传播的声波，其振幅随压电基体材料深度的增大按指数规律衰减。声表面波温度传感器由测量单元和发射/接收

6、单元两部分构成，发射/接收单元发射一定频率的声波至测量单元，测量单元会产生一定频率的回拨，经过特殊的技术处理，回波的频率可以反映测量单元所在区域的温度高低，发射/接收单元从回波中可以提出被测温度的信息。,二、高压开关柜实用检测技术,开关柜温度测量法（声表面波）,声表面波温度传感器测温的特点是高压侧为无源测量方式，且可靠性高。但是由于传输过程中不能有物体遮挡，否则很难接收到信号，因此发射/接收单元一般要求置于开关柜内部；传感器一侧需要天线配合，才能更好的接收信号，成本也较高。按照叉指换能器（IDT）电极的设计不同，可以产生许多种类。在此，可以基本的分为延迟线型和谐振型声表面波传感器。,基本结构延迟线型声表面波传感器,谐振型声表面波传感器,二、高压开关柜实用检测技术,开关柜温度测量法（声表面波2）,典型的断路器分/合闸线圈电流波形,高压开关柜断路器机械特性带电检测是通过检测控制回路的直流电流波形对断路器机构状态进行诊断及分析的方法，通过电流波形分析对断路器拒动、卡涩等机械性缺陷进行诊断，国外广泛的应用实例，充分证明了断路器控制回路波形监测技术是一项行之有效的断路器操作机构状态检测技术。,二、高压开关柜实用检测技术,开关柜机械测量法,现场断路器操作机构图,北京公司在断路器操作特性带电检测方面，主要开展了模拟断路器慢动、拒动等7类典型的机械故障，建立了基于分合闸线圈电压、电流波形机械故障指纹库，开发基于支持向量机算法的断路器故障识别诊断系统，大力推进断路器操作特性带电检测工作。,二、高压开关柜实用检测技术,开关柜机械测量法（2）,主要内容,一、高压开关柜的故障特征 二、高压开关柜实用检测技术 三、高压开关柜智能检测技术展望 专业代理高压试验报告 188-5885-0104,随着电力企业信息化进程，已实现所管设备类型的覆盖、设备的多维信息集中展现、设备的状态管理和异动管理。传统高压开关柜功能单一，需要人工巡检，目前急需将各种检测一体化融合技术，实现综合智能在线监测功能。 未来高压开关柜需进一步完善各类状态数据的在线采集功能，实现对一次设备的包括局放、温度、机械等的多种状态量的融合监测技术，并具备好的系统兼容性与扩展性，为配网开关设备稳定运行提供保证。,三、高压开关柜智能检测技术展望,谢谢！,

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