董 杰

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SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

董 杰

（國(guó)網(wǎng)青海省電力公司檢修公司，青海海東810700）

通常電力系統(tǒng)對(duì)SF6斷路器多采用定期檢修的模式來(lái)進(jìn)行預(yù)檢，此種模式不僅耗費(fèi)大量的人力物力，而且過(guò)度的拆卸檢修和頻繁操作也降低了SF6斷路器的運(yùn)行可靠性。隨著大量傳感技術(shù)、智能終端設(shè)備的應(yīng)用，依托狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)SF6斷路器的狀態(tài)檢修新模式，對(duì)于降低運(yùn)維費(fèi)用、減少停電時(shí)間及實(shí)現(xiàn)故障風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控等至關(guān)重要。本文將借鑒國(guó)內(nèi)外同類系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，采用分層分布式架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)全站SF6斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械特性、絕緣特性、輔助設(shè)備狀態(tài)等信息的采集、分析和存儲(chǔ)功能，從而為SF6斷路器狀態(tài)檢修模式的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支撐。

電網(wǎng)；SF6斷路器；狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；狀態(tài)檢修

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外針對(duì)SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究，例如美國(guó)CEI公司研制的SF6斷路器監(jiān)測(cè)器，能夠在線測(cè)量SF6氣體的壓力和溫度，實(shí)時(shí)計(jì)算SF6氣體的密度，并且能夠根據(jù)所獲得的SF6斷路器的氣體/液體壓力、操作電流及分合閘線圈的工作情況，來(lái)對(duì)SF6斷路器的各類潛在故障進(jìn)行預(yù)測(cè)[1]。香港中華電力公司研制的分布式斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)SF6斷路器的持續(xù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

但現(xiàn)階段我國(guó)還沒有比較成熟且應(yīng)用廣泛的SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，已經(jīng)應(yīng)用的產(chǎn)品存在如下方面的突出問(wèn)題：①無(wú)法全面實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和分析等功能，從而無(wú)法為電力部門在鎖定故障位置、劣化趨勢(shì)判斷等方面提供權(quán)威指導(dǎo)數(shù)據(jù)；②功能架構(gòu)有待完善，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目比較單一；③對(duì)縣域電網(wǎng)缺乏成熟的改裝方案且與原站內(nèi)系統(tǒng)無(wú)法有效融合，具有較強(qiáng)的信息孤島效應(yīng)[2]。為滿足電力系統(tǒng)日益嚴(yán)格的運(yùn)維需求，構(gòu)建一套功能完善且經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)迫在眉睫了。

1 SF6斷路器的常見故障分析

要實(shí)現(xiàn)SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電網(wǎng)中的良好應(yīng)用，就必須先通過(guò)信息采集和數(shù)據(jù)分析的方式，根據(jù)SF6斷路器的常見故障來(lái)推斷狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要針對(duì)性實(shí)現(xiàn)的故障類型、狀態(tài)參數(shù)和關(guān)鍵部位[3]。表1為第二屆GIGRE調(diào)查的斷路器常見故障部分結(jié)果，由此獲得高壓斷路器常見故障及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目關(guān)系圖，如圖1所示?？芍獧C(jī)械故障和絕緣劣化等是SF6斷路器的主要故障。

表1 第二屆GIGRE調(diào)查的斷路器常見故障部分結(jié)果

2 SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)

圖2為SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體硬件架構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行原理如下：通過(guò)加裝在SF6斷路器及附屬設(shè)備上的各類傳感器（如振動(dòng)傳感器、氣體濕度傳感器、滑阻式位移傳感器、分合閘線圈精密電流互感器等），對(duì)斷路器的電氣壽命、絕緣性能、機(jī)械特性等狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；獨(dú)立敷設(shè)的RS 485總線可以將信號(hào)傳遞給SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和輔助設(shè)備監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)上傳到狀態(tài)監(jiān)測(cè)屏通訊管理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總處理（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、綜合運(yùn)算、比對(duì)規(guī)程設(shè)置閾值等）；基于B/S架構(gòu)的監(jiān)控中心對(duì)SF6斷路器的各狀態(tài)參數(shù)形成診斷參考結(jié)果，并上傳后為電力企業(yè)的SCADA系統(tǒng)、狀態(tài)檢修管理系統(tǒng)、PMS系統(tǒng)等提供數(shù)據(jù)參考。

圖2 SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體硬件架構(gòu)

單臺(tái)斷路器的“SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”由SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和輔助設(shè)備監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)等兩個(gè)部分構(gòu)成，功能模塊包括SF6氣體微水密度狀態(tài)監(jiān)測(cè)、操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械性能狀態(tài)監(jiān)測(cè)、電壽命診斷、無(wú)線綜合測(cè)溫監(jiān)測(cè)、蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)、SF6開關(guān)室空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、變電站邊界警戒監(jiān)測(cè)等7個(gè)部分。通過(guò)將現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的狀態(tài)監(jiān)測(cè)原始傳感信號(hào)匯總到各個(gè)子系統(tǒng)，SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)F6斷路器的運(yùn)行狀態(tài)和功能部件性能進(jìn)行直觀展示，從而為SF6斷路器的在線狀態(tài)顯示、越限閾值報(bào)警、故障診斷等功能提供數(shù)據(jù)支撐。SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和輔助設(shè)備監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)間通過(guò)站內(nèi)RS 485總線來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸[4]。

1）SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）SF6氣體微水密度狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)

通過(guò)采用ZWM型SF6氣體微水密度綜合檢測(cè)裝置，SF6氣體微水密度狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊可以對(duì)各氣室SF6氣體的相對(duì)溫度、壓力及溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后通過(guò)計(jì)算獲得標(biāo)準(zhǔn)狀況下SF6氣體密度和微水含量。表2為SF6氣體微水密度狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的機(jī)構(gòu)表。

表2 SF6氣體微水密度狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的機(jī)構(gòu)

（2）操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械性能狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)

當(dāng)SF6斷路器動(dòng)作時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械性能狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊能夠?qū)χ骰芈冯娏髑€、機(jī)械振動(dòng)波形、分（合）閘線圈電壓電流曲線、觸頭行程位移時(shí)間特性曲線、輔助觸點(diǎn)信號(hào)燈等進(jìn)行采集，然后將上述實(shí)測(cè)曲線波形與數(shù)據(jù)庫(kù)中的“健康標(biāo)準(zhǔn)”波形進(jìn)行比對(duì)，從而判斷SF6斷路器的各種狀態(tài)量是否超限。表3為操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械性能狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的機(jī) 構(gòu)表。

表3 操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械性能狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的機(jī)構(gòu)

（3）電壽命診斷模塊設(shè)計(jì)

通過(guò)采集SF6斷路器累計(jì)動(dòng)作次數(shù)和開關(guān)電流數(shù)據(jù)，電壽命診斷模塊能夠?qū)F6斷路器主觸頭的電灼燒磨損量進(jìn)行測(cè)算，并將SF6斷路器累計(jì)動(dòng)作次數(shù)與最大觸頭動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)觸頭電氣壽命進(jìn)行判斷[5]。當(dāng)判斷出觸頭電氣壽命超限時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)。表4為電壽命診斷模塊的機(jī)構(gòu)表。

表4 電壽命診斷模塊的機(jī)構(gòu)

2）輔助設(shè)備監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）無(wú)線綜合測(cè)溫監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)。將感應(yīng)電源式無(wú)線測(cè)溫采集裝置安裝于SF6斷路器的開關(guān)柜、鏈接銅排及手車開關(guān)觸頭等部位，從而準(zhǔn)確反映被測(cè)面溫度值。

（2）蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)。通過(guò)將電流傳感器和溫度傳感器安裝在蓄電池上，能夠?qū)π铍姵氐臏囟?、電流及電壓等?shù)據(jù)進(jìn)行采集。然后通過(guò)RS 232/RS 485將蓄電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇蛻舳藬?shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)最終傳輸?shù)胶笈_(tái)綜合監(jiān)測(cè)服務(wù)器中，以便于主系統(tǒng)對(duì)蓄電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

（3）SF6開關(guān)室空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)。通過(guò)安裝在SF6氣體配電裝置室低位區(qū)的氧量?jī)x和入口處的SF6氣體檢漏儀，SF6開關(guān)室空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)模塊能夠?qū)F6開關(guān)室空氣質(zhì)量和SF6氣體含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)空氣中SF6氣體含量超過(guò)1000PPM時(shí)就發(fā)出聲光警報(bào)，同時(shí)啟動(dòng)強(qiáng)力通風(fēng)裝置[6]。

（4）變電站邊界警戒監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)。變電站邊界警戒監(jiān)測(cè)模塊在微機(jī)控保室、變電站圍墻、SF6開關(guān)室、電纜坑道等4個(gè)地方設(shè)置防區(qū)，對(duì)周界區(qū)域人員穿越信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)有違規(guī)進(jìn)入行為，就發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，從而極大地完善了安防 管理。

2.2 SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

根據(jù)SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能需求及所采集變量的特點(diǎn)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理時(shí)具有記錄連貫性要求高、數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)運(yùn)算關(guān)系復(fù)雜、數(shù)據(jù)類型較多、數(shù)據(jù)安全性較高、數(shù)據(jù)冗余度要求高等設(shè)計(jì)要求，為此本文最終選擇了SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)[7]。相較于其他數(shù)據(jù)庫(kù)，SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)具有Internet集成、可用性和可伸縮性、企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)、易于安裝及部署等特點(diǎn)，完全適用于本系統(tǒng)對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)要求。

表5為SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各庫(kù)表的具體功能。表6為Realtime表的表內(nèi)參數(shù)。

表5 SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各庫(kù)表的具體功能

3 SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用效果

3.1 SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用舉例

圖3為SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)主界面，用戶輸入正確的用戶名和密碼后就可以進(jìn)入監(jiān)測(cè)主界面，此外用戶可以對(duì)用戶名和密碼進(jìn)行更改。

圖3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)主界面

圖4為SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的閾值設(shè)定對(duì)話框，在此界面上，用戶可以對(duì)SF6壓力閾值、SF6濕度閾值、空壓機(jī)電流閾值、主回路電流閾值、空壓機(jī)壓力閾值、控制箱溫度閾值等進(jìn)行越限告警閾值設(shè)定。

圖4 狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的閾值設(shè)定對(duì)話框

3.2 SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用效果

已經(jīng)投入運(yùn)行的SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效輔助了電力企業(yè)運(yùn)維人員實(shí)現(xiàn)對(duì)各SF6斷路器的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確狀態(tài)監(jiān)測(cè)和歷史數(shù)據(jù)綜合分析，完整獲得了斷路器電壽命、滅弧介質(zhì)絕緣狀態(tài)、機(jī)械操動(dòng)機(jī)構(gòu)狀態(tài)、關(guān)聯(lián)部件溫度、開關(guān)室有毒氣體、電磁組可用性等各類狀態(tài)參數(shù)，為SF6斷路器狀態(tài)檢修模式的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支撐。

SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用，能夠通過(guò)對(duì)SF6斷路器狀態(tài)參數(shù)加工整合而成的分（合）閘線圈電流波形、動(dòng)觸頭行程和速度、儲(chǔ)能性能、振動(dòng)波紋等形象、準(zhǔn)確分析SF6斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械特性變化趨勢(shì)是否在合理范圍，及時(shí)鎖定準(zhǔn)故障部位和準(zhǔn)故障類型并開展針對(duì)性預(yù)控檢修；能夠通過(guò)對(duì)SF6斷路器周邊輔助設(shè)備電氣性能和邊界環(huán)境安全的在線監(jiān)測(cè)，杜絕絕大多數(shù)可能干擾斷路器安全穩(wěn)定運(yùn)行的不良因素；能夠通過(guò)對(duì)SF6氣體微水密度的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣體泄漏趨勢(shì)和氣體干燥器失效隱患，并準(zhǔn)確鎖定密封劣化部位。

4 結(jié)論

作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，SF6斷路器在電網(wǎng)中發(fā)揮著控制和保護(hù)的作用，雖然一臺(tái)SF6斷路器自身的價(jià)格并不高，但當(dāng)SF6斷路器發(fā)生故障時(shí)，則可能引發(fā)巨大的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡，為此確保SF6斷路器的可靠運(yùn)行對(duì)于重新配置電網(wǎng)能力具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

利用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)對(duì)SF6斷路器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)且長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，不僅能夠使運(yùn)行人員準(zhǔn)確了解SF6斷路器的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，而且還能夠使運(yùn)行人員對(duì)SF6斷路器各種運(yùn)行參數(shù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行研判，從而實(shí)現(xiàn)SF6斷路器故障的預(yù)知性研判，為降低SF6斷路器的維修保養(yǎng)費(fèi)用、提高SF6斷路器的利用率奠定基礎(chǔ)。

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The Research of SF6Circuit Breaker Online Monitoring System Application in Power Grid

Dong Jie

(State Grid Qinghai Electric Power Company Maintenance Company, Haidong, Qinghai 810700)

A lot of manpower and resources was consumed by using the regular maintenance of SF6Circuit Breaker. With the applications of sensing technology, intelligent terminal equipment, the condition-based maintenance of SF6Circuit Breaker has become possible. Based of drawing lessons from similar system design ideas at home and abroad, the SF6Circuit Breaker Online Monitoring System Application will be designed in this paper.

power grid; SF6Circuit Breaker; online monitoring system; condition-based maintenance

董 杰（1987-），男，本科，河南鶴壁人，助理工程師，從事交流電力設(shè)備試驗(yàn)檢測(cè)工作。