高壓開關(guān)設(shè)備在線監(jiān)測和故障診斷
據(jù)了解我國自1986年第七個五年計劃期間開展高壓開關(guān)設(shè)備在線監(jiān)測和故障診斷的研究開發(fā)以來，十幾年來工作的深度和廣度不斷增加，雖然仍有不少困難，但已開始較快發(fā)展及應(yīng)用，并呈現(xiàn)出百花齊放的局面。
總的看來，與一些機械設(shè)備甚至與發(fā)電機、變壓器和各種絕緣設(shè)備的在線監(jiān)測和故障診斷相比較，高壓開關(guān)設(shè)備的在線監(jiān)測和故障診斷開展明顯要晚。問題更多。這可能是由于高壓開關(guān)設(shè)備與其他設(shè)備相比，有以下特點。
(1)高壓開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，更多樣化。事故種類也多樣化。
（2)高壓開關(guān)絕大多數(shù)經(jīng)常不動作，而其動作(包括機構(gòu)、滅弧等)可靠性又極為重要。
(3)高壓開關(guān)設(shè)備的價格和重要性較其他電站設(shè)備如鍋爐、汽輪機、發(fā)電機和變壓器等要差。
2 用電單位應(yīng)用的目的。
高壓開關(guān)設(shè)備在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)是集傳感、微電子、光電、計算機、通訊、網(wǎng)絡(luò)和信息等高新技術(shù)與傳統(tǒng)的高壓開關(guān)技術(shù)結(jié)合的綜合性、跨多學科的—項新技術(shù)，但這決不是應(yīng)用它的理由。根據(jù)國內(nèi)、外的一些情況，不同單位應(yīng)用該項技術(shù)的理由有以下幾種：
2．1作為高壓開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)維修的一項技術(shù)根據(jù)
狀態(tài)維修是電力系統(tǒng)一項旨在代替實行多年的定時維修，有重大經(jīng)濟意義的措施，它具有以下優(yōu)點。
(1)保障高的供電率。由于我國輸電供電線路單薄，定時維修制度下，設(shè)備需較經(jīng)常地進行小修及大修，勢必造成用戶不必要的停電。
(2)增加設(shè)備使用年限。我國著名高壓開關(guān)專家有一句名言：高壓開關(guān)不是用壞的而是試壞的。在定時維修下，每次高壓開關(guān)試驗都需多次合分，而絕大多數(shù)高壓開關(guān)在試驗中均正常。
(3)減少開關(guān)設(shè)備故障和事故。當前，高壓開關(guān)的檢修均系人工進行。有關(guān)人員的素質(zhì)及現(xiàn)時狀態(tài)均會直接影響檢修的質(zhì)量甚至會將合格的開關(guān)檢修成不合格的產(chǎn)品。
(4)減少檢修費用。
(5)減少檢修人力。
2．2作為變電站自動化、無人化的一項技術(shù)保證
變電站的自動化、無人化也是電力系統(tǒng)一項具有重大經(jīng)濟意義的措施，有關(guān)理由茲不贅述。高壓開關(guān)設(shè)備在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)可代替巡視人員的視、聽、觸、嗅、味五種感官，在各種氣候條件下包括黑夜、大雨、沙塵等十分嚴酷的條件下，自動地、不間斷地監(jiān)測。監(jiān)測量的種類、靈敏度，判斷能力等則會較一般巡視人員更有優(yōu)勢。
2．3提高開關(guān)設(shè)備運行可靠性
定期檢修并不一定能在檢修后的較長的運行期間開關(guān)不出故障和事故，這已為眾多事例證明。
顯然，不同單位應(yīng)用該項技術(shù)的目地有很大差異，從而決定技術(shù)與經(jīng)濟方面會有相當?shù)牟煌＿@里，當然也不排斥不少本位是抱著試驗和實際考察的目的而在小規(guī)模地進行。
3 經(jīng)濟上的思考
國外一些單位重視應(yīng)用這項技術(shù)能否為用戶帶來直接和間接經(jīng)濟效益，并作了一些經(jīng)濟分析。當然常常由于實際數(shù)據(jù)的缺乏，并不同國度經(jīng)濟情況又會大相徑庭。以下是一些考慮方法。
(1)對一般電工產(chǎn)品包括高壓開關(guān)設(shè)備，只考慮減少維修所帶來的直接經(jīng)濟效益，據(jù)此，在線監(jiān)測和故障診斷裝置及維修費用不應(yīng)超過開關(guān)設(shè)備價格(包括安裝費用的)l％。
(2)對頻繁操作的高壓斷路器，如水電站的調(diào)峰高壓斷路器，費用可以高不少。在此情況下，上述費用不應(yīng)超過2．75％。
(3)同上，還考慮事故造成的損失，此時應(yīng)考慮事故率及每次事故造成的直接損失(包括損壞的零部件、維修費，少供電的損失等)。但未見提供的數(shù)據(jù)。
(4)實際上還應(yīng)當考慮間接經(jīng)濟損失。
(5)社會損失等也應(yīng)估計，但更難量化。
4 適用場合的推薦
在近、中期，高壓開關(guān)在線監(jiān)測和故障診斷裝置看來只宜在少數(shù)有限場合應(yīng)用，這些場合可以是：
(1)220kV及以上的開關(guān)設(shè)備。
(2)封閉式組合電器。
(3)頻繁操作的重要高壓開關(guān)。
(4)故障率較高的設(shè)備，如美國電力科學院與加拿大魁北克電力公司共同開發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)的對象都是舊型的雙壓式六氟化硫斷路器和壓縮空氣斷路器，幾年來監(jiān)測出5項重要故障，節(jié)的資金百萬美元。
(5)事故率較高項目的監(jiān)測：
(a)封閉式組合電器和罐式斷路器的絕緣監(jiān)測；
(b)操動機構(gòu)及控制電路監(jiān)測。
(6)低價的一些項目的監(jiān)測診斷裝置可更廣泛應(yīng)用。如ABB公司的12kV斷路器的應(yīng)用。
(7)應(yīng)用便攜式儀器進行檢測，如UHF、VHF局部放電檢測、定位和紅外溫度檢測儀等已在國內(nèi)外應(yīng)用。
(8)臨時性監(jiān)測(或稱為不拆卸不打蓋測試)裝置，如六氟化硫的動態(tài)回路電阻檢測弧觸頭磨損，振動檢測機械故障等。
(9)具有重大社會意義如政治影響和牽涉人民生命安全等場合。
5 對一些看法的分析
5．1關(guān)鍵問題在于提高設(shè)備的可靠性
這是完全正確的。但設(shè)備的改進會引出新問題。如封閉式組合電器和罐式斷路器的引入，由于介質(zhì)場強的提高，又引出新的絕緣問題，而且設(shè)備發(fā)生事故的直接間接損失將更大。另外，設(shè)備的改進常導(dǎo)致壽命的延長，而臨近壽命期故障總會增加(即浴盆曲線的后沿)。此外，還要決定設(shè)備延長壽命的可能。因此，一切決定于經(jīng)濟分析，仍會有不少設(shè)備需要此項技術(shù)，當然永遠只是其中必需的一部份。
5．2監(jiān)測和診斷總有漏判
這是完全正確的。現(xiàn)代醫(yī)學檢測診斷已有幾百年仍不可避免這一現(xiàn)象，但仍在應(yīng)用。根據(jù)國外數(shù)據(jù)，用局部放電法監(jiān)測組合式電器絕緣故障的檢出率約為60％，一般認為這是一個不錯的數(shù)據(jù)，可以藉此獲得相當效益了。當然還要努力以不斷改進。
5．3監(jiān)測和診斷總有誤判
這是完全正確的?，F(xiàn)代醫(yī)學檢測診斷已有幾百年仍不可避免這一現(xiàn)象，但仍在應(yīng)用。實際上，監(jiān)測診斷裝置只是提供信息、發(fā)出警報。最后操作處理通常由人來完成，這需要慎重、需要時間。如龍羊峽變電站監(jiān)測出某間隔有明顯局部放電信號，只是提前安排檢修計劃，并不影響供電。
5．4監(jiān)測診斷裝置的壽命比開關(guān)設(shè)備的壽命要短
這是正確的。據(jù)繼電保護專家意見，微機繼電保護裝置的壽命約為十五年，主要由A／D裝置的壽命決定，其他元件還要長。購置安裝新的設(shè)備將增加成本。另一方面，應(yīng)用自我檢測手段可以避免裝置的故障導(dǎo)致監(jiān)測診斷的錯誤，這不難做到。
6 關(guān)鍵技術(shù)
6．1傳感技術(shù)
這是信號獲取技術(shù)。當前需要發(fā)展舉例：
(1)六氟化硫的低濕傳感技術(shù)；
(2)廉價簡易的真空度傳感技術(shù)；
(3)低價、小尺寸的溫度傳感技術(shù)；
(4)開斷能力如燃弧時間等的監(jiān)測技術(shù)；
(5)具有綜合監(jiān)測能力的傳感技術(shù)，如：
(a)機械振動傳感技術(shù)，可檢測機械故障，機械零件脫落，出現(xiàn)局部放電的絕緣不良、小電流電弧和接觸不良等。
(b)電磁波傳感技術(shù)，可檢測出現(xiàn)局部放電的絕緣不良、小電流電弧和接觸不良等。
6．2故障診斷技術(shù)
除了少數(shù)項目診斷比較簡單容易外，這方面的研究開發(fā)不足是當前高壓開關(guān)監(jiān)測診斷技術(shù)的嚴重缺陷。有些項目監(jiān)測很容易，但診斷不容易，如線圈電流波形診斷和由行程信號求速度等。機械振動信號有很好的檢測能力，但診斷技術(shù)碰到很多麻煩，大大地限制了它的應(yīng)用。這方面的研發(fā)需要投入相當規(guī)模的人力物力。
有關(guān)故障診斷技術(shù)有以下幾個方面的方法。
(1)特征參數(shù)法
根據(jù)制造廠家提供或?qū)ｉT試驗所得參數(shù)進行對比。比較時須注意條件的差異如環(huán)境溫度，負載電流或開斷電流，已操作次數(shù)等，并需注意分散度的合理選擇。當然，特征參數(shù)也是以下各種方法的基礎(chǔ)。正確選擇或推出恰當?shù)奶卣鲄?shù)是一項十分重要的工作。
(2)比較法
可以有縱向法(歷史的)，橫向法(同型產(chǎn)品)。比較時須注意條件的差異，如環(huán)境溫度，負載電流或開斷電流，已操作次數(shù)等，并需注意分散度的合理選擇。
(3)信號的微觀特性的發(fā)現(xiàn)
在注意監(jiān)測信號的宏觀特性的同時必須注意信號某些微小異常的診斷，當檢測信號特征值雖屬基本正常但出現(xiàn)某些細微差別時(如機械方面)，這有時會顯示事故的前兆，診斷技術(shù)須發(fā)展這方面的能力。
(4)典型故障特征法
根據(jù)模型試驗、現(xiàn)場試驗信號特征可以作出診斷結(jié)論。此種方法工作量相當大，但這是很有意義的基礎(chǔ)性工作。應(yīng)用計算機仿真可以很好地解決一些方面的問題，效率較高，如西交大楊武博士的工作即是。
(5)專家系統(tǒng)法
可將專家經(jīng)驗移植，并可進行綜合判斷。
6．3電磁兼容技術(shù)
高壓開關(guān)在線監(jiān)測和故障診斷裝置須下放到開關(guān)設(shè)備上，這就造成電磁干擾特別嚴重的不利情況。眾所周知，真空開關(guān)開合電路出現(xiàn)復(fù)燃時和封閉式組合電器隔離開關(guān)開合無載短母線時都會產(chǎn)生陡度很大的過電壓，這將造成強烈的電磁波輻射及外殼等處電位上浮。此外，工頻電場和磁場(特別在短路時)的影響也將相當強烈。因此必須研究可靠的防護(抑制)技術(shù)及不同應(yīng)用場合下應(yīng)有的防護水平也即抗擾性標準，這方面還有不少工作要做。
6．4與其他系統(tǒng)的兼容及擴展
(1)在線監(jiān)測故障診斷技術(shù)與電網(wǎng)計量、繼電保護、電網(wǎng)故障錄波及操作順序分析、高壓開關(guān)操縱控制諸系統(tǒng)綜合。
(2)發(fā)展高壓開關(guān)在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的通信技術(shù)并與電力系統(tǒng)中的MIS系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)等兼容。
(3)電力變壓器有載分接開關(guān)(頻繁操作和重要的設(shè)備)的過熱和機械故障的監(jiān)測和診斷和電力設(shè)備出線端過熱的監(jiān)測診斷等。
7 研究、開關(guān)、制造和運行單位的配合
在我國，較合理的研究開發(fā)單位應(yīng)是電力系統(tǒng)或用戶、高壓開關(guān)設(shè)備制造廠以及研究院所或高校聯(lián)合進行。產(chǎn)品制造則更適于制造廠完成，這樣不但易保證質(zhì)量而且在設(shè)備出廠時就可積累數(shù)據(jù)并便于工廠跟蹤及大范圍的統(tǒng)計，使這一工作系統(tǒng)化并可通過反饋信息提高產(chǎn)品質(zhì)量。為此，一些高壓開關(guān)廠宜向一些國外綜合型公司學習，大力提高微電子及計算機類產(chǎn)品的研究、開發(fā)能力，以盡快適應(yīng)當前工業(yè)、科技發(fā)展的趨勢。為此，引進及培養(yǎng)這些領(lǐng)域的技術(shù)人才特別是有經(jīng)驗的研發(fā)人員是極為重要的。在此，有關(guān)政策宜有所傾斜。
