基于状态检测的断路器诊断仪在变电检修中的应用.pdf

科技论坛 1 概述 电力设备的状态检测断随着人工智能技术、 测试技术和计算机 技术的发展更为成熟， 其通过对测试数据和历史数据的分析， 得出 设备当前状态和发展趋势，以此作为制定设备检修计划的依据， 并 且还能进行故障诊断。随着电力市场与经济的发展， 用户对供电可 靠性的要求越来越高， 基于周期的传统检修模式已不能适应发展的 要求， 对高压断路器进行状态监测与故障诊断正是解决当前检修工 作面临问题的重要手段， 而在线状态监测耗资巨大， 高压断路器状 态检测诊断仪能满足目前电网迫切的需要与诉求。 2 高压断路器机构状态检测诊断仪的基本功能原理 高压断路器机构状态检测诊断仪分为信号源所采集的信号、 信 号处理和报表输出三部分。 其能瞬间完成的合分闸动作时快速变化 的电压、 电流和振动信号高保真自动采样， 并对波形时间及幅值等 特性参数通过数字信号处理方法自动提取和存储， 测试的数据直接 进入数据库， 而且其软件系统自动将检测数据与样本库中的状态特 征值和特征曲线进行比较，给出故障组件提示信息和趋势发展信 息， 并可根据需要自动生成报表和导出功能。诊断仪的功能模块包 括波形测量、 波形分析、 趋势分析、 故障诊断、 样本管理和基础信息 六大块。波形测量主要是通过电流、 电压传感器和振动传感器将高 压断路器的分、合闸过程中的电气量和振动信号进行记录存储； 波 形分析则通过细节查看和波形比对的方式排出干扰波形， 并且将所 需的波形和其状态特征值存入样本库，供趋势分析和故障诊断参 考； 趋势分析分为纵向对比和横向对比， 列出某些状态波形的状态 特征值的变化曲线， 进而分析得到其变化趋势， 并据此监测设备状 态， 制定科学的检修计划； 故障诊断包括异常自动报警和辅助智能 诊断，根据测量所得的状态特征值与正常情况下的值进行比较， 若 该设备已处于故障状态下， 则自动报警， 否则若仅是数据出现一定 的偏差，则通过辅助智能诊断并判断该设备的状态是否需要检修； 样本管理则使得运行诊断结果越来越精确。 3 高压断路器机构状态检测诊断仪诊断仪应用实例 3.1 断路器机构可动铁芯卡涩故障。高压断路器的分闸过程分 为： T0T1铁芯始动阶段，由于电感的作用，线圈电流逐步由零增 大， 电流以指数曲线上升， 此时铁芯吸力也逐步增加， 但还不足以使 铁芯动作； T1T2铁芯无负载运动阶段，随可动铁芯的运动线圈电 流逐渐减小，当可动铁芯运动至线圈中间位置时电流 i2为最小值。 T2T3铁芯打开锁扣的阶段， t 在此阶段断路器传动机构的锁扣被 打开。T3T4为电流开断阶段， 辅助开关分断， 直到电弧熄灭。将电 流波形作为特征参数， 便可以发现诸如： 可动铁芯卡涩、 锁扣太紧或 太松、 线圈匝间短路、 回路电阻增大、 辅助接点故障等。如图 1 所示 为某一故障时候与标准分闸波形进行比较， 正常情况下， 分闸电流 波形分为 4 个阶段， 但该开关的实测波形无反应第 2 阶段和第 3 阶 段的电流波动过程，是因为可动铁芯卡涩致使铁芯无负载运动阶 段， 无电流下降过程， 并且在铁芯打开锁扣的第 3 阶段， 亦不存在电 流上升， 整个分闸时间远远超过标准值。因此可判断该开关发生可 动铁芯卡涩故障。2012 年 12 月份， 在某供电局变电站中用诊断仪 产品检测出 110kV 出线开关故障， 后停电检修发现该开关出现可动 铁芯卡滞的情况。 3.2 断路器辅助接点异常。 正常情况下， 合闸电流波形应该呈连 续渐变的包络状， 但断路器合闸波形中的第 2 个波峰出现纵向快速 跳变， 如图 2 所示： 第 1 个波峰反映的是合闸电磁铁激磁启动过程， 因为回路电流较小， 所以因辅助接点接触不良而产生的纵向快速跳 变较小。当可动铁芯撞击合闸脱扣器时， 较大的合闸电流通过接触 不良的辅助接点时， 产生了间歇性通断； 随机性的通断过程中由于 线圈的自感作用， 所以产生高于或低于包络线的纵向快速跳变。属 于辅助接点故障。2012 年 3 月， 某供电局变电站 35kV 开关出现合 闸不正常情况， 用诊断仪检测出现报警和故障提示， 故障提示辅助 接点异常。 4 效益分析 以某供电局变电管理所为例，其管理 30 个 110kV 及以上变电 站， 按平均 20 台断路器 / 站， 共辖 600 台断路器； 如按传统检修方 式平均解体大修 1 次 /3 年 台， 每年大修 200 台 次， 以 4 人 天 / 台 计算， 全年需 800 人 天， 加上交通费用、 差旅补助、 维修材料消耗 等，按 2000 元 / 人 天计算，按每天 8 小时停电检修损失 1 万元 / 台?次计算， 则： a.需耗费的直接成本为 160 万元； b.停电损失 200 万 元； 每年总计维护投入： 360 万元。 如按诊断仪状态检修方式： a.巡检 费用：每台断路器维护需要 3 人 天： 600 台 （500 元 / 人 天3 人 天） = 90 万元； b.解体大修 （发现故障或预警后的检修， 按 1/10 频次计算为 20 台 次） 直接成本为： 80 人 天2000 元 / 人 天 = 16 万元； c.停电损失： 20 台 次1 万元 / 台 次 =20 万元； 每年总计维 护投入： 126 万元。两者相比较，诊断仪的应用使检修成本降低了 50%以上。由于高压断路器数量多、 检修量大、 费用高， 据有关统计 资料表明， 高压断路器的维护费用占变电站总的维护费用的一半以 上， 并且例行的检修和小修占 60%以上， 另外， 不正确的检修也是到 导致断路器故障的原因之一。 采用断路器状态检测诊断仪对设备进 行定期 “体检” ， 确定合适的状态检修计划， 具有显著的经济效益。 基于状态检测的断路器诊断仪在变电检修中的应用 欧阳春龙 （广东电网有限责任公司清远供电局， 广东 清远 511500） 摘要： 针对高压断路器机构状态检测诊