新闻中心

智能电网开关设备最新技术研究及应用前景

IEC61850作为变电站内部通信网络的技术标准,主要偏重于继电保护、测量与监视等领域的应用。虽然IEC61850中定义了液体介质绝缘SIML、气体介质绝缘SIMG、电弧监视与诊断SARC和局部放电SPDC等专门的逻辑节点,但仍然无法满足高压开关设备状态监测集成平台的需要。

我国电网企业基于DL/T860标准,制订了变电设备在线监测装置数据建模及通信规范、变电设备在线监测系统数据库规范,其内容涵盖变压器、GIS、断路器、电流互感器、电压互感器等重要电力设备的常用监测参量。另外,国内也已具备智能开关设备的一次设备与二次设备的一体化试验能力。

 

2.1.2智能高压开关设备状态检测、诊断技术

运行数据表明SF6气体泄漏、内部绝缘缺陷、操作机构故障、导电回路异常发热以及二次控制回路失灵是高压开关设备的主要故障类型。智能高压开关设备通过装设局部放电、SF6气体状态、机械特性、主回路温度等监测模块,实现对自身运行状态的感知和诊断,并适时地通过网络接口向后台监控系统发出状态或告警信息。

依据状态信息对设备进行科学地评价,从而制定合理的检修策略。例如,TOSHIBA公司研制的C-GIS中采用了电晕、压力、气体、泄漏电流等多种传感器监测绝缘性能;利用光纤温度传感器检测导电性能。SIEMENS公司开发的SICAM系统,实现了对SF6断路器及隔离开关的数字化控制、状态监测和故障诊断。

1)局部放电监测

高压开关设备内部故障以绝缘故障为主,由于在制造及安装过程中,内部缺陷、导体之间接触不良等使内部电场发生畸变而产生局部放电。可以通过监测放电粒子特性或放电产生的物理及化学变化发现局部放电故障,一般分为电检测法和非电检测法。电检测法包括:耦合电容法、外部电极法、绝缘子内部预埋电极法和超高频法等。非电检测法包括超声波检测法、光检测法、化学检测法等。

2)SF6气体状态监测

SF6气体是高压开关设备主要采用的绝缘和灭弧介质,其压力、密度、温度和水分等对产品的绝缘性能有重要影响,采集这些参量,归算后可对是否存在气体泄漏、水分超标进行评估。

另外,若运行设备存在放电、过热等故障,SF6气体发生分解并与设备内部其他物质反应,生成多种产物,主要有SOF2、SO2F2、SO2、H2S、CO、CF4和HF等,这些气体分解物与其缺陷存在很高的关联度。目前的现场检测手段已经可以有效地检出SO2、H2S和CO等组分。

3)机械特性监测

国际上高压开关设备机械状态评估及故障诊断技术的研究开始于20世纪80年代,研究重点主要集中在对动触头行程、分合闸线圈电流、辅助触点状态以及振动信号等机械状态参量的在线监测,依靠人工参照基准数据进行比对,分析其劣化趋势。

基于振动信号的分析可以实现潜伏性机械故障检测,目前已经提出了一些较为实用的振动信号处理方法,并逐渐应用到实际的断路器状态检测系统中,如ACI方法、欧氏距离法、积分参数法、信号熵法、短时能量法和小波-分形理论等。

4)主回路温度监测

电力开关设备在高电压、大电流的状态下运行,主回路导体的温度与其电接触状况有着极其密切的联系,可以作为诊断依据。对于全封闭式气体绝缘高压带电设备,结构比较复杂,发热点处于设备内部,导体与壳体之间充有SF6气体,不易直接测量。红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及寿命长等诸多优点。近年来,国内外在红外辐射测温和红外热诊断方面开展了大量研究。

鉴于高压开关设备应用环境的特殊性,上述技术在环境适应性、测量准确度、长期工作的稳定性、接口的标准化等方面尚需进一步研究。

2.1.3智能高压开关设备寿命评估技术

高压开关设备的寿命主要指机械寿命和电寿命。触头行程及断路器的分/合闸速度是断路器机械特性的集中体现,可以有效地反映出其劣化趋势。断路器触头磨损是影响断路器电寿命的重要因素,对其剩余寿命评估有着重要的参考价值,但触头电磨损不能直接获得,因而成为研究难点。