开发在线监测与诊断技术

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：20世纪70年代以来逐渐发展起来的在线监测和诊断技术在GIS上应用得越来越多。在线监测和诊断的作用就是及时发现GIS中处于萌芽状态的缺陷，诊断该缺陷的性质和短期或长期的危害，发出相应的报警信号，提示运行人员处理缺陷，避免重大故障产生，因而可以降低MF。由于高压断路器的机械MF中“有命令拒分、拒合”、“无命令自合、自分”占有很大比例，并且后果严重，开发机械特性的监测和诊断应以能提前发现上述失效故障的先兆为主要目标。

20世纪70年代以来逐渐发展起来的在线监测和诊断技术在GIS上应用得越来越多。在线监测和诊断的作用就是及时发现GIS中处于萌芽状态的缺陷，诊断该缺陷的性质和短期或长期的危害，发出相应的报警信号，提示运行人员处理缺陷，避免重大故障产生，因而可以降低MF。但是由于监测的严密性，却使mf故障率增大。这就是说本来要加到MF栏中的故障率被推到mf栏中去了。在线监测对象依次是SF₆气体密封、机械特性和绝缘状态。对额定电流较大的开关装置也可能还要求监测其发热状态。

SF₆的气体密封可以通过密度继电器和比较线路进行连续地在线监测。其诊断目的是寻找泄漏部位和区分泄漏速度，相应地发出高、低压力报警和闭锁信号。微水量监测也是一种对SF₆气体质量的监测。

机械特性的监测总是在开关进行分、合动作时进行的。应用各种传感器在开关动作时测量行程─时间特性；分合闸线圈的电流波形；主操作杆或主轴上的机械应力特性；开关的振动信号；操作电压、油压或气压等全部数据或必要的部分数据，通过对上述数据的采集、处理应能诊断出开关机械部分的缺陷。由于高压断路器的机械MF中“有命令拒分、拒合”、“无命令自合、自分”占有很大比例，并且后果严重，开发机械特性的监测和诊断应以能提前发现上述失效故障的先兆为主要目标。

绝缘状态监测和诊断是在线监测的重要内容之一。局部放电往往是高压断路器的GIS内部发生闪络击穿的先兆。及时发现并定位局部放电点，诊断产生局部放电的缺陷性质，迅速采取处理措施，可以避免重大绝缘性故障，从而提高设备的可靠性。

人们曾研究过“光、化、电、声”等多种局部放电的测量方法，目前比较实用的有以下4种：

1）常规局部测量法，也即测量局部放电流注入电阻的电荷量法。此法在现场只适用于GIS，并且必须用隔离开关把架空线隔离。主变压器和耦合电容器也必须是金属封闭的或者和GIS隔离的，否则干扰水平太高以致无法测量。

2）特高频法（UHF法）。采用纵电（TE）和纵磁（TM）方式测量局放特高频信号的频谱和波幅。频率范围为300～1000MHz。此法宽、窄带测量可选择，宽带测量能测出缺陷的性质，窄带测量可以增加信噪比。此法易受电磁波的干扰。(https://www.chuimin.cn)

3）甚高频法（VHF法）。采用纵电磁波（TEM）测量方式，实际是UHF法用于较低频率范围（100～300MHz）。它受通信干扰较小，可用于隔离开关隔离的GIS和非金属封闭开关装置。

4）声波法。可测量局部发出的超声波（100kHz左右），微粒撞击外壳的噪声和屏蔽的振动。其灵敏度和绝缘缺陷的性质有关。因声波在SF₆中衰减迅速，故对高压导体上的突出物和绝缘子上附着微粒不敏感，而对自由粒子撞击外壳则较易检出。

绝缘监测和诊断技术的完善化还有很多工作要做，譬如局部信号的形状大小和实际工频耐压或冲击耐压水平的降低如何形成换算关系，对检出的局部放电缺陷如何诊断其短期和长期的危险性。

发热状态监测：ABB公司研制出一种以热敏晶体管振荡器为主要部件的探测器，它随温度变化而改变振荡频率，再转换成数字化光信号由红外发光晶体管发射，由红外接收器接收再转换成温度指示信号。探测器可置于高压导电部分，接收器在外壳上。用于GIS的主要问题是探测器装于高压导电部分不能使电场过分畸变。

随着信息技术、传感器技术和通信技术的发展，高压断路器监测方法从离线监测逐渐过渡到在线监测，传感器从接触式逐渐过渡到非接触式，如红外技术、超高频和超声波技术等；通信技术方式从有线式向天线式发展，如蓝牙技术及3G阀技术等；这些先进技术在高压断路器监测领域的研究和应用，断路器状态参数的检测范围、精度和可靠性都得到了大幅度的提高，为评估高压断路器的运行状态提供了更好的数据基础。

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