高壓開關柜的故障類型及其診斷方法

1、電網(wǎng)故障診斷結(jié)課報告 學院：電氣工程學院 班級：電氣SY13 學號：130801121 姓名：楊雷高壓開關柜的故障類型及其診斷方法一、開關柜概述高壓開關柜是電力系統(tǒng)中的重要電力設備，其運行可靠性關系到整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定及城市供電的可靠性。高壓開關柜是電網(wǎng)中最重要的設備之一,主要是接受和分配網(wǎng)絡電能,對電網(wǎng)線路實行控制、監(jiān)視、測量及保護。高壓開關柜（switchgear）的主要作用是在電力系統(tǒng)進行發(fā)電、輸電、配電和電能轉(zhuǎn)換的過程中，進行開合、控制和保護用電設備。開關柜內(nèi)的部件主要有斷路器、隔離開關、負荷開關、操作機構、互感器以及各種保護裝置等組成。高壓開關柜的分類方法很多，如通過斷路器安裝方式可

2、以分為移開式開關柜和固定式開關柜；或按照柜體結(jié)構的不同，可分為敞開式開關柜、金屬封閉開關柜、和金屬封閉鎧裝式開關柜；根據(jù)電壓等級不同又可分為高壓開關柜，中壓開關柜和低壓開關柜等。主要適用于發(fā)電廠、變電站、石油化工、冶金軋鋼、輕工紡織、廠礦企業(yè)和住宅小區(qū)、高層建筑等各種不同場合。(一)戶外式及戶內(nèi)式從高壓開關柜的安置來分，可分為戶外式和戶內(nèi)式兩種,10KV及以下多采用戶內(nèi)式。根據(jù)一次線路方案的不同,可分為進出線開關柜、聯(lián)絡油開關柜、母線分段柜等。10KV進出線開關柜內(nèi)多安裝少油斷路器或真空斷路器,斷路器所配的操動機構多為彈簧操動機構或電磁操動機構,也有配手動操動機構或永磁操動機構的。不同的開關柜

3、在結(jié)構上有較大差別,這將影響到傳感器的選擇和安裝。(二)固定式及移開式從高壓開關柜的使用來分，可分為固定式和移開式。以前，發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)習慣采用移開式開關柜，而供電系統(tǒng)用固定柜較多。隨著科學技術的進步和新產(chǎn)品的不斷開發(fā)成功，很多習慣用法也在發(fā)生變化。例如金屬鎧裝移開式開關柜就是在固定式開關柜的基礎上發(fā)展起來的。金屬鎧裝移開式開關柜為全封閉結(jié)構，各功能小室相互隔開，正常操作性能和防誤操作功能百加完善和合理，檢修方便，其運行的安全可靠性大為提高。2、 高壓開關柜的故障類型（1） 絕緣放電故障開關柜放電的原因主要是絕緣件或絕緣間隙的絕緣強度低于外加電壓時就發(fā)生放電，甚至發(fā)生絕緣擊穿事故。開關柜放

4、電屬于電氣設備中的隱患，其破壞過程體現(xiàn)出緩慢性、長期性的特點。開關柜放電分為內(nèi)部放電和外部放電，內(nèi)部放電主要是由于設備加工不良造成的，比如絕緣件澆注不良；外部放電包括分為電暈放電、沿面放電、內(nèi)部放電、懸浮電位放電。開關柜放電故障頻發(fā)的是母線排對穿柜絕緣套管放電故障，放電原因是母線排或者絕緣套管在加工過程中質(zhì)量不佳或者是安裝過程中工藝不符合標準規(guī)范，均壓彈簧片變形使得均壓彈簧片與絕緣套管內(nèi)壁無法接觸，造成均壓彈簧片對絕緣套管的點放電，燒壞絕緣套管。（2） 拒動、誤動故障這種故障是高壓開關柜最主要的故障，其原因可分為兩類。一類是因操動機構及傳動系統(tǒng)的機械故障造成，具體表現(xiàn)為機構卡澀，部件變形、位移

5、或損壞，分合閘鐵芯松動、卡澀，軸銷松斷，脫扣失靈等。另一類是因電氣控制和輔助回路造成，表現(xiàn)為二次接線接觸不良，端子松動，接線錯誤，分合閘線圈因機構卡澀或轉(zhuǎn)換開關不良而燒損，輔助開關切換不靈，以及操作電源、合閘接觸器、微動開關等故障。（3） 過熱故障封閉式開關柜在運行中不能打開，因此難以測量柜內(nèi)觸頭的實際溫度，如果觸頭過熱缺陷不能及時發(fā)現(xiàn)并處理，會嚴重威脅到電力安全生產(chǎn)。開關柜過熱通常是由于過流或者電阻增大發(fā)熱造成的，過熱點通常發(fā)生在手車的梅花觸頭、電流互感器以及出線電纜頭等。開關柜手車開關長期在滿負荷運行，合閘時動、靜觸頭間有間隙，接觸的點、面少，過流時固定靜觸頭與夾緊彈簧的螺栓和夾緊彈簧參與

6、分流、導電，造成螺栓燒斷或者觸頭發(fā)熱引起梅花觸頭的彈簧變形而失去彈性，接觸電阻變大，運行中發(fā)熱燒熔，燒損觸頭周圍的絕緣件，最終絕緣擊穿，造成觸頭相間短路故障。（4） 開斷與關合故障開斷與關合故障是由斷路器本體造成的，對少油斷路器而言，主要表現(xiàn)為噴油短路、滅弧室燒損、開斷能力不足、關合時爆炸等。對于真空斷路器而言，表現(xiàn)為滅弧室及波紋管漏氣、真空度降低、切電容器組重燃、陶瓷管破裂等。高壓斷路器開斷與關合短路故障時，都會出現(xiàn)電弧。關合與開斷的電流越大電弧越強烈，工作條件也越嚴重，尤以開斷為甚。開斷與關合故障主要集中在 7.212kV電壓等級上。主要原因為噴油短路、滅弧室燒損、開斷能力不足、關合時爆炸

7、等。近年來，真空斷路器開斷關合故障上升，應引起注意。少油和真空斷路器出現(xiàn)開斷與關合故障較多。少油斷路器發(fā)生故障主要是因為噴油短路燒損滅弧室，導致斷路器開斷能力不足，在關合時發(fā)生爆炸。真空斷路器發(fā)生故障主要是因為真空滅弧室真空度下降，導致真空斷路器開斷關合能力下降，引起開斷或關合失敗。 SF6斷路器發(fā)生故障主要是由于SF6氣體泄漏或者微水含量超標引起滅弧能力下降。（五）載流故障7212KV電壓等級發(fā)生的載流故障主要原因是開關柜隔離插頭接觸不良導致觸頭燒融。（6） 外力及其他故障包括異物撞擊，自然災害，小動物短路等不可知的其他外力及意外故障的發(fā)生。三、高壓開關柜的監(jiān)測與診斷方法針對高壓開

8、關柜的不同故障類型，相應有不同的故障檢測方法：（1） 機械特性在線檢測其監(jiān)測的內(nèi)容有：合、分閘線圈回路，合、分閘線圈電流、電壓，斷路器動觸頭行程，斷路器觸頭速度，合閘彈簧狀態(tài)，斷路器動作過中的機械振動，斷路器操作次數(shù)統(tǒng)計等。目前，斷路器機械狀態(tài)監(jiān)測主要有行程和速度的監(jiān)測，操作過程中振動信號的監(jiān)測等。斷路器操作時的機械振動信號監(jiān)測是根據(jù)每個振動信號出現(xiàn)時間的變化、峰值的變化，結(jié)合分、合閘線圈電流波形來判斷斷路器的機械狀態(tài)。機械性能穩(wěn)定的斷路器，其分、合閘振動波形的各峰值大小和各峰值間的時間差是相對穩(wěn)定的。振動信號是否發(fā)生變化的判別依據(jù)是對新斷路器或大修后的斷路器進行多次分、合閘試驗測試，記錄穩(wěn)定

9、的振動波形，作為該斷路器的特征波形“指紋”，將以后測到的振動波形，與“指紋”比較，以判別斷路器機械特性是否正常。將健康振動信號和斷路器實際振動信號波峰幅值之差形成的殘差以及沖擊事件發(fā)生的時間作為斷路器故障診斷的特征參數(shù)，來判斷斷路器是否故障及故障類型。對斷路器合閘時的振動信號首先進行小波去噪處理，提純有用信號。然后利用Hilbert變換提取信號包絡，對包絡進行小波變換取得各尺度上的信號波形。最后根據(jù)小波變換各尺度上模極大值的傳遞性來計算信號包絡波峰的奇異性指數(shù)，以此作為斷路器故障診斷的一種特征參數(shù)，是一種新穎而比較有效的方法。行程時間特性監(jiān)測是指通過光電傳感器，將連續(xù)變化的位移量變成一系列電脈

10、沖信號。記錄該脈沖的個數(shù)，就可以實現(xiàn)動觸頭全行程參數(shù)的測量；同時，記錄每一個電脈沖產(chǎn)生的時刻值，就可計算出動觸頭運動過程中的最大速度和平均速度。因此測得斷路器主軸連動桿的分合閘特性，即可反映動觸頭的特性。監(jiān)測儲能電機負荷電流和啟動次數(shù)可反映負載(液壓操作機構)的工作狀況，也可判斷電機是否正常，同時反映液壓操作機構密封狀況。（2） 絕緣性能在線監(jiān)測。高壓開關設備內(nèi)部絕緣部分的缺陷或劣化、導電連接部分的接觸不良都使安全運行受到威脅。根據(jù)19891992年間全國電力系統(tǒng)610開關柜事故統(tǒng)計,絕緣和載流引起的故障占總數(shù)的40.2%，其中由于絕緣部分的閃絡造成的事故占絕緣事故總數(shù)的79.0%。而由于隔離

11、插頭接觸不良造成的事故占載流事故總數(shù)的71.1%。可見，由絕緣和接觸不良導致的故障所占比率是很高的，宜采取適當?shù)姆椒ㄟM行監(jiān)測。在上述情況下，在事故潛伏期都可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象，故可以通過對放電的監(jiān)測得到相關的信息。通常采用的監(jiān)測方法有交流泄露電流在線監(jiān)測和介質(zhì)損耗角正切在線監(jiān)測方法，使用射頻法對開關柜內(nèi)的絕緣和接觸不良的在線監(jiān)測技術進行了探索。（3） 溫度在線監(jiān)測溫度在線監(jiān)測包括母線連接處的溫度及斷路器觸頭溫度在線監(jiān)測。用于母線連接處溫升測量的常用傳感器有石英傳感器、光微薄硅溫度傳感器和吸收型光纖溫度傳感器，它們分別以石英晶體、硅片及玻璃構成的槽和晶體作為感溫元件，以光纖作為傳輸介質(zhì)，這就有效地解

12、決了電磁干擾問題。Fabry-perot光微薄硅溫度傳感器在線測溫技術，該技術已在變電站設備的狀態(tài)監(jiān)測技術中應用。由于高壓開關觸頭處于高電壓、高溫度、強磁場以及極強的電磁干擾環(huán)境中，要實現(xiàn)對觸頭的測溫，必須解決電子測量裝置在上述惡劣環(huán)境條件下的適應性。目前測溫工作方式基本上采用被動式測溫或主動式測溫兩種形式。被動式測溫采用接收被測量點幅射出的遠紅外波，通過判斷遠紅外波長來確定測量點溫度；而主動式測溫則是通過埋設在測量點的溫度傳感器直接測量溫度。還有一種采用紅外光電隔離及高壓供電方式測量觸頭溫度的方法，通過選擇適當?shù)目垢蓴_措施及元器件能使監(jiān)測儀既有較好的技術性能，成本又能保持在較低的水平上。（4

13、） 電氣性能在線監(jiān)測電氣性能在線監(jiān)測包括斷路器開斷電流加權值、滅弧室真空度等的監(jiān)測。利用不同開斷電流下的等效磨損曲線，累計每次電流開斷所對應的相對電磨損，每臺斷路器的允許電磨損總量由其額定短路開斷電流及允許開斷滿容量次數(shù)來標定，采用觸頭累積磨損量作為判斷其電壽命的依據(jù)。對真空度的在線監(jiān)測方法有很多，目前，國內(nèi)外真空滅弧室真空度的在線檢測方法主要有:光電變換法、耦合電容法、三相橋法與電弧電壓法、電阻應變片法、微型冷陰極磁控計法、吸氣劑膜法還有一種通過測量屏蔽罩的直流電位，即屏蔽罩上積聚的靜電荷數(shù)量來在線檢測真空度的新方法。該方法使用了旋轉(zhuǎn)式電場探頭，在電場探頭離開屏蔽罩125mm時，仍具有較高的測量靈敏度。（5） 以溫度在線監(jiān)測為例分析其結(jié)構框圖如下圖所示,高壓開關柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成部分包括: 下位機（或叫前端機）和中心預警平臺。（1）無線溫度采集器:簡稱采集器,負責采集監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù),并通過無線方式把采集數(shù)據(jù)發(fā)送出來。（2）數(shù)據(jù)收發(fā)終端:簡稱終端,負責收集無線溫度傳感器發(fā)出的溫度數(shù)據(jù),并把所收集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡方式上傳到測溫管理主機。(3)測溫管理機:簡稱主機或工作站,負責對數(shù)據(jù)收發(fā)終端進行工作參數(shù)設定,自動周期地從終端中讀取所接收的測溫數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進行分析,發(fā)現(xiàn)超過警戒的溫度或溫度發(fā)生異常波動則實時報警。測溫數(shù)據(jù)可在計算器中作長期存儲記錄,供隨時查詢顯示.