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高壓開關(guān)的綜合分析與診斷方法

高壓開關(guān)設(shè)備上不同部位、不同類型的故障，引起設(shè)備功能的不同變化，導(dǎo)致高壓開關(guān)整體及各部位狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)的不同變化。故障診斷的任務(wù)，就是當(dāng)設(shè)備上某一部位出現(xiàn)某種故障時，要從這些狀態(tài)及其參數(shù)的變化推斷出導(dǎo)致這些變化的故障及其所在部位。由于狀態(tài)參數(shù)的數(shù)量浩大，必須找出其中的特征信息，提取特征量，才便于對故障進(jìn)行診斷。由某一故障引起的設(shè)備狀態(tài)的變化稱為故障的征兆。故障診斷的過程就是從已知征兆判定設(shè)備上存在的故障的類型及其所在部位的過程。因此故障診斷的方法實(shí)質(zhì)上是一種狀態(tài)識別方法。

對高壓開關(guān)的狀態(tài)識別依據(jù)是使用文章《高壓開關(guān)的絕緣預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目及標(biāo)》所述的方法對其進(jìn)行試驗(yàn)所得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，首先要進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果正確性判斷，排除試驗(yàn)方法原則上的錯誤和環(huán)境、人為因素等的影響；然后把試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)相比較，與歷史資料相比較，與其它同類產(chǎn)品相比較，綜合利用多個試驗(yàn)方法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析；后根據(jù)分析對高壓開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行判斷。

一、高壓開關(guān)試驗(yàn)結(jié)果正確性判斷

       1.檢查試驗(yàn)方法、接線是否正確

       在得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，首先要檢查試驗(yàn)方法是否合理，有無原則性錯誤，其次是檢查接線是否正確。如進(jìn)行泄漏電流試驗(yàn)時，需要注意以下幾點(diǎn)：

       (1)由于接往被測設(shè)備的高壓導(dǎo)線是暴露在空氣中的，當(dāng)其表面場強(qiáng)高于約20kV/cm時(決定于導(dǎo)線直徑、形狀等)，沿導(dǎo)線表面的空氣發(fā)生電離，對地有一定的泄漏電流，這一部分電流會流過微安表，因而影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。一般都把微安表固定在試驗(yàn)變壓器的上端，這時就必須用屏蔽線作為引線，也要用金屬外殼把微安表屏蔽起來。

       (2)泄漏電流可分為體積泄漏電流和表面泄漏電流兩種。在泄漏電流測量中，所要測量的只是體積電流。但是在實(shí)際測量中，表面泄露電流往往大于體積泄漏電流，因而必須消除表面泄漏電流對真實(shí)測量結(jié)果的影響。消除的辦法實(shí)施被試設(shè)備表面干燥、清潔、且高壓端導(dǎo)線與接地端要保持足夠的距離；另一種是采用屏蔽環(huán)將表面泄漏電流直接短接，使之不流過微安表。

       (3)在進(jìn)行泄漏電流測量時，供給整流設(shè)備的交流高壓應(yīng)該是正弦波形。如果供給整流設(shè)備的交流低壓不是正弦波，則對測量結(jié)果是有影響的。影響電壓波形的主要是三次諧波。必須指出，在泄漏電流測量中，調(diào)壓器對波形的影響也是很多的。實(shí)踐證明，自耦變壓器畸變小，損耗也小，故應(yīng)盡量選用自耦變壓器調(diào)壓。另外，在選擇電源時，用線電壓而不用相電壓，因相電壓的波形易畸變。如果電壓是直接在直流高壓側(cè)測量的，則上述影響可以消除。

       2.檢查試驗(yàn)儀器、儀表是否合格

       試驗(yàn)中使用的儀器、儀表是試驗(yàn)數(shù)據(jù)的直接來源，因此必須嚴(yán)格按照試驗(yàn)要求選擇量程、內(nèi)阻等合格的，經(jīng)過有關(guān)部門校核過的儀器、儀表。如對于真空斷路器、壓縮空氣斷路器和SF6斷路器，主要測量支持瓷套、拉桿等一次回路對地絕緣電阻，一般使用2500V的絕緣電阻測試儀，其值應(yīng)大于5000MΩ。輔助回路和控制回路的絕緣電阻測量時，使用500V（或1000V）絕緣電阻測試儀進(jìn)行測試，其值應(yīng)大于2MΩ。對于500kV斷路器，應(yīng)用1000V絕緣電阻測試儀測量，其值應(yīng)大于2MΩ。

       3.外部環(huán)境條件分析

       溫濕度、氣壓等環(huán)境條件和設(shè)備外部的積污、受潮都會對試驗(yàn)數(shù)據(jù)造成影響。一般來說溫濕度、氣壓和試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間都有關(guān)系曲線，在不同的環(huán)境條件下試驗(yàn)數(shù)據(jù)會有不同的限值。而設(shè)備外部的積污、受潮可用人工的方法擦除干凈。如柳州變電站500kVSF6斷路器，復(fù)測微水含量值均達(dá)到460ppm左右。由于當(dāng)時現(xiàn)場技術(shù)人員不懂用“環(huán)境溫度與水分含量的關(guān)系曲線”進(jìn)行修正，誤判460ppm，含水量超標(biāo)(大于150ppm)，決定放氣再充氣，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

       4.換算到標(biāo)準(zhǔn)狀況

       要把試驗(yàn)結(jié)果換算到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的數(shù)據(jù)。排除了這些外部環(huán)境干擾因素的影響后，就可以對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析判斷了。

二、高壓開關(guān)試驗(yàn)結(jié)果分析

       一般地說，如果電氣設(shè)備各項(xiàng)預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果（也包括破壞性試驗(yàn)）能全部符合規(guī)定，則認(rèn)為該設(shè)備絕緣狀況良好，能投入運(yùn)行。但是對非破壞性試驗(yàn)而言，有些項(xiàng)目往往不作具體規(guī)定，有的雖有規(guī)定，然而，試驗(yàn)結(jié)果卻又在合格范圍內(nèi)出現(xiàn)“異常”，即測量結(jié)果合格，增長率很快。對這些情況如何作出正確判斷，則是每個試驗(yàn)人員非常關(guān)心的問題。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果的綜合分析判斷概括為比較法。

       1.試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)相比較

       試驗(yàn)結(jié)果首先要與《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的“允許值”相互比較。規(guī)程、導(dǎo)則和規(guī)定是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和理論科學(xué)的結(jié)晶，但也要看到，僅靠現(xiàn)行的規(guī)程、導(dǎo)則和規(guī)定，還是不*的，因?yàn)楝F(xiàn)行的規(guī)程、導(dǎo)則和規(guī)定，并沒有包括隨著科學(xué)發(fā)展而采用新技術(shù)、新材料、新工藝生產(chǎn)的新設(shè)備，所以還必須對照新設(shè)備的新標(biāo)準(zhǔn)。

       2.試驗(yàn)結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)相比較

       與設(shè)備歷年（次）試驗(yàn)結(jié)果相互比較，將它作為對照規(guī)程的有效補(bǔ)充。因?yàn)橐话愕碾姎庠O(shè)備都應(yīng)定期地進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，如果設(shè)備絕緣在運(yùn)行過程中沒有什么變化，則歷次的試驗(yàn)結(jié)果都應(yīng)當(dāng)比較接近。在兩個試驗(yàn)間隔之間的試驗(yàn)測量值不應(yīng)該有顯著的增加或降低，如果有明顯的差異，則說明絕緣可能有缺陷。

       對照歷史資料，包括對照歷史測試數(shù)據(jù)及靜態(tài)狀態(tài)量，即進(jìn)行縱向比較，以便考察設(shè)備狀態(tài)的變化趨勢和變化速率。如SF6斷路器的微水檢測。SF6斷路器內(nèi)表面，在安裝或運(yùn)行中都會吸附水分子，而吸附或釋放水分子，又都和溫度有關(guān)，從表1-1列出的測量結(jié)果不難看出，SF6斷路器其氣體中微量水的測量結(jié)果均與環(huán)境濕度有關(guān)，即微量水測量值隨環(huán)境溫度升高而增大，隨環(huán)境溫度降低而減小。

表1-1 330kV、FX－22DL型斷路器微量水分測量數(shù)據(jù)

環(huán)境溫度（℃） 4 25 32

水的體積分?jǐn)?shù)（1×10－6） 218 910 1231

       3.試驗(yàn)結(jié)果與同型號、同類設(shè)備相比較

       與同一設(shè)備相間的試驗(yàn)結(jié)果相互比較。因?yàn)橥辉O(shè)備，各相的絕緣情況應(yīng)當(dāng)基本一樣，如果三相試驗(yàn)結(jié)果相互比較差異明顯，則說明有異常的絕緣可能有缺陷。如在分析泄漏電流測量結(jié)果時，還常采用不對稱系數(shù)（即三相之中的大值和小值的比）進(jìn)行分析、判斷。

       對照同類設(shè)備的測試數(shù)據(jù)和資料，以考慮同類設(shè)備因結(jié)構(gòu)、制造工藝方面的差異而帶來的影響，即進(jìn)行橫向比較。對同一類型的設(shè)備而言，其絕緣結(jié)構(gòu)相同，在相同的運(yùn)行和氣候條件下，考慮上述影響因素后其測試結(jié)果應(yīng)大致相同。若懸殊很大，則說明絕緣可能有缺陷。

       4.多種試驗(yàn)數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析

       每一項(xiàng)預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目對反映不同絕緣介質(zhì)的各種缺陷的特點(diǎn)及靈敏度各不相同，因此對各項(xiàng)預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果不能孤立地、單獨(dú)地對絕緣介質(zhì)做出試驗(yàn)結(jié)論，而必須將各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果全面地起來，進(jìn)行系統(tǒng)地、全面地分析、比較，并結(jié)合各種試驗(yàn)方法的有效性及設(shè)備的歷史情況，才能對被試設(shè)備的絕緣狀態(tài)和缺陷性質(zhì)做出科學(xué)的結(jié)論。例如，當(dāng)利用絕緣電阻測試儀和電橋分別對變壓器絕緣進(jìn)行測量時，如果tgδ值不高，其絕緣電阻、吸收比較低，則往往表示絕緣中有集中性缺陷；如果tgδ值也高，則往往說明絕緣整體受潮。

       一般來說故障和征兆之間不存在簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系：一種故障可能對應(yīng)多種征兆，而一種征兆也可能對應(yīng)著多種故障。還有許多其他故障也多對應(yīng)這一征兆。這就為故障診斷增加了難度。因此通常故障診斷有一個反復(fù)實(shí)驗(yàn)的過程：先按已知信息提取征兆，進(jìn)行診斷，得出初步結(jié)論，提出處理對策，對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和實(shí)驗(yàn)，甚至停機(jī)維修，再啟機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，檢查設(shè)備是否已恢復(fù)正常。如尚未恢復(fù)，則需補(bǔ)充新的信息，進(jìn)行新一輪的診斷和提出處理對策，直至狀態(tài)恢復(fù)正常。

三、高壓開關(guān)設(shè)備狀態(tài)判斷

       高壓開關(guān)在運(yùn)行時，可能會發(fā)生的故障是機(jī)械部分和滅弧的絕緣介質(zhì)絕緣能力下降。大電網(wǎng)會議對高壓開關(guān)可靠性所作的2次世界范圍的調(diào)查，以及國家電力科學(xué)研究院對高壓開關(guān)事故的統(tǒng)計(jì)分析均表明，80%的高壓開關(guān)故障是由于機(jī)械特性不良所造成的，且大多數(shù)故障是操動機(jī)構(gòu)的問題，如拒分、拒合或不能開斷。高壓開關(guān)機(jī)械故障所造成的事故無論是次數(shù)、還是事故本身所造成的停電時間都占事故總量的60%以上。高壓開關(guān)大多配有液壓、彈簧、氣動等操動機(jī)構(gòu)，這類機(jī)構(gòu)的分合閘電磁鐵在長期運(yùn)行中常發(fā)生彎曲變形、銹澀或臟污粘滯等故障，使其動作不暢而導(dǎo)致斷路器拒動或誤動。

       在上述傳統(tǒng)的診斷方法的基礎(chǔ)上，將人工智能的理論和方法用于故障診斷，發(fā)展智能化的診斷方法，是故障診斷的一條新的途徑，目前已廣泛應(yīng)用，成為設(shè)備故障診斷的主要方向。

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