在线式高压开关柜故障监测系统探究

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1、在线式高压开关柜故障监测系统探究【摘要】本论文介绍了一种新的高压开关柜故障诊断系统，该系统采用气相色谱的原理通过对各故障状态下的特征气体的分析，实现对空气绝缘高压开关柜故障的诊断。论文首先对高压开关柜在故障状态下所形成的故障气体进行了分析，然后对传感器电路和测试电路进行了设计，并完成对诊断软件的设计。在此基础上，进行了样机的制作和试验。【关键词】开关柜；特征气体；诊断高压开关柜在电力系统中担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重功能，随着电力系统向着高电压、大机组、大容量的迅速发展，电网日益扩大以及变电站无人值班管理模式和综合自动化的普

2、及推广，高压开关柜的安全运行越来越重要。高压开关柜内闸刀触头、电力电缆进出线的接头接触不良时，接触电阻增大，在负载电流流过时会产生发热现象，过热会引起金属材料的机械强度下降，绝缘材料老化并可能导致击穿，形成事故。在高压开关柜中，固体绝缘中的空穴、不同特性的绝缘层之间，以及金属（或半导电）电极的尖锐边缘处，由于气体的击穿场强比固体介质低得多，气体中的电场又比固体介质中高，往往在气隙的部位产生局部放电。这些局部放电会造成电介质绝缘强度逐步下降，最终导致绝缘的损坏。此外，高压开关柜中还存在SF6气体的泄漏，同样会造成设备性能的下降。因此，测量和监

3、视高压开关柜内的运行状态，是避免重大事故发生及控制故障恶化的有力手段，对于保证高压开关柜的正常运行，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有非常重要的意义。目前已有的各个测试系统存在各种各样的缺陷，并且各种方法只能实现对某一种故障的监测，还无法实现对高压开关柜的运行状态准确监测。针对于上述的情况，针对于上述的情况，对高压开关柜在运行过程中各故障状态下的气体成分进行了分析，发现各种故障状态下，高压开关内部会产生不同的特征气体。由此可见，采用变压器油色谱测试的原理,通过对不同特征气体的分析，可以实现对高压开关柜运行状态的监测。基于上述的原理，本

4、论文介绍了基于故障气体原理开发了便携式开关柜故障探测装置，该系统通过提取开关柜运行过程中所形成的气体，采用气敏传感器对各种气体成分进行分析，从而对开关柜的运行状态做出可靠判断，确保高压开关柜的安全运行。一、开关柜内部故障的特征气体分析对于采用SF6断路器的小车式开关柜，最容易发生的异常是接头发热、SF6气体泄漏和局部放电。下文将分别研究每种异常状况的特征气体特点。1.接头发热接头发热是一次设备的常见故障，对于常用的小车式开关设备，由于其断路器小车经常被移进移出，断路器的触指和触头很容易受到撞击等外力作用而变形，导致接触不良而发热，另外其电缆

5、接头也是发热故障的高发部位，由于开关柜内部发热几乎不能早期发觉，接头发热故障对于开关柜的安全运行事关重大。接头发热产生的特征气体比较复杂，各种气体的组分和浓度随发热温度和接头材料的不同而不同，主要特征气体有以下几种：a.烷坯和硫化氢一一主要是接头电力脂、润滑脂、示温蜡片中杂质受热分解产生，由于断路器触头无一例外地涂有润滑脂，如果接头发热，凡士林融化导致内部少量碳原子数量较少的烷痊和硫化物等杂质气化而分布在柜内的空气中，由于各种气体传感器对于烷痊等可燃气体灵敏度极高，因此很容易检出。b.单质铜和氧化铜颗粒一一如果温度过高，接头的铜会逐步氧化发

6、黑形成氧化铜，极少量的氧化铜和单质铜会升华进入空气，并产生微量烟雾。a.绝缘材料分解气体一一发热接头附近的绝缘材料（如环氧树脂）受热也会产生一定特殊气体，另外接头部位的灰尘受热也会产生特殊气体，主要有氢澳酸、胺类、睛类、酚类、烷坯、醛类、氮氧化物，多环芳密、杂环族化合物、轻基化合物等。1.局部放电局部放电也是一次设备的常见故障，空气中的放电现象会产生氮氧化合物、臭氧和负离子，因此对于空气中的局部放电，如沿面放电等，可采用探测上述气体的传感器进行探测，对于固体介质内部的局部放电则没有作用。3.SF6泄漏绝大部分的小车式开关柜均为装设断路器SF

7、6压力表或密度继电器，如发生SF6泄漏，只有等到压力低于报警或闭锁值时，才能通过处罚压力接点的方式用光子牌、指示灯间接显示出来，如果压力接点失灵，SF6气体即使漏完运行人员也无法知道，如果此时操作断路器可能导致设备爆炸的严重后果，因此采用另一种手段探测SF6泄漏也很有必要。由于现有的SF6气体传感器能检测到0.lppm以下浓度的SF6气体，因此开关柜内部的SF6泄漏应该能很容易地检出。二、气体传感器设计1•传感器的选择通过对不同传感器的性能比较，分析了各种传感器在寿命、灵敏度、成本、加热功耗和反应速度方面的优缺点，本论文提出了采用电化学可燃

8、气体传感器+离子型烟雾传感器+TGS型空气质量传感器”检测接头发热、大气型臭氧传感器检测局部放电、环境监测型SF6传感器检测SF6的方案。接头发热采用电化学可燃气体传感器，该传感