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摘要：在我国全面推进智能电网建设背景下，针对电力系统设备运行自动化监测与调控技术的研究成为了行业中的热点内容。高压断路器作为电网继电保护系统的核心部件之一，在电网运行中具有保护的作用。结合目前智能电网设备自动化监测技术的应用，加强高压断路器在线监测和故障技术的研究和应用，进一步的提高电网的稳定性和可靠性。本文就针对高压断路器在线状态监测系统的应用进行深入探讨。
关键词：高压；断路器；在线；状态监测
随着我国电力业的迅猛发展，以及先进科学技术在电力系统的中的广泛应用，使得我国计划体制下采用的电力系统设备定期维修的制度已不能满足电力生产的实际需求。由于近些年来电力系统的电网容量和电压等级在不断提高，所以要及时了解和掌握断路器的运行状态及变化趋势，以预防断路器发生故障而影响整个电力系统的正常运行。因此，依靠断路器在线监测，使其建立在电力设备正常运行的基础上进行检修，是当前一项科学的检修制度，不但能够提高断路器的工作效率，而且也带来了巨大的社会效益和经济效益。本文基于此原因，就高压断路器状态在线监测系统的相关方面及其应用进行了具体的分析与研究。
1、高压断路器在线监测系统概述
1.1高压断路器的概念
高压断路器是3kV以上的电力系统中使用的断路器，它是电力系统中最重要的保护和控制设备。高压断路器在电网中发挥着两个方面的作用：（1）保护作用。高压断路器可以在电力设备或线路出现故障时，将发生故障的部分从电网中迅速切除，以此来保证没有出现故障的部分可以正常运行；（2）依据电网运行的需要，高压断路器能够把一部分电力设备和线路做到平稳而有效的运行。高压断路器能承载运行线路的正常电流，还能对其进行开断和关合，也能在一定时间内开断、关合及承载规定的非正常电流（短路电流、过载电流）。笔者所在变电所的高压断路器采用的是西门子真空断路器，由西门子生产的3AH系列高压断路器主要配备有电机储能弹簧操作机构，与电磁合闸操作机构相比，其具有冲击电流小的优点，从而在减轻对操作电源冲击的基础上达到保护操作电源的目的，保证了操作电源运行的安全性。3AH2型高压断路器的机械寿命高达6万次，并且在正常额定电流下主触头的电气寿命高达3万次，免维护操作次数为1万次，由于其具有极高的可靠性，所以适用于频繁操作。另外，鉴于其拥有比较完善的二次设备配置，具有各种特殊控制功能，因此可以满足用户的不同需求。
1.2高压断路器在线监测的目标
高压断路器在线监测系统的主要任务是了解掌握断路器的运行状态，为断路器的合理使用、性能评估、故障诊断和安全工作等准备基础数据和提供相关信息。因此，高压断路器在线监测系统的基本目标有以下几个方面：（1）通过建立高压断路器在线监测系统，能够对高压断路器进行不间断地长期监测。将数据采集模块和电子传感器安装在高压断路器的开关设备上，不会影响设备的原有参数、性能及可靠性。使用传感器技术、计算机技术和电磁兼容技术，可以增强高压断路器现场数据采集单元的可靠性，还能够使高压断路器在湿度变化大、强电磁干扰和机械振动强的苛刻环境中工作。（2）高压断路器现场数据采集单元可以将数据上传到上级计算机，并建立高压断路器的状态数据库。采用信号处理技术，还可以对断路器运行状态的相关数据进行管理。（3）高压断路器在线监测系统具有各种信号处理、数据采集、故障诊断等功能。不但能够提供断路器的当前参数，还能够对重要参数的变化趋势进行系统分析，并为高压断路器的维修提供具体依据，从而增大了设备的维修保养周期，降低了维修保养费用，提高了设备的利用率，延长了使用寿命。
1.3高压断路器在线监测系统的监测内容
高压断路器在线监测系统监测的具体内容如下：断路器的操动次数统计；开断电流的次数累计；分合闸时间和与分合闸线圈有关的线圈电流、电压、通路的统计；断路器的触头行程和动触头速度；断路器操动过程中的机械振动；合闸弹簧的状态；导电接触部位的湿度；漏电流、介损、局部放电等指标的绝缘状态；气压或液压的启动次数和机构压力。
2、高压断路器在线监测与故障诊断
2.1在线监测与故障诊断的基本过程
现有的高压断路器在线监测与故障诊断系统特征如下:(1)信号变送:高压断路器在线监测环节的信号变送，其信号获取由相应传感器完成。高压断路器工作条件下的多种目标信号并未可直接测量点电信号，借助传感器实现原始信号与可测量电信号之间的转化，以此表征断路器元器件的工况条件，信号传送至后续单元进行处理;(2)信号的采集及预处理:传感器传递出的电信号在测量前，需要进行一定的信号调制，通过放大、过滤以及隔离等方法，实现信号噪声的处理，提高信噪比，获得便于分析处理的信号。在完成信号采集与预处理后进行采集、转换与存储，以此保证数据采集设备工作过程的精确性;(3)信号传输:前期信号采集及预处理后，高压断路器元件信号通过信息传输通道传送到后续单元进行处理;(4)数据的处理和诊断:信号接收设备接收到采集设备传输的信号后，对信号进行二次处理，通过滤波、平滑处理等方法进一步提升信噪比，便于数据和信息的诊断处理。诊断系统对数据进行计算、比较以及分析后，对设备状态进行评估，对设备故障进行诊断。以上在线监测与故障诊断过程通常划分为3大部分。其中，信号变送系统靠近高压断路器现场，数据采集系统在设备附近，而处理和诊断系统则在主控室内。
2.2高压断路器故障诊断方法分析
2.2.1基于解析模型的方法
基于解析模型的高压断路器故障诊断，主要通过观测器与滤波器获取相应参数，借助等价方程与参数模型形成故障诊断体系，基于判断标准对设备信号参数模型结果进行评级，实现设备故障评估与诊断。基于解析模型的高压断路器诊断方法适用于较为复杂的电力系统，呈现出较为明显的滞后性、强耦合性以及参数时变等特性。
2.2.2基于知识的方法
基于知识的高压断路器故障诊断是建立在解析模型方法基础之上的故障诊断形式，这种方式更具开放性，不按照特定的标准评估设备工况，从面向对象的角度按照设备症状与定性模型对高压断路器设备状况进行诊断。当前基于知识的高压断路器故障诊断依然处于发展与成熟阶段，在部分复杂故障诊断中发挥的特殊的作用，而日常应用依然存在一定的不足。
2.2.3基于信号处理的方法
基于信号的高压断路器故障诊断，主要是通过数值计算对断路器工况信号进行综合性的分析，借助计算机或专业处理设备进行信号综合、变换、估值与识别，按照信号处理结果判定设备故障条件。这一方法的应用基础为传感器技术与信息处理技术，具有较高的综合性诊断特征。当前主要应用的诊断方法包括:傅里叶分析法(FFT)、小波分析法、谱分析法和相关分析法等。
3、结束语
高压断路器对电力系统的可靠稳定运行至关重要。对高压断路器实施状态检修，可以有效地减少过早或不必要的停电试验和检修，减少维护工作量，降低维修费用，提高检修的针对性，可显著提高其运行的可靠性和经济性。在线状态监测和故障诊断技术是实施状态检修的关键技术。没有高压断路器的状态监测和故障诊断，就没有状态检修。
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