淺談在企業電網中實行狀態監測的可行性和必要性

摘要：文章通過對自備電網的供用電設備運行現狀的分析研討，說明了實現企業自備電網高壓供電設備實行狀態檢修的可行性以及對自備電網高壓斷路器裝設在線監測裝置的必要性，并闡明了使用在線監測裝置對自備電網高壓供電設備實施狀態檢修的重要性。

關鍵詞：企業電網；狀態檢測；高壓斷路器；狀態維修；在線監測

中圖分類號：TP277文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）05-0102-02

隨著社會的進步、經濟的發展和人民生活對電力供應的依賴和敏感性越來越強，電力系統的安全運行日益受到電力系統供用電部門以及供用電管理部門的廣泛關注和重視。在自備電網的供電系統中所使用的供電設備一般無法與國家大電網相比，如我公司目前普遍使用的小車式開關柜，由于斷路器與開關柜之間采用插頭聯接，當小車與開關柜因制造、運輸及安裝不良等影響，都將引起觸頭接觸不良，接觸電阻增大，出現觸頭溫升過高，甚至燒毀，造成停電，這些現象在大電流開關柜如進線柜上尤為突出，且影響極大。為避免此類事故的發生，造成電力系統供電不穩定，開展電力設備的在線監測與故障診斷可及時發現設備中的隱患，防止突發事故；也可避免現行預防性維修制度有可能帶來的維修不及時或過度維修的固有弱點，在線監測可變預防性維修為預知性維修即狀態維修，因而能夠顯著提高設備的運行可靠性并減少維修費用，在線監測系統的應用將會帶來巨大的經濟和社會效益。

一、可行性分析

自備電網大都是有自己的發電廠以及輸配電設備組成一個完整的電力系統；但它與國家電網或區域電網都有不同程度的聯系；它們的安全運行程度如何也將直接影響到大電網的安全、可靠運行。下面我就以我們礦區電網為例來分析說明自備電網提高安全運行可靠度的可行性方案。大屯礦區電力系統是屬于自備電網系統，它由一個發電廠、28條35KV線路、2條110KV線路，2條220KV線路，一座220KV變電所，一座110KV變電所，10座分部在4個礦井和中心區的35KV變電所以及各單位、居住區30多座6KV變電站、箱式變電站組成。在這個電力網中，35KV以上的高壓斷路器就有88臺，系統中10KV斷路器均為室內式，35KV斷路器大部分為室內式，一小部分為室外的，這為我們裝設斷路器在線監測系統提供了良好的基礎。同時變電站中由微機保護裝置實現的各種保護功能以及測量功能、控制功能、狀態監測功能等作為高壓開關的安全運行的保障，使得實現高壓開關狀態檢修成為可能；況且目前我們普遍使用的真空斷路器或F6S斷路器都是屬于免維護供電設備，運行人員很難通過日常的設備巡視工作，發現設備存在的隱患和缺陷；如果我們仍然執行過去的定期檢修規程，對現在使用新型的高壓供電設備進行維護檢修，造成了大量人力、物力、財力的浪費；同時不考慮開關運行情況的好壞，對高壓供電設備一律實行的定期檢修制度，也使得高壓斷路器使用壽命大大縮短。

按照設備壽命周期特征曲線（浴盆曲線原理）分析可知，對于實行大修理制度的設備來說，由于設備大修并沒有改變原有的設計結構，也未提高設備的固有可靠度；大修并沒有把磨損零件全部更新，往往只更換了磨損嚴重的部分，有時也因缺乏配件而未能及時更換，因此余留下的那些零件很快就會進入磨損期而告損壞；就某些型號的設備來說，使用維修單位的大修技術還不如設備制造廠的技術，況且缺少專用的加工設備，因此大修后設備質量和可靠性較各設備制造廠出廠水平有逐次降低的情況；所以大修后的浴盆曲線的各種參數一般會有最高故障可能逐次增大的現象，因此供電設備要求按實際運行情況進行及時維修的渴望已越來越迫切；對于目前大屯礦區高壓供電設備的現代化程度以及運行現狀而言，已完全可以進入狀態檢修狀態；當然這必須有在線監測裝置的實時監測，及時為設備維護人員提供準確、可靠的維修信號，從而確保電網的安全運行。

目前我們使用的微機保護裝置上的狀態監測只包括操作計數、氣體壓力監測、斷路器跳合閘、電氣老化監測、斷路器運行時間記錄、輔助監視等，不能充分體現高壓斷路器的性能好壞，因此在高壓斷路器上裝設在線監測系統，由該系統通過多傳感器信息的融合處理，得出電力設備性能的特征量，為專家系統對電力設備在運行狀態下的性能和故障診斷提供依據。在線監測系統具有經濟、快速、安全、準確、便捷的特點，是電力系統設備狀態檢修的重要技術支持系統和有力依據。隨著傳感器技術、信號處理技術、計算機技術、人工智能技術的發展，使得對高壓開關柜的運行狀態進行在線監測，及時發現故障隱患并對累計性故障做出預測成為可能。它對于保證高壓開關柜的正常運行，減少維修次數，提高電力系統的運行可靠性和自動化程度具有重要意義。

二、在線監測裝置推廣應用的重要性

斷路器是變電系統重要的主設備，其數量最多，而故障率在電網中所占比例僅次于線路故障，是變電設備中主要監測對象。

根據國際大電網會議對高壓斷路器的可靠性所作的兩次世界范圍調查以及我國對高壓開關事故統計分析均表明，高壓斷路器故障80%是機械的原因。大多數故障是操作機構的問題。以往對高壓斷路器機械性能的檢查主要是在設備交接及停電期間結合檢修，定期進行預防性試驗，更換部件，檢查操作機構的機械性能。經驗表明，頻繁的操作及過度的拆卸檢修會降低高壓斷路器動作的可靠性，同時頻繁的動作也使得以斷路器動作次數為使用周期的各類高壓開關使用壽命縮短了許多；更換高壓斷路器的資金投入遠遠超過配置一套在線監測裝置費用。因此，對高壓斷路器實施狀態診斷或實時在線監測，及時了解其運行狀況，掌握其運行特性變化及變化趨勢，對提高其運行可靠性，實現高壓供電設備的狀態檢修極為重要?，F在斷路器在線監測診斷系統產品的產生，改變了斷路器原有的計劃檢修制度，使狀態監測得以實現，并使建立科學管理體系成為可能，從而達到不間斷地診斷設備健康狀況，有選擇性地進行檢修維護，使對高壓設備的維護檢修完全可能安全地進入到狀態檢修模式。

國外電力設備的狀態檢修技術發展很快，據報道實施狀態檢修可使電力系統中每年用于設備檢修的費用降低25%～50%，故障停電時間減少75%，在電網廣泛采用斷路器在線監測診斷系統后，將會降低運行成本、提高設備可用率、大大縮短設備年度停電時間、提高電網供電可靠率，產生很大的社會經濟效益。供電企業近五十年來一直貫徹執行計劃檢修和故障檢修制度其本質特征是不論設備實際狀況如何，只要“到期”就要“檢修”，盲目性大。結果造成大量人力物力的無效投入，增大計劃停電時間，同時還增大人身事故和誤操作事故的可能性。從而嚴重制約供電可靠率的提高，而供電可靠率是評定一個企業電網先進性的重要指標。

在充分了解國內外維修策略及深入總結、分析我公司多年來維修實踐的基礎上，可以證明在高壓斷路器上裝設在線監測裝置是切實可行的，是實現大屯礦區電力系統供電設備狀態檢修的基礎。我國現在已經開發研制了多種“斷路器在線監測診斷系統”，通過電力系統實際運行效果表明其性能穩定、監測點齊全、數據真實。使運行人員能隨時方便、直觀地得到斷路器運行中的各種參數信息，給專家和使用單位領導、技術人員、運行人員提供了真實、詳細、可靠的設備運行資料，為電力系統設備可靠運行提供了保障。

三、在線監測裝置完成的功能

（1）分別測量斷路器在正常開斷、空載開斷、故障開斷時的電流值；（2）分別累計斷路器在正常開斷、空載開斷、故障開斷的動作次數；（3）實時記錄斷路器在正常開斷、空載開斷、故障開斷的動作時間；（4）實時記錄斷路器開斷時分閘線圈電流波形及動作時間；（5）實時記錄斷路器開斷時三相電流波形；（6）實時記錄斷路器合閘時合閘線圈電流波形及動作時間；（7）實時記錄斷路器輔助接點的動作狀態；（8）實時記錄斷路器動作的機械全過程；（9）累計斷路器三相電流的折斷容量；（10）監測并顯示實時的運行負荷電流；（11） 實時記錄儲能電機的工作時間，工作電流；（12）提供RS-422通信接口與網絡實施遠傳；（13）提供波形數據打印。

四、結論

由于高壓開關柜是多個電氣設備的組合，其內部涉及電、磁、溫度等多種物理現象，故障的表現形式和產生機理千差萬別，因此應該采用多種方法結合來進行故障診斷。

由于高壓開關故障在線診斷技術的進步，開關設備的管理和維修將發展到狀態維修的新階段。本論文中推薦使用的斷路器在線監測裝置，適用于電力系統及各廠礦、企業、發電廠、變電站中，它能實時監測斷路器的運行狀態；在斷路器運行異常時記錄變化的參數量，從而分析判斷斷路器的電氣與機械特性是否正常，為保證電力系統電網的安全運行，早期發現斷路器的電氣、機械、回路異常，提供了可靠的數據參考，從而提高了對斷路器的運行管理水平。對于自備電網的企業來說，在電力系統實現狀態監測是保證電網安全的重要手段。在大屯礦區如能實現對高壓供電設備的在線監測將會大大提高電力系統運行的安全、可靠性，確保礦區供用電安全，同時也能為大屯礦區的主業煤炭生產的發展，提供強有力的基礎保障。

參考文獻

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作者簡介：程曉萍（1963-），女，安徽肥東人，上海能源股份有限公司發電廠供電技術科工程師。