高压断路器在线监测与状态评估系统的研究

高压断路器在线监测与状态评估系统的研究

孙清超 

平高集团有限公司 河南省平顶山市 467001

摘要：随着现代化进程的加快，我国的电力行业得到进一步的提升。目前，设计了一种高压电断路器在线监测系统，该系统通过传感器实时采集高压断路器特征量相关参数，并将数据传输至监测系统进行处理和分析，再通过监测主站平台实时监测高压的运行状态和各项特征量的变化趋势。所研究的监测系统具有监测精度高、实时性好、操作简便等优点，方便用户进行查看和分析。同时，该系统还具备数据存储和远程监测功能，可以实现对多个高压的同时监测和管理。实验结果表明，该在线监测系统能够准确监测高压电缆绝缘状态，并及时发现潜在的故障和问题，有助于提高电力系统的安全性和可靠性，具有重要的实际应用价值。

关键词：高压电缆；绝缘监测；传感器；特征量

引言

随着城市建筑规模的不断扩大以及输配电网的持续升级，高压电力电缆因其占地空间小、运行状态稳定、抵抗恶劣天气能力强等优点逐渐替代原始的架空输电线，成为城市电力传输的主要发展趋势。而城市供配电系统的运行稳定性与电力电缆的绝缘状态有直接联系，电力电缆终端在整个电力系统的运行过程中是极易发生漏电等故障的部位，该部位的故障会直接导致电气设备绝缘老化，影响设备的正常运行。此外，研究人员也通过研究电缆终端局部放电现象以评估电缆绝缘层状态，并达到高压电力电缆故障诊断的效果。因此，通过对高压电力电缆的终端局部放电进行在线监测，可以实时感知设备的运行状态，减少电缆绝缘故障，保障高压电力的安全传输。

1高压断路器基本结构

断路器是一种用于电网控制与保护的开关设备，应用于开断各种大电流，包括：负荷电流、额定电流与故障电流。某水电站550kV断路器的铭牌参数如表1所示。

表1 某水电站断路器参数

当断路器合闸时，活塞杆向上运动，通过外拐臂转为水平运动、然后通过导向杆、绝缘拉杆、内拐臂驱动拉杆、电阻动触头，带动动主触头和电阻动触头，实现主断口和电阻断口进行合闸运动。

2高压断路器在线监测与状态评估系统的研究

2.1避雷器在线监测

在线监测技术在智能电网中广泛应用，其中之一是避雷器在线监测。避雷器作为保护电力设备和输电线路免受雷击损害的关键组件，在电网中起着重要作用。然而，长期以来，避雷器的工作状况往往无法实时监测和评估，因此无法及时发现避雷器的故障或老化情况。在线监测技术的引入解决了这一问题。通过在避雷器上安装传感器和数据采集设备，并与智能电网系统相连接，可以实时、准确地监测避雷器的工作状态。这种在线监测系统可以实时采集避雷器的电气参数、动作次数、绝缘状态等关键指标，并通过数据分析和处理技术进行实时评估和预警。一旦避雷器出现异常，系统将及时发出警报并通知相关人员，以便迅速采取措施，修复或更换避雷器，从而确保电力设备和输电线路的安全运行。在线监测技术的应用不仅提高了避雷器的可靠性和稳定性，还有效降低了故障率和维护成本，为智能电网的安全稳定运行提供了有效支持。

2.2系统软件设计

在高压电缆绝缘在线监测系统中，为了实现对电缆绝缘状态的实时监测和分析，软件设计采用了程序化设计的方法，程序控制流程如图1所示，将系统的控制模块分解为独立的子程序，每个子程序负责不同的功能，如数据采集、数据处理、数据分析和数据存储等。这样的设计能够使系统更加灵活和高效，在实际运行中，各个子程序相互协作，通过主程序模块进行数据的汇总和整合，对采集的数据进行处理、分析和对比，反映出电缆绝缘的实际运行状态，以便及时发现电缆绝缘状态的异常变化，为电力系统的安全运行提供重要保障。

图1系统软件程序控制流程图

2.3在线监测系统组成

断路器机械特性在线监测系统由断路器机械特性在线监测单元、通信网络、数据库服务器工作站三个部分组成。监测单元采集断路器触头位移行程信号、分合闸线圈电流信号、储能电机电流信号、分合闸辅助开关空触点动作信号，并将采集数据保存在单元本地。监测数据可以通过4G/5G无线网络直接传输到数据中心，也可以通过手持式终端收集采集单元数据，再传输至数据中心。

图2在线监测系统

2.4变压器设备在线监测

作为电力系统中不可或缺的重要设备，变压器承担着电能的传输和分配任务。然而，由于长期运行和环境因素的影响，变压器容易发生故障，如温升异常、局部放电、绝缘老化等问题。传统的定期检查方法往往无法实时监测变压器的工作状态，导致潜在隐患得不到及时发现和解决。在这种情况下，在线监测技术的引入显得尤为重要。通过在变压器上安装传感器和数据采集设备，并与智能电网系统相连接，可以实时、连续地监测变压器的运行情况。在线监测系统能够采集变压器的电流、电压、温度、湿度等关键参数，并利用数据分析和处理技术进行实时评估和预警。一旦变压器出现异常，系统会立即发出警报并通知相关人员，以便及时采取措施进行维修或更换。通过在线监测技术，变压器的故障率得以降低，维护成本也得到有效控制，确保智能电网的稳定运行。在线监测技术在变压器设备中的应用，可以提供可靠的数据支持和预警功能，帮助运营人员及时发现潜在问题并采取措施，延长设备寿命，提高智能电网的运行效率和安全性。

3未来智能电网中高电压设备在线监测技术的展望

未来智能电网的发展趋势将聚焦于高效、可靠和安全的能源供应。在这样一个背景下，高电压设备在线监测技术将扮演至关重要的角色。高电压设备是电力系统中最核心的组成部分，其运行状态直接影响着电力系统的稳定性和可靠性。传统的高电压设备监测往往需要人工巡检或定期维护，这种方法存在着时间成本高、维护频率低以及无法实时监测等问题。而未来智能电网中的高电压设备在线监测技术将通过物联网、大数据和人工智能等先进技术的结合，实现对高电压设备的实时、全面、准确的监测。首先，未来的高电压设备在线监测技术将利用物联网技术，通过传感器和通信设备实现对高电压设备的远程监测。这意味着监测设备可以随时随地获取高电压设备的运行数据，并实时传输到监测中心进行分析和处理。其次，未来的高电压设备在线监测技术将借助大数据技术，对海量的数据进行分析和挖掘。通过对历史数据的分析，可以提取出高电压设备的工作规律和健康状态，从而实现故障的预测和预警，避免潜在的安全风险。最后，未来的高电压设备在线监测技术将结合人工智能技术，实现对高电压设备的智能判断和自动诊断。通过建立精确的模型和算法，可以对高电压设备的异常情况和故障进行准确识别，并及时采取相应的措施进行修复或者替换，从而提高电力系统的可靠性和稳定性。在技术成熟的前提下，可扩展对配电设备诸如开关柜、电缆等开展状态全监测，从而实现对整个变电站电气设备的在线监测，最终实现无人值守的智能化方案，真正成为智能电网的坚强组成。

结束语

本文研究的高压电缆绝缘在线监测系统具有以下优点：1）能够实时监测电缆绝缘的状态，及时发现潜在的故障隐患。2）能够提供准确的监测数据，帮助运维人员制定合理的维护计划。3）能够提高电力系统的可靠性和安全性，降低电力系统的故障发生率。通过不断的研究和实验验证，高压电缆绝缘在线监测系统技术已得到进一步的发展和应用，为电力系统的维护和管理提供了更有效的手段。

参考文献

[1]吴迪.高压电缆线路在线监测技术及应用[J].电气时代，2020（8）：67-68.

[2]刘哲，苏菲，王兴振，汪培月，侯建峰，庄添鑫．基于分布式无线TEV传感器的电缆终端局部放电监测系统［J］．电测与仪表，2019，56(17):102－108．