1)局部放电监测
高压开关设备内部故障以绝缘故障为主,由于在制造及安装过程中,内部缺陷、导体之间接触不良等使内部电场发生畸变而产生局部放电。可以通过监测放电粒子特性或放电产生的物理及化学变化发现局部放电故障,一般分为电检测法和非电检测法。电检测法包括:耦合电容法、外部电极法、绝缘子内部预埋电极法和超高频法等。非电检测法包括超声波检测法、光检测法、化学检测法等。
2)SF6气体状态监测
SF6气体是高压开关设备主要采用的绝缘和灭弧介质,其压力、密度、温度和水分等对产品的绝缘性能有重要影响,采集这些参量,归算后可对是否存在气体泄漏、水分超标进行评估。
另外,若运行设备存在放电、过热等故障,SF6气体发生分解并与设备内部其他物质反应,生成多种产物,主要有SOF2、SO2F2、SO2、H2S、CO、CF4和HF等,这些气体分解物与其缺陷存在很高的关联度。目前的现场检测手段已经可以有效地检出SO2、H2S和CO等组分。
3)机械特性监测
国际上高压开关设备机械状态评估及故障诊断技术的研究开始于20世纪80年代,研究重点主要集中在对动触头行程、分合闸线圈电流、辅助触点状态以及振动信号等机械状态参量的在线监测,依靠人工参照基准数据进行比对,分析其劣化趋势。
基于振动信号的分析可以实现潜伏性机械故障检测,目前已经提出了一些较为实用的振动信号处理方法,并逐渐应用到实际的断路器状态检测系统中,如ACI方法、欧氏距离法、积分参数法、信号熵法、短时能量法和小波-分形理论等。
4)主回路温度监测
电力开关设备在高电压、大电流的状态下运行,主回路导体的温度与其电接触状况有着极其密切的联系,可以作为诊断依据。对于全封闭式气体绝缘高压带电设备,结构比较复杂,发热点处于设备内部,导体与壳体之间充有SF6气体,不易直接测量。红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及寿命长等诸多优点。近年来,国内外在红外辐射测温和红外热诊断方面开展了大量研究。
鉴于高压开关设备应用环境的特殊性,上述技术在环境适应性、测量准确度、长期工作的稳定性、接口的标准化等方面尚需进一步研究。
2.1.3智能高压开关设备寿命评估技术
高压开关设备的寿命主要指机械寿命和电寿命。触头行程及断路器的分/合闸速度是断路器机械特性的集中体现,可以有效地反映出其劣化趋势。断路器触头磨损是影响断路器电寿命的重要因素,对其剩余寿命评估有着重要的参考价值,但触头电磨损不能直接获得,因而成为研究难点。
1)电寿命模型
研究表明,断路器电寿命主要取决于断路器触头电磨损的状况。国外对断路器触头的研究较早,主要集中在材料对触头电寿命的影响以及电弧对触头的侵蚀方面。由于各类断路器的灭弧原理不同,断路器的电寿命变化规律也不同。
为了便于工程应用,可以将燃弧时间、触头及喷嘴的结构与材料等因素对灭弧室烧蚀的影响用累计的方式加以简化,如:累计开断电流、累计电弧能量法、累计开断电流加权法等,从而得到估算电寿命的近似公式。法国高能试验室(EDF)和意大利工程指导公司(ENEL)针对SF6断路器提出的等效开断次数与相对开断电流的关系曲线是一种有效的工程方法。
2)综合诊断技术
智能高压开关设备的故障诊断技术主要有基于知识的方法和基于信号处理的方法。前者利用领域专家启发性经验知识和故障特征进行演绎推理,或者基于先验知识和相应算法对诊断对象自适应调整后获取诊断结果。基于知识的方法不需要建立待诊断对象的准确数学模型,易于工程应用。国内外研究人员先后采用人工神经网络、贝叶斯网络、证据理论、粗糙集理论、模糊集理论、云模型等研究和建立了高压断路器机械状态评估系统。