高压开关柜内绝缘故障在线监测系统

海上平台开关柜绝缘在线监测系统研究与应用摘要：为预防海上采油平台开关柜绝缘安全事故的发生，本文结合了暂态地电压、超声波以及光纤光栅测温检测技术，设计一套开关柜绝缘在线监测系统。

该系统实现了对开关柜的触点温度和局部放电状态进行实时监测并对其绝缘状态进行评估，使设备维护实现了由“定期维修”转变为“状态维修”，大大节约了人力和长期维护成本。

关键词：开关柜；局部放电；暂态地电压；超声波；光纤光栅0 引言近年来，随着我国海上油气资源开发力度的逐年加大，海上采油平台电力电缆绝缘击穿、中低压开关柜节点触头烧毁等绝缘故障造成的安全事故屡有发生。

以1990～2001年为例，全国开关柜共发生事故1659次，其中仅绝缘造成的事故就有626次，占故障总数的38%[1]。

开关柜直接承担着油气生产、集输、人员生活等各项工作的正常操作和运行，一旦发生绝缘故障，不仅影响电力设备寿命，严重时会造成停产、爆炸甚至泄漏事故，对人员生命和海洋生态环境造成极大影响，也为石油生产企业带来巨大的经济损失。

研究表明[2]，绝缘介质在发生击穿前都会产生局部放电，因此局部放电是设备绝缘缺陷的重要征兆和表现形式。

这些缺陷通常比较微小和隐蔽，不足以导致在工频耐压试验时立即击穿，但投入运行后在正常运行电压作用下会发生局部放电，使缺陷逐渐发展扩大，还可以使放电所产生的电荷在固体绝缘表面逐渐积累，导致电场分布严重畸变。

影响海上平台开关柜局部放电的因素主要有以下几点：（1）微粒及异物的影响。

现场安装条件所致设备内部的微粒及异物，在电压作用下获得电荷并发生移动，能在接地外壳和高压导体之间跳动，从而发生局部放电。

（2）接触不良的影响。

一方面，自由微粒附着主触头表面使接触电阻增大，而发热烧损。

另一方面，随着设备长时间运行，在电弧的作用下主触头易发生烧损。

（3）潮湿的影响。

海上平台的突出特点为湿度和盐度较高，当温度下降时水蒸气出现的凝露，结合其他混合物会影响介质表面的导电性，促使介质老化或直接引发故障。

高压开关柜的在线监测与故障诊断技术高压开关柜是电力系统中重要的电气设备之一，用于控制和保护电力系统中的电器设备。

其在线监测与故障诊断技术的研究和应用对于确保电力系统的稳定运行和故障快速处理具有重要意义。

本文将从高压开关柜的在线监测技术和故障诊断技术两个方面展开论述。

高压开关柜的在线监测技术是指通过传感器和数据采集装置将开关柜的运行状态参数进行实时监测，并通过远程通信技术传输到监控中心，进行实时分析和监控。

其主要包括以下几个方面的内容：第一，温度监测。

高压开关柜中的电器设备在运行时会产生一定的热量，如果温度过高可能导致设备失效或发生故障。

因此，通过设置温度传感器对高压开关柜的关键部位进行温度监测，可以及时发现异常情况并进行预警。

第二，电流监测。

高压开关柜中的电流是电力系统正常运行的基本依据，通过安装电流传感器对高压开关柜中电流进行实时监测，可以掌握设备的运行状态，提前预防设备过载或短路等故障的发生。

第三，压力监测。

高压开关柜中的气体压力是其正常运行的重要参数，通过安装压力传感器对高压开关柜中的气体压力进行监测，可以及时发现气体泄漏或压力异常，防止设备损坏或发生爆炸等事故。

第四，湿度监测。

高压开关柜中的湿度会影响设备的绝缘性能和运行稳定性，通过安装湿度传感器对高压开关柜中的湿度进行监测，可以及时发现湿度过高或过低的情况，采取相应的措施保障设备的正常运行。

高压开关柜的故障诊断技术是指通过监测和分析高压开关柜运行时产生的信号，判断设备是否存在故障，并通过相应的算法和方法对故障进行诊断和定位。

其主要包括以下几个方面的内容：第一，振动分析。

高压开关柜在运行时会产生一定的振动信号，通过对振动信号进行分析，可以判断设备是否存在运行不稳定、松动或其他故障。

第二，红外热像技术。

通过红外热像仪对高压开关柜的外观进行拍摄，可以观察设备局部温度分布情况，通过温度异常点的识别和定位，判断设备是否存在故障。

第三，气体分析。

高压开关柜在运行时会产生一定的气体，通过对开关柜内气体的成分和浓度进行分析，可以判断设备是否存在绝缘失效、短路故障等情况。

高压开关柜局部放电在线监测装置的设计摘要：本文从信号耦合器、仪表软件系统、仪表硬件系统等方面着手探讨高压开关柜局部放电在线监测装置的设计，提高系统检测灵敏度和抗干扰能力，确保高压开关柜局部放电定量检测的需求得到满足。

关键词：高压开关柜；局部放电；在线监测装置；设计高压开关柜属于相当重要的输配电设备，其运行的安全性对供电系统的可靠性造成较大的影响。

近年来电网规模不断扩大，开关柜故障问题并不少见，给企业造成较大的损伤。

因此，设计人员要想确保开关柜稳定运行，很有必要探讨有效的设计对策。

1高压开关柜局部放电在线监测装置的设计对于高压开关柜的局部放电设计，在线监测系统主要构成部分为监测仪表和信号耦合器。

其不同于传统的脉冲电流法监测，其最大的区别在于在柜体的内部固定安装了耦合电容C k和检测阻抗Z d等信号耦合器，柜体同行运行且存在局部放电的问题，耦合器掌握了实时传递放信号方面的特点[1]。

系统设计耦合器输出端时常用的传输模式为同轴线缆传输，处理了3路模拟信号和检测仪表之后，给出了局放报警、基本参量的显示等信息，便于现场运维人员对设备绝缘的状态进行及时了解。

1.1信号耦合器高压开关柜局部放电传感装置设计的主要构成部分有几个：一是过压保护模块。

系统运行的过程中容易受到天气影响，增加了雷击设备的发生率[2]。

不同于传统的压敏电阻、亚敏电阻保护、气体放电管保护等，二者串联后的结电容更小，可以有效降低传感装置灵敏度的影响。

虽然串联间隙的击穿电压有着不同操作波形下的离散形，可能出现降低保护的可靠性或无效保护的问题，但是这个过程中同样可以确保气体放电管可以发挥开关开合的作用。

若没有暂态过压作用，就会导致亚敏电阻和整个系统完全被隔离，不仅没有泄露电流，而且还能对亚敏电阻性能恶化起到有效的减缓作用。

二是阻抗模板检测。

一般来说，局放测量的检测阻抗类型一共有两类，即RC型和RLC型。

统计某个单位时间内的局放脉冲数的过程中，需要进行统计且要求分析脉冲波形时，常用不会引发振荡的RC型检测阻抗；受到反干扰要求，且测量仪表的放大电路前端有调谐滤波器和带通滤波器时，可以选择RLC型检测阻抗。

YHDZ系列电网运行设备绝缘在线监测装置说明书一、产品概述YHDZ电网运行设备绝缘在线监测是一种能够在线监测高低压设备的绝缘状态，该装置的使用为诊断比如电缆、真空开关、绝缘子、避雷器等早期缺陷和事故隐患、控制突发性绝缘事故、监测电气设备绝缘性能的好坏提供了有效的信息。

该装置安装方便、操作简单、实时性强、监测信息更加真实准确，广泛应用于0.4kV-35kV电力系统中。

产品具有如下特点：（1）设备绝缘实时真实：高低压设备在线监测技术不受设备运行情况和时间的限制，可以随时对设备绝缘状态进行实时监测，其检测结果更符合实际情况，更加真实和全面，一旦设备出现缺陷，能及时发现并跟踪进行人为处理；而定期预防性试验只能检测某一时间设备的绝缘状态，不具备实时性，无法确定设备何时出现绝缘缺陷，无法检测缺陷的发展状态。

（2）采用先进的无线通讯模块进行通讯，避免了繁杂的现场布线。

同时又具有良好的抗干扰性、稳定性和可靠性；系统可以根据现场布局进行灵活配置，动态增减监测装置类型和数目，可监测通讯异常、监测装置异常、数值超限报警等，可以及时发现和排除系统故障，系统自动记录设备采集的有效数据并通讯上传，可以方便调用历史时期的数据以便查看和了解系统运行的历史状态。

（3）采用高性能的单片机控制管理，液晶显示屏显示被测设备当前运行状态。

当诊断出运行设备故障时，可驱动指示灯、蜂鸣器同时报警、告警继电器动作，以便于设备维护人员及时了解电缆线路、真空开关、绝缘子、避雷器等绝缘状态。

二、使用说明1、人机界面介绍人机界面由液晶显示屏、指示灯、按键三部分组成。

液晶显示屏显示装置运行或用户操作时的相关信息。

液晶屏主界面显示被检测设备当前状态、当前时间、产品名称。

当PT二次侧三相电压未接入检测装置时，主界面显示“当前状态：停运”；三相电压正常接入检测装置且泄露电流不超过报警阈值时及当装置未检测到被监测对象出现故障时，主界面显示“当前状态：正常”；三相电压正常接入检测装置且泄漏电流超过报警阈值或三相电压出现异常（如单项接地或某项失电）、或监测到真空开关异常时，主界面显示：“当前状态：故障”。

高压电气设备绝缘在线监测技术【摘要】如何有效地保障电力系统的安全、可靠运行一直是电力部门的一个重要课题，而高压设备的安全运行是整个系统安全运行的基础。

本文作者系统地介绍了高压电气设备绝缘在线监测技术。

简要地分析了传统设备绝缘预测方法的缺点，阐述了对发电机、变压器、电容型设备、避雷器、GIS等高压电气设备的绝缘监测以及在线监测功能要点。

【关键词】高压电气设备；绝缘；电力系统；在线监测中图分类号：F407.6文献标识码：A 文章编号：0前言随着国民经济的发展，社会对电力供应的可靠性要求越来越高，电力系统也逐渐发展壮大，传统的定期停电进行预防性试验的做法已不能满足电网高可靠性的要求。

电力设备在线监测应运而生。

实现高压电气设备绝缘在线、动态、实时的监测，达到由现象判断本质、由局部推测整体以及由当前预测未来的目的，从本质上弥补仅靠定期停电预防性试验的不足，将成为现代电力系统设备绝缘监测的重要手段。

1传统预测方法缺点长期的运行经验表明，定期停电进行预防性试验具有一定的局限性，且这种局限性随着电力系统安全运行水平的提高越发显现，主要表现在以下几方面：1）未能完全模拟实际运行条件。

实际运行中，电网存在高次谐波，同时环境温度、湿度以及设备在运行状态下的电场、磁场，都对试验有一定影响，故而停电后进行的预防性试验所诊断的结果未必符合实际运行状态，且设备试验期间需要从电力系统中退出，影响了供电的连续性。

2）只能反映设备某时期的绝缘水平，未能准确预测设备绝缘性能的劣化速度和失效时间，难以全面、真实地反映设备存在的潜伏性故障。

绝缘的劣化、缺陷发展速度各异，且其潜伏和发展时间不定，而传统的预防性试验是定期进行的，不能及时准确地发现故障，从而会导致发生漏报、误报或者早报的情况。

3）造成没必要的浪费甚至造成新的设备缺陷。

规程规定，即使状况良好的电气设备仍需进行周期性的停电试验和检修，这就必然会造成不必要的电量损失，降低了供电可靠性，而且还需要配备大量的专业技术人员以及高性能的试验设备。

10kV开关柜柜内状态监测及断路器机械特性在线监测技术研究发布时间：2023-01-06T03:16:29.642Z 来源：《福光技术》2022年24期作者：蔡宏吴淳天姚智明吴泽宇刘宇嘉文锦荣[导读] 10kV开关柜是变电站连接配电网和用户的直接设备，具有结构紧密、集成度高、占地面积小等特点，在各地区变电站得到了广泛的应用。

广东电网有限责任公司汕头供电局广东汕头 515000摘要：10kV开关柜是变电站连接配电网和用户的直接设备，具有结构紧密、集成度高、占地面积小等特点，在各地区变电站得到了广泛的应用。

10kV开关柜的正常运行，是电网企业提升供电可靠性的重要保障，直接关系着客户的用电体验。

目前，变电站运行人员对开关柜的巡视仍然需要定期到高压室现场开展，巡视方式不够简便，对异常状况的感知也不够迅速、实时，这导致运行人员难以及时发现设备异常，给电力系统的稳定运行埋下了安全隐患。

为综合解决上述问题，消除由于无法及时有效的观测到开关柜柜内环境及设备状态而带来的作业风险以及设备风险，本论文将以物联网、智能算法等技术为手段，创新性地提出将开关柜柜内状态监测及断路器机械特性在线监测技术应用于开关柜设备，方便运行人员对于开关柜的日常维护巡视及检修人员的消缺作业，同时提高开关柜安全运行可靠性。

关键词：开关柜状态监测；异物监测；断路器机械特性引言10kV高压开关柜的功能是连接或断开电力线路，是影响电网安全稳定运行关键的一环。

在日常运行维护过程中，除了配备更为专业的检修技术人员，更重要的是做到对设备的实时状态监测[1]。

目前，传统运行传统巡视方式难以及时发现设备异常，给电力系统的稳定运行埋下了安全隐患。

为综合解决上述问题，消除由于无法及时有效的观测到开关柜柜内环境及设备状态而带来的作业风险以及设备风险，本项目将以物联网、智能算法等技术为手段，创新性地提出将开关柜柜内状态监测及断路器机械特性在线监测技术应用于开关柜设备，方便运行人员对于开关柜的日常维护巡视及检修人员的消缺作业，同时提高开关柜安全运行可靠性。

ISO9001质量体系认证企业STL-CMW开关柜运行状态综合监测及预警装置技术说明书Ver1.2保定市斯德尔电气有限公司Baoding style Electric Co.,Ltd地址：河北省保定市乐凯北大街3555号电邮编：071000网址：目录一、概述 (1)二、高压开关柜常见故障分析及检测方法 (1)1、高压开关柜的常见故障及特点 (1)2、高压开关柜的故障检测方法 (2)三、高压开关柜状态监测及预警的必要性 (2)四、STL-CMW开关柜运行状态综合监测及预警装置 (2)1、系统介绍 (2)2、系统组成 (3)3、系统总体技术方案 (3)4、系统功能 (6)5、技术特点 (7)6、规格参数 (7)7、技术安全性 (9)8、安装说明 (9)三、声明 (11)一、概述高压开关设备在电网运行、控制中起着至关重要的作用，其本身健康状况直接影响电网运行可靠性。

随着电网容量和规模的不断扩大，高压开关柜数量也越来越多，保障开关柜内设备电气和机械性能处于正常状态十分重要。

获取高压开关柜全方位运行状态，是实现设备安全运行、状态控制及智慧检修的前提。

采用先进技术手段监测断路器电气和机械特性参数、高压开关柜绝缘状况、电气接点温度以及环境温湿度等信息，可实现开关柜运行状态综合评判和故障预警。

我公司结合多年来对高压开关柜保护、检测和调试的实践经验，依托华北电力大学强大的电力系统安全理论优势，开发出了高抗干扰性、检测手段全面、定位准确的STL-CMW（Comprehensive Monitoring and Warning）开关柜运行状态综合监测及预警装置。

二、高压开关柜常见故障分析及检测方法1、高压开关柜的常见故障及特点高压开关柜承担着开断和关合电力线路正常和故障电流作用，由于长期过负荷、操作过电压或运行环境恶劣容易产生缺陷，现场又缺乏防患措施而导致其故障率一直居高不下，特别是在高温、高负荷期间，由于操作机构机械故障、绝缘性能老化、误操作、柜内触头(接点)过热等原因引起的伤人、烧柜、甚至爆炸的事故时有发生。

高压开关柜综合在线监测与故障诊断系统作者：尤力湘来源：《城市建设理论研究》2013年第34期摘要：高压开关柜是电力系统中非常重要的电气设备。

现代电力系统对电能质量的要求越来越高，相应地对高压开关柜的可靠性也提出了更高的要求。

同时，随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展，使得对开关柜的运行状态进行在线监测，及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为可能。

它对于保证开关柜的正常运行，减少维修次数，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有重要意义。

关键词：高压开关柜；在线监测；故障诊断中图分类号： TM564 文献标识码： A高压开关柜分为户内式和户外式两种，10 kV及以下多采用户内式，根据一次线路方案的不同，可分为进出线开关柜、联络开关柜、母线分段柜等。

10 kV进出线开关柜内多安装少油断路器或真空断路器，断路器所配的操动机构多数是弹簧操动机构或电磁操动机构，也有配手动操动机构或永磁操动机构的。

不同的开关柜在结构上有很大的差别，这将影响到传感器的安装和选择。

一、高压开关柜的故障表现及其原因调查统计表明，高压开关柜的故障主要有以下几类：（1）拒动、误动故障：这种故障是高压开关柜最主要的故障，其原因可分为两类：一类是因操动机构及传动系统的机械故障造成；另一类是因电气控制和辅助回路造成。

（2）开断与关合故障：这类故障是由断路器本体造成的，对少油断路器而言，主要表现为喷油短路、灭弧室烧损、开断能力不足、关合时爆炸等。

对于真空断路器而言，表现为灭弧室及波纹管漏气、真空度降低、切电容器组重燃、陶瓷管破裂等。

（3）绝缘故障：表现为外绝缘对地闪络击穿,内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，ＣＴ闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等.（4）载流故障：7.2～12 ｋＶ电压等级发生载流故障主要原因是开关柜隔离插头接触不良导致触头烧融。