高压隔离开关在线监测振动信号特征提取研究孙金宝

高压隔离开关在线监测振动信号特征提取研究孙金宝

孙金宝刘丽轻

（国网山西省电力公司晋城供电公司山西晋城048000）

摘要：我国自1986年开展高压开关设备在线监测的研究开发工作以来，逐步取得了较快发展和广泛的应用。总体来看，与发电机、变压器和各种绝缘设备的在线监测相比较，高压开关设备的在线监测技术的开展较晚，技术和实际应用问题更多。本文主要分析了高压隔离开关在线监测的应用现状及系统设计要点。

关键字：高压；隔离开关；在线监测；研究

在线监测技术是集合传感、微电子、光电、计算机、通信、网络和信息等高新技术与传统高压开关设备技术结合的综合性、跨多学科的一项新技术，实现高压隔离开关在线监测能够提高高压开关设备的运行可靠性，为状态检修提供支持，为高压开关设备的资产管理提供支撑。自在线监测技术应用以来，虽取得了较大进步，但其应用具有较大的盲目性，且实际效果并不理想。笔者从在线监测的意义入手，结合在线监测的应用现状，对在线监测系统设计提出了几点思考。抛砖引玉，以期为促进高压隔离开关在线监测技术发展尽上绵薄之力。

1在线监测的意义

（1）提高高压开关设备的运行可靠性。定期检修并不一定能在检修后的较长运行期内，高压开关设备不出故障和事故，这已被众多示例证明。当前的定期检修，由于受技术条件的限制，常未能及时发现某些预伏故障。在线监测技术能实时监测高压开关设备的状态，对可能发生的故障进行预警，可提前采取措施防止故障的发生，提高高压开关设备运行的可靠性。

（2）为状态检修提供支持。状态检修是电力系统一项旨在补充或替代已实行多年的定时检修，具有重大经济意义的措施。在线监测为高压开关设备的状态检修提供了一项重要的技术依据。

（3）为高压开关设备的资产管理提供支撑。设备的资产全寿命周期管理，需要基础数据支撑，而在线监测技术是一种重要的自动化程度较高的基础数据获取手段。如设备的台账信息可以由供货商以电子铭牌的方式提前输入到在线监测设备中，高压开关设备运行时的缺陷和故障记录可由在线监测设备实时记录、存储和统计等。

2在线监测的应用现状

在线监测开展应用近10年，多为设备投运后的再实施，耗资巨大，在线监测作为设备状态监控的先进技术手段，本应取到较好效果，但事与愿违。

主要表现为：（1）产品技术性能差，特别是性能稳定性不高，对检测传感器和通信没有进行严格产品性能检测，造成产品性能特别不稳定、可靠性极低，进而让运行人员对其丧失信心；（2）多数在线监测是科技投入形成的资产，投入后并没有资产转移手续，往往形成因运行单位与资产管理单位不统一，资产运行维护缺失，造成装置可靠性和稳定性进一步下降；（3）多数在线监测设备投运后再实施，造成费用成本剧增；（4）技术规范特别是系统通信规约的不统一，造成信息孤岛，无法形成规模效应。

究其原因，主要有两个方面：一是技术上未能解决高压开关设备对在线监测设备的影响。主要表现在在线监测设备的安装为了不影响高压开关设备的安全，而牺牲了其本身的检测精度；没有弄清楚高压开关设备产生的电磁干扰等环境对在线监测设备的影响，而造成了在线监测设备的性能下降或功能丧失。二是管理上未能处理好在线监测设备厂家与高压开关设备厂家之间的关系。主要表现为将具有“紧密联系”的在线监测设备和高压开关设备分开招标，造成了从设计到运维等各个环节职责划分不清，影响在线监测设备的缺陷和故障的及时处理。

造成上述两个原因的更深层次的原因是在线监测专业和高压开关设备专业分离的现状。而这种现状是由前面所讨论的在线监测技术是一种高新技术与传统高压开关设备技术结合的综合性、跨多学科的一项新技术的特点所决定的。上述原因也决定了在线监测的研究和应用不是一件一蹴而就的事情，也是在线监测技术这10年来一直进展缓慢的根本原因。

3在线监测系统设计

高压隔离开关巡检是电力设备运行和维护工作中一个重要环节，是保证电力设备安全运行的有效手段之一，通常定期检修成本高，而且很难发现一些隔离开关运行中才会出现的问题。在线监测技术作为状态检修的重要技术支撑，在电力设备运行状态下为状态检修提供了丰富的监测数据，对电力设备的健康状态评价起到了明显的作用。随着在线监测、带电检测工作的全面开展，统一的监测平台正在逐步壮大完善，海量数据的纵横比及差异化分析技术逐渐显示出强大的优越性和实用性。

3.1在线监测系统总体架构

在线监测系统主要有三部分组成：前端传感器；信号接收、处理、显示装置；一体化监控后台。传感器有加速度传感器、Pt电阻温度传感器及视频传感探头；信号处理装置将传感器信号经调理放大，A/D转换、分析计算，然后由一体化监控平台进行存储展示。

3.2在线监测系统详细设计

（1）振动监测系统

通过振动加速度传感器获取刀闸振动波形数据，传送至变电站主控室内的振动分析专家系统，专家系统首先记录每次刀闸动作的波形，然后与记录的历史数据进行比较，配合海量的刀闸特征积累数据以及采用先进的最大熵谱法的分析方法，可捕获采用其他方法如电气监测法所不能监测的故障，并预测可能出现的故障隐患。减少因高压隔离开关闭合不到位、过位、触点松动、发热以及温度不断上升而产生的安全事故，提高遥控操作的安全可靠性。

（2）无线测温系统

无线测温系统分为硬件系统和软件系统：硬件系统包括温度传感器、数据采集和数据发射模块、信号中继点，数据管理平台；软件系统包括温度数据采集程序、无线通讯程序，数据管理平台温度管理程序。温度传感器分别布置于隔离开关触头处，采集的数据经无线发射装置被中心节点中继后，通过网络传输到数据管理平台。

（3）摄像头监测系统

摄像头监测系统利用图像处理模式识别技术来识别被监测的高压隔离开关分合状态，检测诊断高压隔离开关存在的外部机械问题。系统首先对采集的图像进行预处理，通过将该图像与上次采集的图像进行差图像分析、区域标识、纹理描述和评判等处理，结合对应设备的参数库确定其是何种状态。如有畸变发生则存储结果，向上一级传输及发出告警信号。

3.3一体化监控后台设计

一体化监控后台又称变电站状态监测与故障诊断系统，是面向智能变电站中一次设备监测组件全新开发设计的系统监测软件。软件遵循IEC61850、SVG等相关标准，结合国网对高压设备智能化和变电设备在线监测的相关要求，为智能变电站一次设备可视化监测提供帮助；系统采用以太网络结构，配置系统主机，用于当地信息的监测、显示和分析功能，系统信息发布主机可以与系统主机合一配置，也可以单独配置用于将信息发布到上层系统或外部网络中，支持系统对时功能和集中信息打印功能。

该变电站状态监测与故障诊断系统，能够实时多通道采集各种运行数据，实现对变电站内高压隔离开关状态的综合数据分析与诊断。根据监测数据的分析结果，估算出高压隔离开关的运行特性和寿命损失，为设备安全运行提供可靠的依据，为实现真正意义上的状态检修及无人值守，起到积极促进作用。

参考文献

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