1、高压开关的综合分析与诊断 开关设备上不同部位、不同类型的故障，引起设备功能的不同变化，导致开关设备整体及个部位状态和运行参数的不同变化。故障诊断的任务，就是当设备上某一部位出现某种故障时，要从这些状态及其参数的变化推断出导致这些变化的故障及其所在部位。由于状态参数的数量浩大，必须找出其中的特征信息，提取特征量，才便于对故障进行诊断。由某一故障引起的设备状态的变化称为故障的征兆。故障诊断的过程就是从已知征兆判定设备上存在的故障的类型及其所在部位的过程。因此故障诊断的方法实质上是一种状态识别方法。对高压开关的状态识别依据是使用前几节所述的方法对其进行试验所得到的试验数据。在得到试验数据后，首先要进
2、行试验结果正确性判断，排除试验方法原则上的错误和环境、人为因素等的影响；然后把试验结果与规程、标准相比较，与历史资料相比较，与其它同类产品相比较，综合利用多个试验方法的试验数据进行联合分析；最后根据分析对高压开关的状态进行判断。一、试验结果正确性判断1、检查试验方法、接线是否正确在得到试验数据后，首先要检查试验方法是否合理，有无原则性错误，其次是检查接线是否正确。如进行泄漏电流试验时，需要注意以下几点：（1）由于接往被测设备的高压导线是暴露在空气中的，当其表面场强高于约 20kV/cm 时（决定于导线直径、形状等） ，沿导线表面的空气发生电离，对地有一定的泄漏电流，这一部分电流会结果回来而流过
3、微安表，因而影响测量结果的准确度。一般都把微安表固定在升压变压器的上端，这时就必须用屏蔽线作为引线，也要用金属外壳把微安表屏蔽起来。（2）泄漏电流可分为体积泄漏电流和表面泄漏电流两种。在泄漏电流测量中（如图 613 所示） ，所要测量的只是体积电流。但是在实际测量中，表面泄露电流往往大于体积泄漏电流，因而必须消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。消除的办法实施被试设备表面干燥、清洁、且高压端导线与接地端要保持足够的距离；另一种是采用屏蔽环将表面泄漏电流直接短接，使之不流过微安表。 (a)uItbIbttu()12A图 613 通过被试设备的体积泄漏电流和表面泄漏电流及消除示意图（a）未屏蔽 （
4、b）屏蔽（3）在进行泄漏电流测量时，供给整流设备的交流高压应该是正弦波形。如果供给整流设备的交流低压不是正弦波，则对测量结果是有影响的。影响电压波形的主要是三次谐波。必须指出，在泄漏电流测量中，调压器对波形的影响也是很多的。实践证明，自耦变压器畸变小，损耗也小，故应尽量选用自耦变压器调压。另外，在选择电源时，最好用线电压而不用相电压，因相电压的波形易畸变。如果电压是直接在高压直流侧测量的，则上述影响可以消除。2、检查试验仪器、仪表是否合格试验中使用的仪器、仪表是试验数据的直接来源，因此必须严格按照试验要求选择量程、内阻等合格的，经过有关部门校核过的仪器、仪表。如对于真空断路器、压缩空气断路器和
5、 SF6 断路器，主要测量支持瓷套、拉杆等一次回路对地绝缘电阻，一般使用 2500V 的兆欧表，其值应大于 5000 M。辅助回路和控制回路的绝缘电阻测量时，使用 500V（或 1000V）兆欧表进行测试，其值应大于 2M。对于 500kV 断路器，应用 1000V 兆欧表测量，其值应大于2M。3、外部环境条件分析温湿度、气压等环境条件和设备外部的积污、受潮都会对试验数据造成影响。一般来说温湿度、气压和试验数据之间都有关系曲线，在不同的环境条件下试验数据会有不同的限值。而设备外部的积污、受潮可用人工的方法擦除干净。如柳州变电站 500kVSF6 断路器，复测微水含量值均达到 460106 左右
6、。由于当时现场技术人员不懂用“环境温度与水分含量的关系曲线”进行修正，误判 460106 含水量超标(大于 150106 )，决定放气再充气，造成了一定的经济损失。4、换算到标准状况最后，要把试验结果换算到标准状况下的数据。排除了这些外部环境干扰因素的影响后，就可以对试验结果进行分析判断了。二、试验结果分析一般地说，如果电气设备各项预防性试验结果（也包括破坏性试验）能全部符合规定，则认为该设备绝缘状况良好，能投入运行。但是对非破坏性试验而言，有些项目往往不作具体规定，有的虽有规定，然而，试验结果却又在合格范围内出现“异常” ，即测量结果合格，增长率很快。对这些情况如何作出正确判断，则是每个试验
7、人员非常关心的问题。根据现场试验经验，现将电气设备绝缘预防性试验结果的综合分析判断概括为比较法。1、试验结果与规程、标准相比较试验结果首先要与电力设备预防性试验规程规定的“允许值”相互比较。规程、导则和规定是实践经验的总结和理论科学的结晶，但也要看到，仅靠现行的规程、导则和规定，还是不完全的，因为现行的规程、导则和规定，并没有包括随着科学发展而采用新技术、新材料、新工艺生产的新设备，所以还必须对照新设备的新标准。2、试验结果与历史数据相比较与设备历年（次）试验结果相互比较，将它作为对照规程的有效补充。因为一般的电气设备都应定期地进行预防性试验，如果设备绝缘在运行过程中没有什么变化，则历次的试验
8、结果都应当比较接近。在两个试验间隔之间的试验测量值不应该有显著的增加或降低，如果有明显的差异，则说明绝缘可能有缺陷。对照历史资料，包括对照历史测试数据及静态状态量，即进行纵向比较，以便考察设备状态的变化趋势和变化速率。如 SF6 断路器的微水检测。SF 6 断路器内表面，在安装或运行中都会吸附水分子，而吸附或释放水分子，又都和温度有关，从表 65 列出的测量结果不难看出，SF 6 断路器其气体中微量水的测量结果均与环境湿度有关，即微量水测量值随环境温度升高而增大，随环境温度降低而减小。表 65 330kV、FX22DL 型断路器微量水分测量数据环境温度（） 4 25 32水的体积分数（10 6
9、 ）218 910 12313、试验结果与同型号、同类设备相比较与同一设备相间的试验结果相互比较。因为同一设备，各相的绝缘情况应当基本一样，如果三相试验结果相互比较差异明显，则说明有异常的绝缘可能有缺陷。如在分析泄漏电流测量结果时，还常采用不对称系数（即三相之中的最大值和最小值的比）进行分析、判断。对照同类设备的测试数据和资料，以考虑同类设备因结构、制造工艺方面的差异而带来的影响，即进行横向比较。对同一类型的设备而言，其绝缘结构相同，在相同的运行和气候条件下，考虑上述影响因素后其测试结果应大致相同。若悬殊很大，则说明绝缘可能有缺陷。4、多种试验数据的联合分析每一项预防性试验项目对反映不同绝缘介
10、质的各种缺陷的特点及灵敏度各不相同，因此对各项预防性试验结果不能孤立地、单独地对绝缘介质做出试验结论，而必须将各项试验结果全面地联系起来，进行系统地、全面地分析、比较，并结合各种试验方法的有效性及设备的历史情况，才能对被试设备的绝缘状态和缺陷性质做出科学的结论。例如，当利用兆欧表和电桥分别对变压器绝缘进行测量时，如果 值不高，其绝缘电阻、吸收比较低，则往往表示绝缘tg中有集中性缺陷；如果 值也高，则往往说明绝缘整体受潮。一般来说故障和征兆之间不存在简单的一一对应的关系：一种故障可能对应多种征兆，而一种征兆也可能对应着多种故障。还有许多其他故障也多对应这一征兆。这就为故障诊断增加了难度。因此通常
11、故障诊断有一个反复实验的过程：先按已知信息提取征兆，进行诊断，得出初步结论，提出处理对策，对设备进行调整和实验，甚至停机维修，再启机进行验证，检查设备是否已恢复正常。如尚未恢复，则需补充新的信息，进行新一轮的诊断和提出处理对策，直至状态恢复正常。三、设备状态判断高压开关在运行时，可能会发生的故障是机械部分和灭弧的绝缘介质绝缘能力下降。国际大电网会议对高压断路器可靠性所作的 2 次世界范围的调查，以及国家电力科学研究院对高压开关事故的统计分析均表明，80%的高压断路器故障是由于机械特性不良所造成的，且大多数故障是操动机构的问题，如拒分、拒合或不能开断。高压断路器机械故障所造成的事故无论是次数、还
12、是事故本身所造成的停电时间都占事故总量的 60%以上。高压断路器大多配有液压、弹簧、气动等操动机构，这类机构的分合闸电磁铁在长期运行中常发生弯曲变形、锈涩或脏污粘滞等故障，使其动作不畅而导致断路器拒动或误动。对高压开关进行诊断首先是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。例如：可以利用振动、声、光、热、电、磁、射线、化学等多种手段，观测其变化规律和特征，用以直接检测和诊断故障。这种方法形象、快速，十分有效，但只能检测部分故障。其次，利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用、最成熟的方法。以旋转机械为例，振动及其频谱特性的征兆是最能反映故障特点、最有利
13、于进行故障诊断的手段。为此，要深入研究各种信号，提取信号中的各种故障所对应的征兆。在诊断过程中，首先分析设备运转中所获取的各种信号，提取信号中的各种特征信息，从中获取与故障相关的征兆，利用征兆进行故障诊断。由于故障与各种征兆间并不存在简单的一对应关系，因此利用征兆进行故障诊断往往是一个反复探索和求解的过程。在上述传统的诊断方法的基础上，将人工智能的理论和方法用于故障诊断，发展智能化的诊断方法，是故障诊断的一条新的途径，目前已广泛应用，成为设备故障诊断的主要方向。人工智能的目的是使计算机去做原来只有任才能做的智能任务，包括推理、理解、规划、决策、抽象、学习等功能。专家系统使实现人工智能的重要形式
14、，目前已广泛用于诊断的专家系统获得很好的效果。专家系统由知识库、推理机以及工作存储空间（包括数据库）组成。实际的专家系统还应由只是获取模块、知识库管理维护模块、解释模块、显示模块以及人机界面等。专家系统的核心问题使知识库的获取和知识的表示。知识获取是专家系统的“瓶颈” ，合理的知识表示方法能合理地组织知识，提高专家系统的能力。为了使诊断专家系统拥有丰富的知识，必须运行大量的工作。要对设备的各种故障进行机理分析，其中有的可建立数学模型，进行理论分析；要进行现场测试和默许试验；特别要总结该领域专家的诊断经验，整理成计算机所能接受的形式；还要研究计算机的知识自动获取的理论和方法。这些都是使专家系统有
15、效工作所必需的。四、诊断实例某电厂 220 kV II 段母线发生故障后，对 220 kVII 段母线有关气室进行SO2、H 2S 含量的测试，发现 21B 断路器室中气体分解产物严重超标， H2S 含量为 121. 8 L/ L，SO 2 含量超过 200L/ L，认为该气室内存在严重的放电性故障。21 B 断路器气室三相连通，在打开上部盖板后，发现 B 相气室动触头侧下部的均压环对底板均压环和端部封板有严重放电痕迹，不仅表面熔化，且有两处出现铝板烧穿的孔洞，在放电位置的底部封板周围有大量的灰白色粉末和融化的铝质颗粒。运行人员时有发现某水电厂断路器 C 相内存在间歇性异常响声，对其进行SF6
16、 气体分解物含量测试，发现 C 相的 SO2 含量和 H2S 含量均大于 200L/ L (用电化学传感器进行测试，检测器量程为 200L/ L)，后取气回实验室用检测管测得其 SO2 含量为 550L/ L，H 2S 含量为 0，HF 含量为 15L/ L。经返厂解体检查发现，断路器动触头与绝缘拉杆连接的销钉与销孔的配合间隙大，出现悬浮电位放电，使得杆销处放电烧损，当放电严重时，就出现较大的异常响声。某 220kV 变电站刀闸发热，一般情况下，刀闸触头发热的处理是对两边的触头分别进行打磨、涂抹导电膏以增强其导流能力。但该刀闸在按上述方法处理后，未能达到预期效果。后通过对拍摄的红外热像图进行分
17、析，发现该相刀闸发热并非由于触头接触不良引起，主触头的温度分布均匀，而最高温度点是在导电罩以内，故障是由于滑动触头接触压力不足引起的。维修人员对其进行检修时，拆开滑动触头后发现其上的弹簧松动，造成发热。经处理后，至今运行情况正常。某变电站 6kV 开关使用红外测温仪进行红外测温时发现 B 相触头壳体部位温度为 45.86，根据开关结构判断该开关内部接触不良，再次进行红外测温时，该部位温度上升为 70.89，初步判定开关动静触头接触不良。停运维修，测量开关触头接触电阻为 8 . 09m，而正常时应小于 90。解体后，发现静触头座接触面被烧蚀，其他部位未发现过热痕迹。经过处理后，接触电阻降为 53。投入运行，B 相触头壳体部位温度正常。
