發(fā)電廠電氣自動(dòng)化中斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)-文檔資料

1、發(fā)電廠電氣自動(dòng)化中斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)新一代發(fā)電廠電氣自動(dòng)化技術(shù)（ECS涵蓋了發(fā)電廠機(jī)組和廠用電保護(hù)與監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)站監(jiān)控以及其他的電氣自動(dòng)裝置的監(jiān)控與信息集成，并可以與DCS© 口實(shí)現(xiàn)一體化控制。目前ECS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控功能主要包括模擬量、開關(guān)量、脈沖量的采集，開關(guān)的遙控，SOE保護(hù)事件，錄波，遠(yuǎn)方通信等，也包括繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的遠(yuǎn)方整定管理、防誤閉鎖及操作票等應(yīng)用功能。這些功能基本覆蓋了運(yùn)行人員對(duì)電氣系統(tǒng)的日常操作和管理，但隨著監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，兩項(xiàng)新功能將融入電氣監(jiān)控系統(tǒng)：一項(xiàng)是電氣運(yùn)行的視頻監(jiān)控，另一項(xiàng)是高壓電氣設(shè)備的工作狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)。本文以高壓斷路器的工作狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)為例，

2、分析了在ECS系統(tǒng)的監(jiān)控功能中實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓設(shè)備，例如斷路器的電壽命、機(jī)械性能等狀態(tài)指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)，從而將對(duì)電氣系統(tǒng)的緊急控制從故障后保護(hù)動(dòng)作，發(fā)展為以發(fā)現(xiàn)潛在故障特征為目標(biāo)的預(yù)防性控制，這對(duì)于提高發(fā)電廠電氣設(shè)備的安全運(yùn)行十分有益。在發(fā)電廠的一次設(shè)備中，就單臺(tái)設(shè)備而言，斷路器是僅次于發(fā)電機(jī)、 變壓器的大型電力設(shè)備，但就需用數(shù)量和所占電站設(shè)備的投資大小而言，它又排在二者之前。它的動(dòng)作可靠性直接關(guān)系著系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，許多重大設(shè)備損壞或系統(tǒng)解列停電事故都是開關(guān)操作失常所致。內(nèi)蒙古興安熱電有限責(zé)任公司的高壓斷路器基本尚處于定期維護(hù)階段，這種傳統(tǒng)的計(jì)劃?rùn)z修往往造成巨大的人力、財(cái)力浪費(fèi)， 并可能對(duì)生產(chǎn)造成沖

3、擊。采用基于設(shè)備工作狀態(tài)的在線采集監(jiān)視的狀態(tài)檢修是今后設(shè)備維護(hù)和檢修的發(fā)展方向。所謂“狀態(tài)檢修”就是要通過種種手段對(duì)正在運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行健康水平的評(píng)估或診斷，進(jìn)而有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施，以最大限度地延長(zhǎng)設(shè)備的檢修周期及使用壽命，增強(qiáng)其運(yùn)行的可靠性。 對(duì)斷路器實(shí)施狀態(tài)檢修能減少停電時(shí)間，消除不必要的人力、財(cái)力浪費(fèi)，避免因拆裝不當(dāng)所造成的設(shè)備事故或人身傷害。因此， 對(duì)斷路器健康狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)與診斷是電力工業(yè)不可回避的重大課題。同時(shí)， 也只有在對(duì)運(yùn)行中的大量斷路器實(shí)施在線監(jiān)測(cè)與診斷，摸索和積累大量第一手資料后，才能制造出智能型帶診斷功能的免維修斷路器。而推行狀態(tài)檢修的關(guān)鍵在于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備健康狀

4、況的診斷。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)控裝置或保護(hù)測(cè)控一體化裝置中增加高壓斷路器實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能是必要的、可行的。 其工作原理主要是根據(jù)斷路器開斷電流與開斷次數(shù)、輔助電路線圈電流和其機(jī)械特性等狀態(tài)信息進(jìn)行綜合判斷，以診斷其電壽命狀態(tài)和常規(guī)機(jī)械故障。能適用于裝有少油或多油、SF6及真空三大類不同電壓等級(jí)的斷路器，能同時(shí)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)所有斷路器的觸頭電壽命及主要機(jī)械故障和輔助電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷，實(shí)時(shí)給出明確的狀態(tài)信息。該功能可提高斷路器運(yùn)行的可靠性，進(jìn)而提高電廠運(yùn)行的安全性，克服定期維修的盲目性，減少檢修次數(shù)，降低檢修費(fèi)用，最大限度地延長(zhǎng)檢修周期，提高設(shè)備的投運(yùn)率，為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供科學(xué)依據(jù)和決策建議。

5、一、電氣監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)電廠的電氣部分可分為電氣網(wǎng)控部分和機(jī)組電氣部分（包括廠用電和發(fā)變機(jī)組保護(hù)監(jiān)控）。 其中機(jī)組電氣部分直接關(guān)系到發(fā)電廠的生產(chǎn)與運(yùn)行；網(wǎng)控部分是發(fā)電廠與輸電網(wǎng)發(fā)生聯(lián)系的部分。發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)直接完善了 DCS/FC繇統(tǒng)的監(jiān)控范圍和自動(dòng)化程度，該技術(shù)的應(yīng)用將大大提高發(fā)電廠運(yùn)行的自動(dòng)化水平。電氣監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能包括以下幾項(xiàng)。1.實(shí)現(xiàn)電廠電氣自動(dòng)化（ECS并完全納入DC繇統(tǒng)（ 1）實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠廠用電自動(dòng)化，使用保護(hù)測(cè)控一體化智能裝置實(shí)現(xiàn)廠用6kV、380V及公共部分的繼電保護(hù)、監(jiān)控、信息管理和設(shè)備維護(hù)，并經(jīng)ECS系統(tǒng)鬲入DCS（2）實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)站自動(dòng)化（NCS ,實(shí)現(xiàn)對(duì)升

6、壓站的監(jiān) 控和遠(yuǎn)動(dòng)功能，并實(shí)現(xiàn) NCSt DCS勺接口（例如AG葡分）o（ 3）實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)變組保護(hù)、發(fā)變組錄波、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、同期、電度表等的監(jiān)控和管理，并經(jīng) ECS系統(tǒng)納入DCS（4）實(shí)現(xiàn)對(duì)廠用電快切、UPS直流系統(tǒng)等的監(jiān)控和管理，并經(jīng)ECS系統(tǒng)納入DCS（5）實(shí)現(xiàn)在DCS的操作員站上對(duì)電廠所有電氣部分進(jìn)行控制和設(shè)備管理，DCS系統(tǒng)也可以授權(quán)在ECSB作員站上實(shí)現(xiàn)電氣操作。（ 6）實(shí)現(xiàn)電廠電氣系統(tǒng)的防誤閉鎖及操作。（ 7）實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)。2. 斷路器的在線監(jiān)測(cè)目前斷路器在線監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括以下四個(gè)方面。（ 1）觸頭電壽命。（ 2）操作回路的完整性。（ 3）絕緣特性。（ 4）機(jī)械

7、特性。3. 目前技術(shù)所能滿足的在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)評(píng)估要實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器及氣體絕緣組合電器（GIS） 的電氣和機(jī)械性能的在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)評(píng)估，目前的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾項(xiàng)。4. 1）斷路器觸頭磨損的評(píng)估，即觸頭的電壽命。下文將詳細(xì)討論觸頭電壽命的計(jì)算。5. 2）斷路器機(jī)械故障的評(píng)估。機(jī)械特性的停電、不揭蓋的測(cè)量已較為成熟，但在線監(jiān)測(cè)難度較大。采用在線監(jiān)測(cè)方法應(yīng)考慮其得失利弊及經(jīng)濟(jì)性。電氣回路的完整性可以在保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)。6. 3）真空泡的真空度的測(cè)量。目前僅僅停留在對(duì)原理的探討上，如果一定要實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，尚無經(jīng)濟(jì)而安全的方法。（4）目前，在線監(jiān)測(cè)GIS機(jī)械振動(dòng)或局部放電已有望實(shí)現(xiàn)。二、斷路器觸頭電壽命的分析

8、方法發(fā)電廠內(nèi)斷路器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)通常包括真空、SF6少油或多油斷路器三大類不同電壓等級(jí)的斷路器。對(duì)斷路器電壽命的診斷傳統(tǒng)方法是累計(jì)開斷電流和開斷次數(shù)。但當(dāng)被測(cè)電流相差很大時(shí)， 因燒損機(jī)理不同，同樣的累計(jì)電流量所造成的滅弧室燒損量卻相差很大。僅考慮累計(jì)開斷電流和累計(jì)開斷次數(shù)是不夠的，合理的辦法是把開斷電流的大小、每次累計(jì)觸頭燒損量作為電壽命判別的依據(jù)。1. 斷路器電壽命的檢修判據(jù)通過對(duì)少油、SF6和真空斷路器電磨損的分析可知，斷路器每次開斷電流時(shí)都會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧是使斷路器電氣壽命減少、電氣性能劣化的直接原因，其中斷路器觸頭的燒損是斷路器電壽命減少的決定性因素，觸頭的電磨損又取決于開斷電弧的能量，即

9、開斷電流和燃弧時(shí)間。大量試驗(yàn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，雖然燃弧時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)于單次開斷而言是隨機(jī)的，在一定范圍內(nèi)變化，但當(dāng)開斷次數(shù)達(dá)到一定值后，其平均燃弧時(shí)間則是趨近的。也就是說，從斷路器電磨損累計(jì)效應(yīng)和統(tǒng)計(jì)平均的角度看，隨機(jī)因素對(duì)燃弧時(shí)間分散性的影響是可以忽略不計(jì)的，只用開斷電流作斷路器的電磨損標(biāo)示是可行的。筆者認(rèn)為，利用觸頭磨損公式直接計(jì)算每次開斷的磨損量，并累計(jì)， 把觸頭累積磨損量作為判斷斷路器電壽命的標(biāo)示量，是目前較為科學(xué)的方法。從各種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及推導(dǎo)的電磨損公式和曲線中，斷路器觸頭的電磨損量m是一個(gè)絕對(duì)量，與燃弧電流有關(guān)。但由于斷路器生產(chǎn)廠家并不提供其斷路器的總允許磨損量和觸頭磨損公式，所以無法以

10、它來判斷斷路器的開斷后觸頭的實(shí)際磨損量與當(dāng)時(shí)的電 壽命狀態(tài)。實(shí)際中，斷路器生產(chǎn)廠家提供的是斷路器的開斷次數(shù)與相應(yīng)開斷電流的關(guān)系曲線，即NHIb曲線。此曲線由廠家通過等效開斷試驗(yàn)獲得，它是以斷路器的開斷能力來衡量斷路器觸頭磨損及其電壽命狀態(tài)的。因此，采用相對(duì)電磨損和相對(duì)電壽命的概念，以便利用NHIb曲線來標(biāo)示斷路器觸頭的磨損情況與電壽命狀態(tài)。設(shè)額定開斷電流下單次開斷的電磨損為M其對(duì)應(yīng)的允許開斷次數(shù)為N,從統(tǒng)計(jì)平均和累計(jì)效應(yīng)的角度看，可認(rèn)為斷路器的 允許總磨損量為NX M同樣，設(shè)任意開斷電流下單次開斷的電 磨損為m根據(jù)斷路器廠家提供的 N-Ib曲線，可知任意大小開 斷電流所對(duì)應(yīng)的允許開斷次數(shù) Nb

11、,則斷路器的允許磨損總量也 可表示為Nbx m引入相對(duì)電磨損的概念，可得到斷路器在任意開斷電流下開斷的單次電磨損量相對(duì)于觸頭允許磨損總量的相對(duì)磨損量為：也就是說，只要測(cè)得了斷路器的實(shí)際開斷電流，通過N-Ib曲線就可得到相應(yīng)的允許開斷次數(shù)，進(jìn)而也就得出了以相對(duì)值表示的本此開斷引起的觸頭磨損量。2. 斷路器的機(jī)械壽命的監(jiān)測(cè)斷路器機(jī)械壽命的在線監(jiān)測(cè)由分布式的保護(hù)測(cè)控裝置監(jiān)測(cè)斷路器的分合閘線圈的電流波形進(jìn)行分析判別。分合閘線圈是控制斷路器動(dòng)作的關(guān)鍵元件，應(yīng)用電流傳感器可以方便地測(cè)出其電流波形，如圖1 所示。此電流波形蘊(yùn)含著多種信息，圖1 中 T0 為分合命令到達(dá)時(shí)刻， T1 為鐵芯開始運(yùn)行時(shí)刻，T2

12、代表鐵芯觸動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的負(fù)載而顯著減速或停止運(yùn)行的時(shí)刻，T3 可視作開關(guān)輔助a 接點(diǎn)斷開線圈電路時(shí)刻，T1-T0 與控制電源及線圈電阻有關(guān)，T2-T1 的變化表征電磁鐵鐵芯運(yùn)行機(jī)構(gòu)有無卡澀及脫扣釋能機(jī)械負(fù)載變動(dòng)情況， T3-T2 或 T3-T0 可以反映操作傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的情況。電流波形上 I1 、 I2、 I0 還可以反映電源電壓、線圈電阻及電磁鐵鐵芯運(yùn)行的速度信息。分析以上參數(shù)的變化可診斷斷路器部分機(jī)械故障趨勢(shì)，尤其是拒分、拒合等故障。采用上述算法可以在測(cè)控裝置或保護(hù)測(cè)控一體化裝置中實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的在線監(jiān)控功能，從而在ECS系統(tǒng)中增加電廠電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控。三、結(jié)論在發(fā)電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中增加關(guān)于高壓電氣設(shè)備的工作狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)功能是電氣監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，無論是發(fā)電廠的電氣監(jiān)控還是輸電網(wǎng)的電氣監(jiān)控都努力增加對(duì)事故的預(yù)防性監(jiān)控措施， 其中關(guān)于高壓電力設(shè)備的工作狀態(tài)的