一、引言 隨著電力體制改革的深入，在電力市場(chǎng)，電力系統(tǒng)需要進(jìn)一步提高電力設(shè)備的可靠性。保證運(yùn)行可靠性和維修經(jīng)濟(jì)性成為輸電、發(fā)電企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的迫切需要，用狀態(tài)檢修模式取代現(xiàn)有的計(jì)劃?rùn)z修模式，是電力工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。根據(jù)國(guó)家電力公司公布實(shí)施《火力發(fā)電廠實(shí)施設(shè)備狀態(tài)檢修的指導(dǎo)意見》的要求，電力公司應(yīng)根據(jù)自身設(shè)備的實(shí)際及人員、資金情況，選擇一些查合實(shí)施狀態(tài)檢修的設(shè)備，先在一定范圍內(nèi)開展工作。550KV、220KV、110KV高壓開關(guān)、廠地高壓開關(guān)都已經(jīng)被列人實(shí)施狀態(tài)檢測(cè)的范疇。 實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)是對(duì)設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地反映電氣設(shè)備的狀況和預(yù)測(cè)使用壽命，為檢修決策提供依據(jù)。電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)不僅是設(shè)備狀態(tài)檢修模式的基礎(chǔ)，也符合無(wú)人值守變電站—目前我國(guó)電力部門正在實(shí)施的電氣運(yùn)行管理模式的發(fā)展需要。這就要求電力企業(yè)逐步形成一套融故障檢修、定期檢修、狀態(tài)檢修和主動(dòng)檢修為一體的、優(yōu)化的綜合檢修方式，以提高設(shè)備的可靠性并降低電力成本。 二、斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的意義 高壓斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于變電站、開閉所、電廠高壓斷路器的機(jī)械性能、電氣絕緣性能、觸頭電壽命及操作回路工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，通過綜合分析在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，診斷出高壓斷路器當(dāng)前的工作狀態(tài)，為電氣設(shè)備狀態(tài)檢修提供決策依據(jù)。電力系統(tǒng)中，高壓斷路器數(shù)量最多、檢修量大、費(fèi)用高。有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，變電站維護(hù)費(fèi)用的一半以上是用在高壓斷路器上，而其中60%又是用于斷路器的小修和例行檢修上。另外據(jù)統(tǒng)計(jì)，10%的斷路器故障是由于不正確的檢修所致，斷路器的大修完全解體，既費(fèi)時(shí)間，費(fèi)用也很高，而且解體和重新裝配會(huì)引起很多新的缺陷。在目前相對(duì)保守的計(jì)劃?rùn)z修中，檢修缺乏一定的針對(duì)性。 斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能及時(shí)了解斷路器的工作狀態(tài)、缺陷的部位，減少過早或不必要的停電試驗(yàn)和檢修，減少維護(hù)工作量，降低維修費(fèi)用，提高檢修的針對(duì)性，可顯著提高電力系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在線監(jiān)測(cè)主要包括機(jī)械性在線監(jiān)測(cè)、觸頭電壽命監(jiān)測(cè)等，監(jiān)測(cè)內(nèi)容有泄漏電流監(jiān)測(cè)、氣體密度監(jiān)測(cè)、開斷次數(shù)監(jiān)測(cè)、開斷電流監(jiān)測(cè)、振動(dòng)波形監(jiān)測(cè)、分合閘線圈電流波形監(jiān)測(cè)、斷路器紅夕卜成像監(jiān)測(cè)和操作機(jī)構(gòu)油壓監(jiān)測(cè)等。 三、高壓斷路器的使用情況分析 1．國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)斷路器使用狀況 據(jù)各電力集團(tuán)公司、?。▍^(qū)、市）電力公司（局）的統(tǒng)計(jì)，截至1999年底，全國(guó)電力系統(tǒng)中運(yùn)行的6～220KV配電開關(guān)共273153臺(tái)，比1998年增加23261臺(tái)，年平均增長(zhǎng)率為9.3%，預(yù)計(jì)2003年達(dá)到39萬(wàn)臺(tái)。 各電壓等級(jí)高壓開關(guān)的使用比例，以550KV裝用量為100%，則550KV : 363KV : 252KV : 126KV : 72.5KV : 40.5KV : 12KV的比例為100%:51%:1653%:4491%:816%:6391 %:27711 %。部分省市電力公司斷路器裝用類型、電壓等級(jí)分別如圖1和圖2所示。 [align=center]圖2 斷路器按電壓等級(jí)分布統(tǒng)計(jì) （以550kv裝用量為100％）[/align] 2．國(guó)外開關(guān)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)狀況 據(jù)資料介紹，美國(guó)于1995年頒布了“電氣設(shè)備絕緣診斷方法導(dǎo)則”，現(xiàn)已轉(zhuǎn)向以在線監(jiān)測(cè)為主，并已制定出有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。日本上世紀(jì)80年代開始進(jìn)入以狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的預(yù)知維修時(shí)代，其該項(xiàng)技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展很快，并已積累了大量數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，逐步形成了一些標(biāo)準(zhǔn)和較成熟的方法。1998年的GIS智能維護(hù)中就有監(jiān)測(cè)內(nèi)部電暈、分解氣體、導(dǎo)音、耐電壓特性、溫升等項(xiàng)目。 德國(guó)頻譜化學(xué)和頻譜應(yīng)用研究所、科技研究與發(fā)展所的中央實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的離子遷移率頻譜儀（由分析傳感器系統(tǒng)公司制造），作為SF6斷路器氣體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的工具，已在巴西的電力部門成功應(yīng)用。在美國(guó)有50%以上的電力公司已經(jīng)應(yīng)用狀態(tài)檢修技術(shù)對(duì)發(fā)電設(shè)備實(shí)施狀態(tài)檢修，美國(guó)。CONSOLIDATED ELECTRONICS，INC. （CEI）公司研制生產(chǎn)的SM6系列斷路器監(jiān)測(cè)器 （美國(guó)專利號(hào)5，385，451），能夠在線測(cè)量SF6氣體溫度和壓力，并連續(xù)地、實(shí)時(shí)地計(jì)算SF6氣體密度。同時(shí)，還可監(jiān)視斷路器內(nèi)加熱器、操作電流、氣體／液體壓力以及跳閘／合閘線圈的工作狀況，預(yù)測(cè)SF6氣體泄漏趨勢(shì)及其它潛在故障，避免了事故的發(fā)生，從而提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)既可通過現(xiàn)場(chǎng)PC機(jī)，也可通過RS232/485接口遠(yuǎn)程通信獲得，并且存儲(chǔ)數(shù)據(jù)長(zhǎng)達(dá)10年之久，目前該產(chǎn)品已進(jìn)人中國(guó)市場(chǎng)。 ABB公司在高壓氣體絕緣組合開關(guān)（GIS）的生產(chǎn)過程中，已經(jīng)考慮到其斷路器部分性能的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。如斷路器的儲(chǔ)能狀態(tài)、二次回路完好性、分合閘位置狀態(tài)的監(jiān)測(cè)等。ABB公司還推出的高壓開關(guān)柜智能化集中控制／保護(hù)單元，將控制、信號(hào)、保護(hù)、測(cè)量和監(jiān)視等功能組合起來(lái)，使高壓開關(guān)柜具有連續(xù)自監(jiān)視以及與電站控制系統(tǒng)直接連接等功能。監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目：輔助回路監(jiān)視、對(duì)電動(dòng)機(jī)操動(dòng)開關(guān)裝置的電源監(jiān)視、跳閘線圈完好性監(jiān)視、斷路器儲(chǔ)能彈簧狀態(tài)監(jiān)視、機(jī)械操作次數(shù)監(jiān)視、氣體壓力監(jiān)視、開關(guān)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間（按小時(shí)）、觸點(diǎn)切換時(shí)間（從合到開的位置）等。 3．正在形成的斷路器在線監(jiān)測(cè)大市場(chǎng) 國(guó)內(nèi)外的研究表明，高壓斷路器實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)經(jīng)濟(jì)效益顯著，1995年美國(guó)電科院與CORN EDISON電廠合作對(duì)10臺(tái)機(jī)組安裝了其狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備，經(jīng)計(jì)算，開始兩年的經(jīng)濟(jì)效益超過1600萬(wàn)美元。在國(guó)內(nèi)隨著電力體制改革的推進(jìn)，電力市場(chǎng)的發(fā)展需要新的檢修模式—狀態(tài)檢修。目前有相當(dāng)多的電廠、供電局已經(jīng)推行狀態(tài)檢修。如北侖電廠、外高橋電廠、鄒縣發(fā)電廠、大連電業(yè)局、廣州供電局和寶雞供電局的狀態(tài)檢修工作，均取得了較好的效果。 未來(lái)的幾年，電力系統(tǒng)將需要大量的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備，按每年2%的斷路器安裝在線監(jiān)測(cè)設(shè)備計(jì)算，約5463臺(tái)（273153×2%）到780）臺(tái)（390000 ×2 %）斷路器將安裝就地監(jiān)測(cè)單元（2%的解釋：假設(shè)40%的單位認(rèn)同在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，其中50%的單位準(zhǔn)備為其10%的斷路器安裝在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）。 四、斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向 目前，狀態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品是監(jiān)測(cè)變電站電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)的多，監(jiān)測(cè)其它性能的少。從在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用情況來(lái)看，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的問題： （1） 故障診斷闌值的確定。故障閡值的確定是正確診斷的前提，早期故障診斷的依據(jù)有賴于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或標(biāo)準(zhǔn)，從在線監(jiān)測(cè)裝置提供的有關(guān)動(dòng)作參數(shù)、性能參數(shù)，或者比較歷史記錄，分析運(yùn)行特性的變化趨勢(shì)，可以進(jìn)行斷路器狀態(tài)判斷。 （2） 斷路器有三相聯(lián)動(dòng)操作、三相分相操作和單相斷路器三種。采集量的種類一樣，但采集量的個(gè)數(shù)差別很大。采樣不可能兼顧三種情況，建議采樣板的設(shè)計(jì)以三相聯(lián)動(dòng)操作斷路器為主，兼顧單相運(yùn)行斷路器。三相分相操作斷路器監(jiān)測(cè)應(yīng)加緊研究。 （3） 監(jiān)測(cè)單元戶外的安裝，要解決抗干擾、防潮、長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性問題。傳感器的測(cè)量誤差和響應(yīng)時(shí)間與測(cè)量量的影響。如：霍爾電流傳感器的反應(yīng)時(shí)間可達(dá)10μS，但電磁隔離傳感器的響應(yīng)時(shí)間有350RNS，因此要考慮如何修正的問題。 雖然斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了幾年的時(shí)間，但從實(shí)際應(yīng)用情況看，今后的發(fā)展還應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： （1） 集成性。集高壓斷路器多項(xiàng)監(jiān)測(cè)功能于一體，有利于多信息的融合，支持網(wǎng)絡(luò)化集中管理。 （2） 通用性。由于斷路器絕緣介質(zhì)的不同（如油、SF6氣體、真空），監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目不一樣。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮足夠多的采樣通道，保證采樣板的通用性，可以滿足不同類型的斷路器要求。在軟件設(shè)計(jì)中，采用組態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同類型斷路器相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。 （3） 擴(kuò)充性。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)的斷路器的個(gè)數(shù)不受限制；考慮斷路器就地采樣單元與變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的兼容，能為變電站綜合自動(dòng)化提供信息。 （4） 組合性。斷路器就地采樣單元內(nèi)部插件模塊化。 （5） 可靠性。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)良好的電磁兼容性和自檢功能。