一、引言 隨著電力體制改革的深入，在電力市場，電力系統需要進一步提高電力設備的可靠性。保證運行可靠性和維修經濟性成為輸電、發電企業適應市場競爭的迫切需要，用狀態檢修模式取代現有的計劃檢修模式，是電力工業發展的趨勢。根據國家電力公司公布實施《火力發電廠實施設備狀態檢修的指導意見》的要求，電力公司應根據自身設備的實際及人員、資金情況，選擇一些查合實施狀態檢修的設備，先在一定范圍內開展工作。550KV、220KV、110KV高壓開關、廠地高壓開關都已經被列人實施狀態檢測的范疇。 實現電氣設備狀態檢修的基礎是對設備的在線狀態監測。在線監測能準確、實時地反映電氣設備的狀況和預測使用壽命，為檢修決策提供依據。電氣設備狀態監測不僅是設備狀態檢修模式的基礎，也符合無人值守變電站—目前我國電力部門正在實施的電氣運行管理模式的發展需要。這就要求電力企業逐步形成一套融故障檢修、定期檢修、狀態檢修和主動檢修為一體的、優化的綜合檢修方式，以提高設備的可靠性并降低電力成本。 二、斷路器在線狀態監測的意義 高壓斷路器在線狀態監測系統用于變電站、開閉所、電廠高壓斷路器的機械性能、電氣絕緣性能、觸頭電壽命及操作回路工作狀態的監測，通過綜合分析在線監測的數據和相關歷史數據，診斷出高壓斷路器當前的工作狀態，為電氣設備狀態檢修提供決策依據。電力系統中，高壓斷路器數量最多、檢修量大、費用高。有關統計表明，變電站維護費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。另外據統計，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，既費時間，費用也很高，而且解體和重新裝配會引起很多新的缺陷。在目前相對保守的計劃檢修中，檢修缺乏一定的針對性。 斷路器在線狀態監測系統能及時了解斷路器的工作狀態、缺陷的部位，減少過早或不必要的停電試驗和檢修，減少維護工作量，降低維修費用，提高檢修的針對性，可顯著提高電力系統可靠性和經濟性。在線監測主要包括機械性在線監測、觸頭電壽命監測等，監測內容有泄漏電流監測、氣體密度監測、開斷次數監測、開斷電流監測、振動波形監測、分合閘線圈電流波形監測、斷路器紅夕卜成像監測和操作機構油壓監測等。 三、高壓斷路器的使用情況分析 1．國內電力系統斷路器使用狀況 據各電力集團公司、省（區、市）電力公司（局）的統計，截至1999年底，全國電力系統中運行的6～220KV配電開關共273153臺，比1998年增加23261臺，年平均增長率為9.3%，預計2003年達到39萬臺。 各電壓等級高壓開關的使用比例，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、電壓等級分別如圖1和圖2所示。 [align=center]圖2 斷路器按電壓等級分布統計 （以550kv裝用量為100％）[/align] 2．國外開關設備在線監測狀況 據資料介紹，美國于1995年頒布了“電氣設備絕緣診斷方法導則”，現已轉向以在線監測為主，并已制定出有關標準。日本上世紀80年代開始進入以狀態監測為基礎的預知維修時代，其該項技術的研究與應用進展很快，并已積累了大量數據與經驗，逐步形成了一些標準和較成熟的方法。1998年的GIS智能維護中就有監測內部電暈、分解氣體、導音、耐電壓特性、溫升等項目。 德國頻譜化學和頻譜應用研究所、科技研究與發展所的中央實驗室開發的離子遷移率頻譜儀（由分析傳感器系統公司制造），作為SF6斷路器氣體現場監測的工具，已在巴西的電力部門成功應用。在美國有50%以上的電力公司已經應用狀態檢修技術對發電設備實施狀態檢修，美國。CONSOLIDATED ELECTRONICS，INC. （CEI）公司研制生產的SM6系列斷路器監測器 （美國專利號5，385，451），能夠在線測量SF6氣體溫度和壓力，并連續地、實時地計算SF6氣體密度。同時，還可監視斷路器內加熱器、操作電流、氣體／液體壓力以及跳閘／合閘線圈的工作狀況，預測SF6氣體泄漏趨勢及其它潛在故障，避免了事故的發生，從而提高了電力系統運行可靠性。該監測數據既可通過現場PC機，也可通過RS232/485接口遠程通信獲得，并且存儲數據長達10年之久，目前該產品已進人中國市場。 ABB公司在高壓氣體絕緣組合開關（GIS）的生產過程中，已經考慮到其斷路器部分性能的狀態監測。如斷路器的儲能狀態、二次回路完好性、分合閘位置狀態的監測等。ABB公司還推出的高壓開關柜智能化集中控制／保護單元，將控制、信號、保護、測量和監視等功能組合起來，使高壓開關柜具有連續自監視以及與電站控制系統直接連接等功能。監測的項目：輔助回路監視、對電動機操動開關裝置的電源監視、跳閘線圈完好性監視、斷路器儲能彈簧狀態監視、機械操作次數監視、氣體壓力監視、開關累計運行時間（按小時）、觸點切換時間（從合到開的位置）等。 3．正在形成的斷路器在線監測大市場 國內外的研究表明，高壓斷路器實施狀態監測經濟效益顯著，1995年美國電科院與CORN EDISON電廠合作對10臺機組安裝了其狀態監測設備，經計算，開始兩年的經濟效益超過1600萬美元。在國內隨著電力體制改革的推進，電力市場的發展需要新的檢修模式—狀態檢修。目前有相當多的電廠、供電局已經推行狀態檢修。如北侖電廠、外高橋電廠、鄒縣發電廠、大連電業局、廣州供電局和寶雞供電局的狀態檢修工作，均取得了較好的效果。 未來的幾年，電力系統將需要大量的在線狀態監測設備，按每年2%的斷路器安裝在線監測設備計算，約5463臺（273153×2%）到780）臺（390000 ×2 %）斷路器將安裝就地監測單元（2%的解釋：假設40%的單位認同在線狀態監測技術，其中50%的單位準備為其10%的斷路器安裝在線狀態監測系統）。 四、斷路器在線狀態監測系統的發展方向 目前，狀態監測產品是監測變電站電氣設備的絕緣狀態的多，監測其它性能的少。從在線監測系統的應用情況來看，應考慮以下幾個方面的問題： （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有賴于實際經驗或標準，從在線監測裝置提供的有關動作參數、性能參數，或者比較歷史記錄，分析運行特性的變化趨勢，可以進行斷路器狀態判斷。 （2） 斷路器有三相聯動操作、三相分相操作和單相斷路器三種。采集量的種類一樣，但采集量的個數差別很大。采樣不可能兼顧三種情況，建議采樣板的設計以三相聯動操作斷路器為主，兼顧單相運行斷路器。三相分相操作斷路器監測應加緊研究。 （3） 監測單元戶外的安裝，要解決抗干擾、防潮、長期運行穩定性問題。傳感器的測量誤差和響應時間與測量量的影響。如：霍爾電流傳感器的反應時間可達10μS，但電磁隔離傳感器的響應時間有350RNS，因此要考慮如何修正的問題。 雖然斷路器在線監測系統的發展經歷了幾年的時間，但從實際應用情況看，今后的發展還應考慮以下幾個方面： （1） 集成性。集高壓斷路器多項監測功能于一體，有利于多信息的融合，支持網絡化集中管理。 （2） 通用性。由于斷路器絕緣介質的不同（如油、SF6氣體、真空），監測的項目不一樣。在硬件設計時應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。在軟件設計中，采用組態技術實現不同類型斷路器相關參數的設定。 （3） 擴充性。監測系統對監測的斷路器的個數不受限制；考慮斷路器就地采樣單元與變電站在線監測系統的兼容，能為變電站綜合自動化提供信息。 （4） 組合性。斷路器就地采樣單元內部插件模塊化。 （5） 可靠性。監測系統良好的電磁兼容性和自檢功能。