7.1.1高压开关柜在线监测与故障诊断系统
高压开关柜的在线监测和故障诊断包括传感技术、微电子技术、计算机技术、网络通信技 术、光纤技术、信号处理（包括消除干扰和故障诊断等）技术、抗干扰技术等。
1．在线监测与故障诊断系统应满足的要求
(1) 功能完备。 (2) 可靠性高 (3) 安装和维护容易 (4) 整体造价适度
方法五：波形形状分析法
美国纽约州立大学通过对油断路器和SF6断路器操作过程中机械振动 信号的分析，提出了波形形状分析法——VCS
VCS=Biblioteka χ χ2[ A(t), 2[ A(t),
S (t )] d (t)]
A(t)
=
1 m
m
∑ei
i=1
(t)
d(t) = A(t) +δ (t)
∑ δ (t) =
1 m
操作而出现操作过电压。
7.2.1 局部放电故障定位
1. 常规内部故障监测与定位 目前常用的检测GIS内部故障的方法：
（1）光学检测法
（4）电磁技术
(2) X射线照像
（5）化学检测法
（3）红外定位技术
（6）声波检测法
2. 新型内部故障定位检测
(1)超高频（UHF）法 (3)GIS故障定位器
(2)外壳振动法 (4) GIS内部放电检测仪
3 断路器动触头的行程和速度的监测
断路器动触头的行程直接反映了动触头以及传动机构在断路器动作过程中的运动情况。
图7.3 旋转光电编码器的结构原理
图7.4 旋转编码器 输出信号及逻辑处理过程
4 合闸弹簧状态的监测与诊断
I
图7.5 储能电机工作期间的电流波形
电机起动电流的峰值Ist，
储能期间电流的峰值Ist和平均
方法二：时域－频域复合分析
(a)振动信号 (b)振动信号的功率谱 (c)振动信号的功率谱-时间-频率三维谱图
图7.6 分闸振动信号的时频幅值谱
方法三：“状态图”法
图7.7 分闸状态图
方法四：动态时间规整法
图7.9 断路器状态异常时的Time-Time和Spectral-Time曲线 图7.8 断路器状态正常时的Time-Time和Spectral-Time曲线
φ v
(ω
)
=
φv
(ω
)
−
2π
l c
f
f
6 隔离触头发热的监测
方法一：使用需要提供电源的传感器直接测量 方法二：使用不需要提供电源的传感器直接测量 方法三：使用不需要安装在隔离触头或母线上的传感器直接测量 方法四：使用不需要安装在隔离触头或母线上的传感器间接测量
7.1.3 高压开关柜在线监测与故障诊断实例
当断路器处于准备动作状态时，辅助开
关处于打开状态。此时，如果线圈和回路
完好，电压 传感器测得的电压应为：
U1
=
R0 U R0 + R1
电压传感器测得的电压信号可以诊断出的故障有：线圈断线、操作
回路断线、操作电源电压异常等。使用该方法还可以同时监测线圈工作 期间的电压。由于R1和电压传感器与操作回路中的器件均为并联关系， 对断路器的操作无影响。
第7章 电气设备在线监测
7.1 高压开关柜的在线监测 7.2电气设备绝缘在线检测技术
7.1 高压开关柜的在线监测
状态维修是当前耗费最低、技术最先进的维修方式，它为设备安全、稳 定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。
实现状态维修可以： ①节省维修费用 ②延长设备的使用寿命 ③保证供电的可靠性 ④降低维修风险。
图7.1 分合闸线圈电流波形
影响线圈电流波形的因素，如线圈匝间短路、线圈电压、 铁心空行程、摩擦阻力、弹簧阻力、铁心松动或卡涩以及 操动机构动作情况等。
2 分合闸回路完好性的监测与诊断
R1
并联电阻
操U作电源
辅助开关 线R0 圈
电U压1 传感器
图7.2 分合闸线圈工作电压 与分合闸回路完好性的监测原理
3.1 KYN18A-12型高压开关柜
图7.11 KYN18A-12型高压开关柜的结构示意图
3.2 GKZJ-1型高压开关柜智能监控系统
图7.12 在线监控系统硬件原理图
图7.13 高压开关柜在线监测示意图
7.2电气设备绝缘在线检测技术
电气设备在运行中外界的影响因素：电力线路谐振，线路会出现暂时过电压，工频 电压会暂时升高；电力线路或电气设备遭受雷电袭击时，会出现雷电过电压；电力系统的
值，电机起动时间t1 - t0，最
大力矩时间t3 - t0，储能时间t4
- t0，电流切断时间t5 - t4。表
7.1列出了储能机构几种常见的
故障与上述参数变化的对应关
系
。
储能机构故障类型
合闸弹簧强度下降 传动部件卡涩 电机故障 微动开关故障
Ist
不变 不变 变化 不变
变小 变大 变化 不变
Im
变小 变大 变化 不变
t1-t0
不变 不变 变化 不变
t3-t0
变小 变大 变化 不变
t4-t0
变小 变大 变化 不变
t5-t4
不变 不变 不变 变大
表7.1 电机电流波形参数与储能机构故障类型的关系
5 机械振动的监测与诊断
对于断路器操作过程中的振动信号，主要的分析方法如下：
方法一：提取振动事件出现时间及幅值 方法二：时域－频域复合分析 方法三：“状态图”法 方法四：动态时间规整法 方法五：波形形状分析法 方法六：指数衰减振荡子波分解法 方法七：相频特性分析法
2． 高压开关柜在线监测项目
(1) 针对断路器机械与控制电路故障的监测项目 (2) 针对绝缘故障的监测项目
(3) 针对开断与关合故障的监测项目 (4) 针对载流故障的监测项目
7.1.2 在线监测原理
1.分合闸电磁铁线圈电流的监测与诊断
分合闸线圈中通过的是一短时的直流电流，图7.1为典型的电流波形 。
m i =1
(ei (t) −
A(t)) 2
χ 2 (x(k ), y(k)) = [x(k ) − y(k)]2 k = 1, 2, 3......N x(k) + y(k)
方法六：指数衰减振荡子波分解法
图7.10 指数衰减振荡函数描述振动信号的分析结果
方法七：相频特性分析法
沈力等提出利用相频特性来描述振动信号的传播过程，并根据不同材料和几 何形状的传播介质中振动传播速度与频率的关系推导出信号相位在传播过程 中的特性为：
a)杂质为铝末、钢丝
b)杂质为铜导线
图7.18 自由导电粒子的放电振动频谱
图7.19 固定毛刺的放电振动频谱
内部放电引起的金属外壳振动是随内部放电强度的 强弱而变化的；局部放电量越强，振动强度越大。
7.21 局部放电相位图
图7.20 定位器电路原理图
7.2.2 局部放电脉冲电流额度的数字测量
l. 局部放电的特征
2. 测量系统方块图
3. 脉冲电流频度数字测量的特点
图7.22 测量系统结构
7.21 局部放电相位图