【正文】 意義上的適用的故障診斷專家系統(tǒng)，所能做到的只是對具體斷路器的具體信號處理來進行故障診斷，通用性較小。不過，就斷路器故障診斷系統(tǒng)的研究已經(jīng)開始，并取得了一定的成果，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、模糊理論的信號分析和診斷方法的研究已經(jīng)開始用于試驗。目前，國內(nèi)外對 斷路器狀態(tài)監(jiān)測與診斷技 術(shù)的研究包括以下幾個方面：（1）記錄分合閘操作的行程、時間特性曲線，提取機械運動參數(shù)，并借之判斷機械故障；（2）監(jiān)測分、合閘線圈電流、電壓波形，可有效地判斷拒動、誤動等故障；（3）斷路器的機械振動信號包含豐富的信息， 通過監(jiān)測分析振動信號，診斷斷路器機械系統(tǒng)的狀態(tài)；（4）測量斷路器絕緣拉桿、提升桿的泄漏電流以監(jiān)測其絕緣狀態(tài)；（5）測量靜態(tài)電阻和動態(tài)電阻以檢測觸頭的燒損情況；（6）通過測量滅弧室和控制箱內(nèi)的溫升情況以判斷觸頭的燒損情況以及分合閘線圈回路的完整性情況；（7）監(jiān)測氣體的壓力、濕度、溫度，判斷氣體的絕緣狀態(tài)。目前，我國變電站電氣設(shè)備的檢修工作主要是按照《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》的要求定期進行預(yù)防性試驗，根據(jù)實驗的結(jié)果來判斷設(shè)備的運行狀態(tài)，從而確定是否可以繼續(xù)運行。 長期以來，堅持預(yù)防性試驗對我國電力系統(tǒng)的安全運行起到了很大的作用。但隨著電力系統(tǒng)的大容量化、高電壓化和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和用電部門重要性的提高，對電力系統(tǒng)安全可靠性指標(biāo)的要求也越來越高。這種傳統(tǒng)的試驗與診斷方法已越來越不適應(yīng)需要，主要表現(xiàn)在：（1）試驗時需停電，造成少送電，并給經(jīng)濟生活帶來一定的影響。在某些情況下，由于系統(tǒng)運行的要求，設(shè)備無法停電，往往造成漏試或超周期試驗，這就難以及時診斷出缺陷或故障。（2）試驗周期長。預(yù)防性試驗的周期一般為一年，一些發(fā)展較快的故障很容易在兩次規(guī)定試驗之間的時間內(nèi)發(fā)展成事故。（3）試驗時間集中、工作量大。預(yù)防性試驗往往集中在春季，由于要在較短的時間內(nèi)完成大量設(shè)備的試驗任務(wù)，一則勞動強度大，二則難以對每臺設(shè)備都進行十分仔細(xì)的檢測和診斷。（4）試驗電壓低，診斷的有效性值得研究。傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗，試驗電壓一般在10KV以下。 隨著電力系統(tǒng)電壓的提高， 試驗電壓與設(shè)備運行電壓之間的差距越來越大。 由于試驗電壓低， 而且在離線狀態(tài)下進行的，無法真實反映運行電壓下的絕緣性能和整個設(shè)備工況，所以最終檢查結(jié)果的可信度大大降低，這就是預(yù)防性試驗合格，但有時也有故障發(fā)生的原因。在目前比較保守的計劃檢修中，時常發(fā)生許多部件運行很多年后更新時，性能仍良好的現(xiàn)象。而由于沒有及時發(fā)現(xiàn)，某一部件出現(xiàn)缺陷而導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故的情況也時有發(fā)生。因此如果能夠了解設(shè)備的狀態(tài)，減少過早或不必要的停電試驗和檢修，做到該修則修，就可以顯著提高電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性?；谝陨显颍瑔慰總鹘y(tǒng)的預(yù)防性試驗和定期檢修已不能滿足電力系統(tǒng)飛速發(fā)展的要求。為了確保電力系統(tǒng)的安全運行，最大限度地降低事故率，迫 切改變現(xiàn)行的預(yù)防性維修制度，實行在線狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷。電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修是根據(jù)先進的狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，判斷設(shè)備的異常，預(yù)知 設(shè)備的故障，在故障發(fā)生之前進行檢修的一種檢修方式。即根據(jù)設(shè)備的健康狀態(tài)來安排檢修計劃，實施設(shè)備檢修。近年來，人們己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，依靠設(shè)備的在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修，可以達到電力系統(tǒng)的下述要求：（1）產(chǎn)品的質(zhì)量問題使運行可靠性受到影響，采用在線監(jiān)測可以在運行中及時發(fā)現(xiàn)發(fā)展中的事故隱患，防患于未然。（2）逐步采用在線監(jiān)測代替停電試驗，減少設(shè)備停電時間，節(jié)約試驗費用。（3）對老化設(shè)備或已知有缺陷、有隱患的設(shè)備，用在線監(jiān)測隨時監(jiān)視其運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時退出，最大限度地利用其剩余壽命。對斷路器實行的定期檢修制度盲目性大， 并且容易引入新的故障隱患，降低設(shè)備的可靠性。因此必須對高壓斷路器狀態(tài)實行在線監(jiān)測，實時監(jiān)測斷路器的運行狀態(tài)，并為設(shè)備的狀態(tài)檢修提供依據(jù)。縱觀國內(nèi)外電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的研究和應(yīng)用狀況來看，目前針對斷路器的在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)存在幾個問題：（1）在線監(jiān)測系統(tǒng)不完善， 多數(shù)都是針對單一或幾個參數(shù)的在線監(jiān)測，這不利于故障的診斷；（2）在線監(jiān)測參數(shù)提取用的傳感器不夠精確，診斷精度不高；（3）數(shù)據(jù)的保存、處理等不系統(tǒng)，缺乏科學(xué)的管理，無法根據(jù)利用斷路器運行的歷史對故障作出合理的判斷，也無法實現(xiàn)在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)的區(qū)域性電網(wǎng)運行系統(tǒng)甚至全世界電網(wǎng)系統(tǒng)的共享，浪費資源；（4）與其他相關(guān)技術(shù)和管理措施及其信息系統(tǒng)的相互配合性較差，不易實現(xiàn)從定期檢修向狀態(tài)檢修的完全過渡。 當(dāng)前，狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在電力系統(tǒng)中已得到廣泛重視。 隨著社會的發(fā)展，用戶對電力質(zhì)量的要求越來越高，電力企業(yè)的競爭將越來越激烈，這必將促進狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用。未來電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在以下幾方面：（1）由于電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù)量很大，常規(guī)的數(shù)據(jù)處理方法會遇到極大的困難， 開發(fā)新的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和故障診斷軟件很有必要，智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)將得到進一步研究，尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、專家系統(tǒng)、模糊集理論、人工智能等會得到更廣泛的應(yīng)用。（2）對如何根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的判斷，以及對新的更有效的檢測項目和檢測方法等方面的基礎(chǔ)研究將得到進一步加強，專家經(jīng)驗的積累和應(yīng)用也將得到更多的重視和加強。（3）多功能、多狀態(tài)的在線監(jiān)測系統(tǒng)將得到進一步發(fā)展。（4）設(shè)備狀態(tài)的遠程診斷和網(wǎng)絡(luò)化跟蹤。發(fā)展遠程監(jiān)測與診斷技術(shù)可充分實現(xiàn)診斷知識與數(shù)據(jù)共享,彌補現(xiàn)場工作人員經(jīng)驗的不足，提高故障診斷的準(zhǔn)確性。同時，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與繼電保護將有機地結(jié)合起來，尤其在分布式的監(jiān)控系統(tǒng)中。最近十年來的研究表明，發(fā)展新型的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，必須使用先進的信號處理技術(shù)和人工智能技術(shù)。隨著傳感技術(shù)、微電子、計算機軟硬件和數(shù)字信號處理技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊集理論、證據(jù)理論等綜合智能故障診斷技術(shù)不斷出現(xiàn)，在這類診斷系統(tǒng)中，一般都配有自動診斷分析的軟件，能實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信號的采集、特征提取以及狀態(tài)識別的自動化，能夠輸出多種多樣的分析結(jié)果。當(dāng)發(fā)現(xiàn)斷路器故障后能發(fā)出報警，并通過計算機自動進行故障的診斷和預(yù)報，同時還能夠通過數(shù)據(jù)庫將大量的運行資料存儲起來，為斷路器的運行維護和管理提供準(zhǔn)確依據(jù)。 斷路器在線監(jiān)測方法一般來說，高壓斷路器的狀態(tài)監(jiān)測分為以下四個基本步驟：（1）信號采集。高壓斷路器是機電一體化的開關(guān)設(shè)備，在運行過程中必然會有光、電、聲、熱、力等各種物理量的變化。選擇能表征高壓斷路器工作狀態(tài)的多種信號是十分必要的， 這些信號一般由不同的傳感器獲取。隨著傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，可以獲得越來越豐富的斷路器運行狀態(tài)信息。（2）信號處理及特征參量提取。特征參量提取是實現(xiàn)斷路器狀態(tài)檢修的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將采集到的信號進行分類處理、加工，提取能表征斷路器工作狀態(tài)的特征參量。特征參量是否滿足狀態(tài)檢測的需要依賴于數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展。（3）狀態(tài)識別和故障趨勢分析。將經(jīng)過信號處理后獲得的特征參量與規(guī)定的允許參數(shù)或判別標(biāo)準(zhǔn)進行比較，從而確定斷路器的工作狀態(tài)、是否存在故障以及故障的類型和性質(zhì)等，同時根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)預(yù)測狀態(tài)可能發(fā)展的趨勢，進行故障趨勢分析，為此應(yīng)制定合理的判別準(zhǔn)則和策略。隨著專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯和證據(jù)理論等先進理論的發(fā)展，對高壓斷路器運行狀態(tài)進行準(zhǔn)確地識別逐漸成為可能，這個領(lǐng)域是目前高壓斷路器狀態(tài)檢修研究的熱點和難點，也是今后發(fā)展的必然趨勢。（4）維修決策。根據(jù)對高壓斷路器狀態(tài)識別和故障分析的結(jié)果，決定應(yīng)該采用的對策和措施，從而幫助運行人員制定合理的維修計劃。（1）六氟化硫斷路器的基礎(chǔ)知識：六氟化硫氣體具有優(yōu)良的滅弧性能，因此，六氟化硫斷路器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中。全面、系統(tǒng)的認(rèn)識、了解六氟化硫高壓斷路器的類型、結(jié)構(gòu)、性能和特點；（2）通過對國內(nèi)外斷路器歷年事故的統(tǒng)計和分析，確定斷路器的狀態(tài)監(jiān)測內(nèi)容；（3）研究高壓斷路器運行監(jiān)測機理，分析斷路器在分、合閘操作的行程、時間特性曲線，操作線圈電流、電壓波形，斷路器的機械振動信號，斷路器提升桿的泄漏電流以及滅弧室和控制箱內(nèi)溫升等，分析監(jiān)測信號與故障之間的對應(yīng)關(guān)系，提出用于故障診斷的特征信號；（4）分析各種故障診斷方法的優(yōu)缺點，介紹人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與DS證據(jù)理論信息融合技術(shù)的故障診斷方法； （5）設(shè)計相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的原理框圖。2 高壓斷路器的基礎(chǔ)知識高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一， 它使用數(shù)量多、范圍廣，應(yīng)用在電力系統(tǒng)的各種電壓等級中。主要作用是在正常情況下，控制各種電氣設(shè)備和電力線路的開斷及投入；在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，與繼電保護及自動裝置配合，快速地切斷電力系統(tǒng)中的故障電流，防止故障電流波及到整個電力系統(tǒng)中造成巨大的損失，以保持電力系統(tǒng)的正常運行。因此，斷路器各機構(gòu)的工作可靠性，直接影響著整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。2. 1. 1斷路器分類 自從1893年在美國誕生了世界第一臺斷路器以來，斷路器的理論和制造技術(shù)己取得了長足的進步和發(fā)展。通常，按照斷路器所采用滅弧介質(zhì)和滅弧方法的不同，可將斷路器劃分為如下幾類：（1）油斷路器：以絕緣油為滅弧介質(zhì)。進一步可細(xì)分為多油斷路器和少油斷路器?，F(xiàn)在各種斷路器中，油斷路器是最早出現(xiàn)的、歷史最悠久的斷路器。在我國，油斷路器是電力系統(tǒng)中使用最多的高壓斷路器。油斷路器是在絕緣油中切斷電弧的，對大地的絕緣是靠支持絕緣件和絕緣油來保持的。（2）真空斷路器：在高度真空中進行滅弧的斷路器，由美國Jennings公司于1955年推出。使用安全， 維護簡單， 噪聲小， 壽命長， 占地面積小，但散熱效果較差，提高額定電流也有困難。（3）斷路器：以六氟化硫等惰性氣體作為滅弧介質(zhì)，由美國西屋公司于1956年推出。 利用高壓力的惰性氣體吹拂、 冷卻電弧使之熄弧，用較低壓力的氣體作絕緣，而較高壓力的氣體作吹弧用。具有開斷性能好，電壽命長，使用安全，檢修周期長等優(yōu)點。此斷路器在五十年代開始使用，七十年代后大量使用而且發(fā)展為全封閉式組合電器，成為超高壓等級電力斷路器的最主要的品種。斷路器分為瓷柱式和罐式兩種。（4）壓縮空氣斷路器：以壓縮空氣為滅弧介質(zhì)，由德國AEG公司在1930年首先推出。壓縮空氣斷路器切斷電路是利用貯存罐內(nèi)貯存的壓縮空氣作用于斷開觸頭時產(chǎn)生的電弧而把電路斷開的。斷開電路后觸頭間絕緣是靠主觸頭間的斷口以及串聯(lián)的其它斷口來保持。對大地的絕緣靠支持絕緣件、壓縮空氣來保持。（5）磁吹斷路器：磁吹斷路器在切斷電路時利用分?jǐn)嚯娏魉a(chǎn)生的磁場對觸頭分離時產(chǎn)生的電弧的作用，把電弧推入柵式滅弧裝置內(nèi)使其熄滅，對大地的絕緣是靠支持絕緣件來保持?，F(xiàn)在，運行中的斷路器大多采用少油或無油等方法來滅弧，多油斷路器由于存在事故隱患而逐漸被淘汰。目前，在我國的高壓電網(wǎng)中，少油斷路器和六氟化硫斷路器所占的比重較大；而在超高壓和特高壓電網(wǎng)幾乎都是六氟化硫斷路器。2. 1. 2斷路器主要用途高壓斷路器是高壓電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護設(shè)備。高壓斷路器應(yīng)該做到能夠開斷、關(guān)合及承載運行線路的正常電流， 也能在規(guī)定時間內(nèi)承載、關(guān)合及開斷規(guī)定的異常電流，如過載電流和短路電流。概括的講，高壓斷路器在電網(wǎng)中起兩方面的作用：一方面，控制作用。根據(jù)電網(wǎng)運行需要，用高壓斷路器把一部分電力設(shè)備或線路投入或退出運行，這種作用稱為控制。另一方面，保護作用。高壓斷路器還可以在電力線路或設(shè)備發(fā)生故障時將故障部分從電網(wǎng)快速切除，保證電網(wǎng)中的無故障部分正常運行。這種作用成為保護。 高壓斷路器的發(fā)展及其特點 氣體的性質(zhì)近年來，氣體作為斷路器的滅弧介質(zhì)得到了迅速的發(fā)展。氣體是理想的氣體絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，其滅弧能力是則為空氣的100倍以上，它的滅弧能力非常強，由導(dǎo)電電弧向絕緣體的變化速度非?？臁Ｒ蚨诟邏簲嗦菲髦?，既可作為滅弧介質(zhì)，又可作為絕緣介質(zhì)。在各種特性中氣體最顯著的特點有：優(yōu)良的基本性能，特異的熱化學(xué)性能和很強的電負(fù)性。（1）氣體的基本性能純是無色、無味、無毒和不可燃的鹵素化合物氣體。，即是空氣相對密度的5倍。，沸點為。氣體容易液化。，仍能保持氣體狀態(tài)，時其就要液化。 的傳熱系數(shù)， 包括對流作用。純凈的氣體是穩(wěn)定和無毒的介質(zhì)，但是高溫分解出來的低氟化物卻具有劇毒。（2）氣體的化學(xué)特性常溫常壓下氣體是—種可與氮氣相比的性能十分穩(wěn)定的氣體。氣體的自分解溫度大約為800K，1000K時出現(xiàn)和F，3000K時完全消失分解為，和，5000K時也消失， 7500K時形成了自由電子、原子或離子態(tài)的S和F組成的等離子體。 斷路器開斷電路時，在電弧的高溫作用下，氣體與觸頭材料（W，Cu）和金屬材料(A1)會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，主要為 （21）其他還有 （22） （23） （24）此外，氣體還可能與石墨（C）、絕緣材料（）和聚四氟乙烯（）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生HF和。其中與水繼續(xù)反應(yīng)還會生成，C ，的固態(tài)金屬氟化物，呈粉末狀沉積在滅弧室底部， 而和在電弧作用下、還會再次反應(yīng)成。以上各種反應(yīng)可以看成是氣體在電弧作用下的一次反應(yīng)過程，這一過程大約在出現(xiàn)電弧后一秒內(nèi)完成。（3）氣體的電負(fù)性不僅氣體，通常鹵素元素及其化合物氣體，都具有電負(fù)性，即分子或離解原子具有生產(chǎn)負(fù)離子的傾向，而氣體的這種傾向非常強。和由它分解產(chǎn)生的鹵族分子和原子強烈地吸附電弧中的電子，形成負(fù)離子，而負(fù)離子的質(zhì)量又比電子大得多。在電場作用下負(fù)離于的移動速度比電子小得多。因此，在電場中運動時很容易與正離子復(fù)合形成中性分子。因此，空間導(dǎo)電性的消火過程非常迅速，此種現(xiàn)象與電離空間的冷卻能力非常強的情況具有同樣的效果，從而電弧在電流零依附近空間電導(dǎo)率的變化非常快。將上述過程簡化并得到一個反應(yīng)過程表示如下： （25） （26）