0   引言

能源作為世界各國經濟發展的第一驅動力，在各國間能源博弈日趨激烈的當下，如何加速我國能源結構轉型升級，引領世界能源發展，已成為能源行業亟須解決的問題之一^[1]。作為保障供電可靠性的重要電力設備，高壓斷路器已廣泛使用在各種電壓等級的電網中，其所發揮的重要作用也是不言而喻^[2]。

高壓斷路器是電力系統中不可或缺的重要設備之一，主要起控制和保護設備的作用。當系統正常運行時可以切斷空載電流或負荷電流；當系統發生故障導致負荷電流激增時，高壓斷路器由于具備滅弧功能可以切斷故障電流（短路電流和過負荷電流），從而達到保護系統正常運行的作用。由于高壓斷路器長期在戶外經受風吹雨打，并且持續高強度的使用，機械結構、觸頭磨損，分合閘二次機構等故障問題日益凸顯，斷路器相關部件老化、損壞，使斷路器容易出現危急或緊急的缺陷，甚至影響電網安全穩定運行。然而傳統斷路器檢測需要人工接線、單臺試驗時間長達70 min，檢測時間較長且準確率難以保證，檢修人員技術水平的參差不齊更容易發生短路、觸電等事故，極不安全。因此亟須研制出一種能夠快速智能檢測的裝置，解決上述問題。

根據新型電力系統建設要求，提升電網工作標準化水平，提高檢修人員日常巡檢的工作效率，強化班組數字化建設，增強供電服務質量。目前高壓斷路器的檢測主要分為二次回路檢測、機械特性檢測和回路電阻測試3項，檢測基本由檢修人員在現場進行。同時現有高壓斷路器檢測存在儀器眾多、檢測不同項目需要更換不同儀器、接線、頻繁插接插頭等問題。針對上述問題本文開展了一鍵式高壓斷路器智能檢測裝置的研究，裝置可以實現一次連接、一鍵測量、智能檢測，大幅縮短檢測時間。

1   現狀分析

2020 年習近平總書記提出了“碳達峰、碳中和”目標，為能源發展提供了一條明確的道路。國家電網公司緊緊圍繞“雙碳”目標，率先發布行動方案，通過建設以新能源為主體的新型電力系統來助力目標的實現。隨著城市建設不斷加快，電網規模也快速發展，伴隨的是變電站數量在日益漸增。因此也加大了工作人員對于站內相關設備的檢修工作，高壓斷路器作為站內使用頻率最高的設備，其中某些部件會出現老化或損壞等問題，如何做到快速、準確的檢測到故障信息，實現安全可靠的供電，成為當下亟須解決的問題之一。

目前高壓斷路器的檢測主要分為二次回路檢測、機械特性檢測和回路電阻測試3 項，檢測工作基本由檢修人員在現場進行。現有高壓斷路器檢測儀器眾多、檢測項目不同需要更換不同儀器、接線、頻繁插接插頭等問題。傳統高壓斷路器的診斷基本由檢修人員在現場進行檢測與維護，檢測時間較長且準確率難以保證，檢修人員技術水平的參差不齊更容易發生短路、觸電等事故，極不安全。同時斷路器測試時需要檢修人員注意力高度集中，連接試驗線、夾子與斷路器航空插頭的插針，稍有不慎就會出現接線錯誤的情況，出現觸電等事故，給檢修人員的生命造成嚴重的威脅。

通過對以往斷路器檢測試驗的分析和研究，發現傳統高壓斷路器檢測裝置面臨如下幾個方面的問題：

1.1 試驗項目單一

傳統高壓斷路器檢測受集成度影響，斷路器機械特性測試、斷路器二次回路試驗和斷路器回路電阻測試功能需由不同裝置完成。因此，如需完成全部斷路器測試項目，則需要攜帶多個試驗裝置，并在試驗時多次接線。接線過程中需要檢修人員時刻保持高度專注，數量龐大的接線端子相互連接，稍有不慎就會出現接線錯誤的情況，在高壓的情況下，不僅會造成設備短路，還會對檢修人員的生命造成嚴重的威脅。

1.2 數據管理分散

傳統高壓斷路器試驗裝置數據均存儲于試驗裝置本體，除本體分析可在裝置上完成，讀取數據均需借助存儲介質手動進行。該種數據管理模式下，數據利用率低，不利于后續深度分析。且裝置本體存儲容量有限，生成數據格式固定，從長遠來看，不利于試驗歷史數據回溯。

1.3 診斷方式落后

長期以來，傳統高壓斷路器試驗裝置診斷流程為：人工測量→合上蓋板→查詢標準→數據對比。檢測完成后，還需要對檢測數據進行分析判斷，從而確定被檢測的高壓斷路器是否存在安全隱患。但是對于高壓斷路器的檢測數據的評估仍然依靠人工進行，數據分析方式原始低效，對人工的經驗和素質要求較高，存在效率低和可靠性差的問題。

1.4 迭代升級困難

傳統高壓斷路器試驗裝置硬件一般不具備大容量數據存儲介質，且功能升級均需廠商線下更新固件，手動燒錄花費時間較久。受限于初始設計，裝置可實現功能上限較低，更新固件后，功能提升并不明顯。

2 技術方案

2.1 制定方案

為了解決上述技術問題，我們從高壓斷路器智能檢測裝置的功能入手，確定檢測儀的基本模塊。高壓斷路器的檢測需要對設備進行反復測試獲得機械特性檢測、二次端子檢測、回路電阻測試等一系列檢測數據，而現有高壓斷路器檢測儀器眾多、檢測不同項目需要更換不同儀器、接線、頻繁插接插頭等問題。

根據高壓斷路器智能檢測裝置的實際功能設定，對應的檢測儀應具備CPU 模塊、電源模塊、檢測模塊、連接模塊、控制模塊以及顯示模塊共6大模塊，應實現機械特性檢測、二次端子檢測、回路電阻測試、智能診斷平臺共4大功能。一鍵式高壓斷路器智能檢測裝置系統框圖如圖1所示。

2.2 方案實施

通過對方案逐項分解，以及各模塊預先設計的功能，經過查閱資料對比后確定各模塊的實施流程如下圖所示：

2.2.1 硬件系統設計

1）CPU 模塊設計

本裝置的CPU 模塊使用的是32 位ARM 芯片的微控制器^[3]，具有集成高、功耗低、成本低廉等特點，符合使用需求。

2）電源模塊

采用直流電池供電具有長時間連續供電、適應各種檢測場合的特點。

3）連接模塊

連接模塊與高壓斷路器連接，高壓斷路器的各個回路接點與接線端子排上對應的接線端子電連接，使得標準接口里集成了斷路器試驗所需的所有回路接點，所以當需要對某個高壓斷路器進行試驗時，只需將高壓斷路器試驗裝置與該高壓斷路器連接的標準接口插接，即可通過高壓斷路器試驗裝置實現對斷路器的一鍵試驗。

4）控制模塊

高壓斷路器智能檢測裝置的控制模塊通過外接鍵盤實現與CPU 模塊的接口融合，檢修人員通過鍵盤選擇斷路器的型號參數。

2.2.2 軟件系統設計

一鍵式高壓斷路器智能檢測裝置通過C 語音進行編程，運行和編譯均在IAR Embedded Workbench 環境下完成。可以提高工作人員測量高壓斷路器的時間和準確度，大幅度節省工作時間。

由于目前高壓斷路器的檢測數據的評估仍然依靠人工進行，數據分析方式較為原始低效。因此本裝置通過獲取存在故障的同類型的高壓斷路器的檢測數據，包括因故障退役的高壓斷路器數據、不良狀態的高壓斷路器數據、人為設定不良或故障的高壓斷路器數據；將檢測數據進行預處理、構建圖像，并進行卷積神經網絡模型訓練，使用關聯故障類型后的樣本畫像進行訓練，訓練后的卷積神經網絡模型作為故障評估模型。通過構建圖像，反映高壓斷路器的數據特征，通過卷積神經網絡能夠較好識別的不同的故障類型。

3 現場應用

一鍵式高壓斷路器智能檢測裝置通過接線端子排、第一連接線纜和標準接口與高壓斷路器相連接，在裝置上的設置面板設定不同廠家、型號的斷路器參數后，通過CPU 和測量模塊對被測斷路器進行自動快速測試并在屏幕上顯示測量情況。實現一次連接、一鍵測量、智能檢測，大幅縮短檢測時間，提高了檢修人員接線工作的效率。

目前已受權發明專利2 項：

201910834029.2《一種用于高壓斷路器快速檢測的柔性接線裝置》、201910842869.3《一種基于大數據技術的高壓斷路器狀態評估方法》。

本檢測裝置對比以往傳統的高壓斷路器檢測有了極大的優化，顯著提高了斷路器試驗的集成度，使研究和工作運行人員充分了解設備健康狀態，提高設備監督管理水平、減少停電時戶數，提高用戶供電可靠性，并以此制定合理的檢修維護策略。目前經相關部門檢測認證：《一鍵式高壓斷路器智能檢測裝置》在安全、質量、成本等方面均無負面影響，可以全面推廣應用。

4 效益分析

一鍵式高壓斷路器智能檢測裝置的現場成功應用在檢測成功率、檢測速度及社會效益等三方面帶來了顯著效益。

4.1 檢測速度

利用CPU 替代了傳統的人工檢測，大大提高了工作效率，單臺高壓斷路器的檢測時間從原來的人工70 min 減少至8 min，提高效率8 倍，實現了工作效率的質的飛躍。裝置自帶交直流電源、及各廠家航空插頭，提高了檢測數據的準確性、穩定性，避免了對設備的誤判斷。

4.2 社會效益

本裝置支撐了“大運行、大檢修”下的安全生產運行體系，降低供電事故停電幾率，減少了停電的損失，提高了檢修人員運行及維護的效率和電網供電的安全可靠性，保障居民生活、企業生產用電安全。

5 結束語

本文所研制裝置以現場生產存在的實際問題作為切入點，基于“來源于生產，服務于生產”的研制理念，本著保障現場安全生產的態度，提升現場工作效率的研制目的，通過現場調研，設計研制出一種一鍵式高壓斷路器智能檢測裝置。采用高度集成化技術，斷路器機械特性測試、斷路器二次回路試驗和斷路器回路電阻測試等常見試驗集成到一臺裝置中。實現一次連接、一鍵測量、智能檢測等功能，大幅降低檢測時間。保障了生產一線檢修工作人員的安全及電網安全可靠供電能力，目前已取得了良好效果，具有較好的推廣前景。

參考文獻：

[1] 趙旭州.智能電網發展態勢理解方法研究[D].北京:華北電力大學,2021.

[2] 郭建峰,張思遠,周剛.變電站三通式SF_6高壓斷路器氣體充氣裝置的研制[J].農村電氣化,2021(09):71-73.

[3] 周剛,馮悅鳴,胡海平,等.高壓斷路器智能檢測裝置的研制[J].電氣應用,2015,34(04):52-54.

（本文來源于《電子產品世界》雜志2022年12月期）