淺談高壓斷路器在線監測技術

唐錦濤 陳延輝 陳東風 周 凱 姚帥業

（平高集團有限公司，河南 平頂山 467000）

概述

高壓斷路器是能關合、承載、開斷運行回路的正常電流，也能在規定時間內關合、承載及開斷規定的過載電流（包括短路電流）的開關設備。它是電力系統中最重要的控制和保護設備，其工作特點是瞬時從導通狀態變為絕緣狀態或者瞬時從絕緣狀態變為導通狀態。按滅弧原理分，目前用的較多的是真空斷路器和六氟化硫斷路器。

隨著國家農網改造及電網建設的發展，市場對高壓斷路器產品的需求越來越多，為滿足我國發展堅持智能電網的需求，對高壓斷路器產品運行狀態進行監測是保證設備可靠運行并有效檢修的重要內容，是確保電力系統安全運行及對電力設備可靠運行的有效途徑。當前高壓開關產品在線監測技術已經在相關行業內得到研究，并且許多在線監測技術已經在電力系統內得到應用，備受電力系統管理人員的青睞。在未來電網發展當中，在線監測技術的應用必將成為主流，替代原有傳統的監測技術。高壓開關制造廠家，為在未來電力市場內得到絕對話語權，在現有的產品上添加在線監測技術及在新產品研發初期考慮采用在線監測技術，必將成為未來發展之趨勢。

1 斷路器狀態的監測方法介紹

據筆者對斷路器狀態監測方面的了解，斷路器狀態的監測方法，由最初的停電監測、帶電測試，發展到當前的在線監測。

1.1 停電監測

停電監測就是定期或者在發現異常時，對某段電力系統進行斷電，并對該段的電力設備進行檢查、測試，對監測的結果，采取必要的措施進行預防故障發生，或者對監測到的問題進行及時解決的方法。該方法需要斷電，對電力系統影響較大，在現在及未來電力的發展中將被逐漸淘汰。

1.2 巡視檢查

巡視檢查由有經驗的專業人員進行，具有簡便、直觀和一般性的特點，是參與狀態檢修的最基本手段。

1.3 預防性試驗

高壓斷路器預防性試驗是目前用作掌握設備狀態的主要方法。開展狀態檢修必須加強預防性試驗工作，但測試數據的可信度常受測試環境、儀器性能、測試方法和測試人員素質等因素影響。

1.4 帶電測試

帶電測試是被測設備不需要停電即可進行測試，根據需要或按預定周期進行，但帶電測試工作的安全性有待進一步加強。

1.5 在線監測

在線監測能使設備實時處于工作參數的監控當中，及時發現設備狀態量的實時變化趨勢，易于捕捉到突變的信息量，及時發現設備存在問題，反映設備的實時狀態，便于電力設備管理人員進行科學管理。在線監測比常規停電監測能更及時、更有效地發現設備早期存在的缺陷，比預防性試驗更直觀準確，且比帶電監測更加安全，避免了停電監測因停電帶來的損失等，因此在線監測是實行設備狀態檢修的重要基礎，是電力系統所向往的監測手段。但目前高壓開關產品在線監測技術存在研發難度大且投入大的因素，因此在線監測技術在電力系統的的應用存在成本高，推廣難度大的問題。

2 在線監測技術

2.1 六氟化硫斷路器的在線監測

2.1.1 SF6氣體的監測

SF6氣體的耐壓強度取決于氣體密度，即單位體積內SF6氣體的分子數，而不是氣室壓力。因此為保證氣體絕緣設備的安全可靠運行，應監測SF6氣體密度。但在實際工程實踐中要監測氣體的密度是困難的，因為氣體絕緣設備的體積是一定的，只要沒有發生氣體泄漏，就能保證SF6氣體的密度不會發生變化。因此在高壓斷路器產品的設計中常采用壓力表來監測SF6氣體的壓力，將監測結果與SF6氣體的壓力——溫度曲線相對照或與其歷史記錄進行比較，從而判斷SF6氣體是否發生泄漏，斷路器電氣絕緣是否能夠達到安全性能的要求。當監測到高壓斷路器氣室內的壓力將要達到閉鎖壓力時，監測系統可及時發出壓力不足信號，或者直接對設備進行補氣，避免電力系統突然斷電事故發生。

2.1.2 水分在線監測

SF6高壓斷路器對水分值的要求很高，若斷路器氣室內的水分值過大，將大大的降低SF6絕緣強度，導致設備在運行中發生閃絡現象，甚至有可能造成設備不能斷開而產生爆炸的事故。水分在線監測主要是通過儀器與斷路器氣室直接相連，并實時監測斷路器本體內的水分值，當水分值達到預定的安全極限值時，在線監測系統就會及時報警，提醒電力設備管理人員采取必要措施進行處理。

2.1.3 絕緣強度監測

絕緣強度是衡量電氣設備安全性能、可靠性的重要指標。絕緣損壞是電氣故障的首要原因。斷路器長期使用，絕緣出現老化，性能會下降，絕緣子或瓷瓶表面污穢積累，會造成局部放電現象。檢測局部放電是預防絕緣擊穿最好的手段。局部放電監測通過射頻傳感器檢測與分析局部放電發射出的射頻信號，確定出局部放電的嚴重程度，得到絕緣蛻化信息，進而可采取必要措施進行處理。

2.1.4 機械特性監測

機械特性監測通過安裝于操作機構操作桿或斷路器本體花鍵軸上的位移傳感器 (直線型、旋轉型、復合型(直線+旋轉))，利用脈沖計數或變電阻等方式，得到斷路器操作過程中的行程——時間特性曲線，分析計算行程曲線，可以得到動觸頭行程、超行程、平均分(合)閘速度、剛分(合)速度、分(合)閘時間、分(合)閘速度等參數，以此判斷斷路器的機械性能、機械壽命等。

2.1.5 分合閘線圈電流波形的監測

分合閘線圈是斷路器實現正常操作及故障保護時的重要元件，其電流波形可以識別出早期機械故障，通過儀器檢測電流波形，并將監測波形與斷路器特性值和典型波形進行比較、分析，從而判斷是否有異常現象。

2.2 真空斷路器

2.2.1 滅弧室觸頭磨損監測

斷路器不論正常開斷還是故障開斷都會使觸頭表面熔損而變薄，操作越頻繁開斷電流越大，觸頭表面磨損就會越厲害。觸頭磨損監測由檢測器和顯示器兩部分組成。檢測器組裝在真空開關觸頭彈簧旁，顯示器可裝在便于觀察的柜門或控制室內。其借助真空斷路器的分、合閘動作，觸頭彈簧的壓縮或伸長的同時，通過微動開關各觸點按規定超程尺寸實現相應開閉動作，從而對磨損度進行監測。

2.2.2 滅弧室電壽命監測

真空斷路器滅弧室的電壽命取決于滅弧室的觸頭材料、結構及開斷電流的大小。由于電弧對滅弧室內某些部件(觸頭、噴口)的燒蝕，一臺斷路器只能完成一定次數的開斷操作，直接檢查燒蝕程度在工程上是很困難的，應采用間接方法。最常用方法為在線監測、累計開斷電流次數(特別開斷故障電流次數)，依據廠家提供的累計開斷電流次數與觸頭電弧磨損特性參數圖表來判斷滅弧室的燒蝕情況，從而判斷滅弧室的電壽命，做到及時的更換設備，避免電力事故的發生。

2.2.3 真空度在線監測

真空斷路器的滅弧原理是利用真空絕緣從而實現滅弧。真空壽命是真空斷路器所特有的。真空度在線監測是在不改變斷路器主體結構以及帶電條件下，無論斷路器處于合閘或分閘狀態，都可隨時監測其真空度的變化。真空度在線化的有力手段，從目前生產運行的情況看，溫度在線監測有良好的應用前景。

（1）紅外熱像儀在高壓電氣設備的溫度監測中，紅外熱像儀已被廣泛的應用，對高壓電氣異常發熱的診斷十分有效，對高壓斷路器而言，亦可通過檢測導電回路電阻是否正常，從而來判斷開關觸頭是否良好，如果觸頭接觸不良，其接觸電阻要增加，熱損耗功率必然增加，紅外熱像儀靈敏度極高，能很方便的測出。

（2）以電工功能材料為溫度敏感元件的監測器。采用的電工功能材料是一種高分子PTC（正的電阻溫度系數）熱敏材料，其電阻率隨溫度成非線性變化。

（3）通過監測溫度敏感元件電阻的變化趨勢，當溫度升高到一定幅度時，監測系統會迅速報警，并會自動采取必要措施進行保護。

結語

高壓斷路器作為電力系統中最重要的控制和保護設備，其性能與可靠性直接關系到電力系統的運行安全。在線監測技術監測的內容豐富，并能迅速的對信息進行處理，對提高斷路器故障的識別、分析、診斷和處理有著極大的輔助作用。在當前經濟社會快速發展的大背景下，經濟建設大幅邁進，電力設備需求大幅增加，對其連續、安全、可靠、有效運行要求越來越高。為加強設備高效科學管理，保證設備狀態檢修的需要，應用在線監測技術已成為一種必然的發展趨勢。在線監測技術能夠實現設備在運行狀況下的實時監測，有著其他檢測方法不可比擬的優勢。高壓開關設備制造廠商為在未來獲取更大的電力設備市場，保證其產品在未來運行當中更加安全、可靠、有效，對現有的產品進行改進采用在線監測技術，并考慮在產品研發過程中使用在線監測技術，必將成為一種發展趨勢。

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