斷路器機械缺陷判斷的分、合閘線圈電流波形分析法

范敏，汪佳，何智強，黎治宇

(1． 國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙410007;2． 中國能源建設集團有限公司湖南省電力勘測設計院，湖南 長沙410007)

高壓斷路器是電力系統中最重要的保護和控制設備，其性能的可靠性直接關系到電力系統的可靠性。研究與統計表明，斷路器性能的可靠性與其機械傳動系統的可靠性密切相關〔1－2〕。因此，斷路器機械特性測試是例行試驗中必不可少的項目〔3〕，根據測試結果所做出的機械狀態評價是斷路器可靠運行和電網安全穩定的重要保證。目前，湖南電網基層單位現場對斷路器機械特性測試主要包括分、合閘的速度、時間、同期，分、合閘線圈電流波形，速度行程曲線等，其中應用分、合閘線圈電流波形來判斷斷路器缺陷的情況較少，且缺乏理論分析和缺陷類型的判斷。針對此種情況，文中介紹了一種基于分、合閘線圈電流波形分析的斷路器機械缺陷判斷方法〔4〕，闡述了該方法的基本原理、電流波形與缺陷類型的對應關系，并根據其在某變電站的實際應用情況驗證了該方法的有效性。

1 波形分析原理

電磁鐵是斷路器操動機構的重要組成部分，遠程發出分、合閘指令或就地進行分、合閘操作時，斷路器操動機構分、合閘線圈中會流過電流，從而在電磁鐵中產生磁通量，鐵芯受到電磁力的作用就會使得斷路器分、合閘。分、合閘線圈電流波形與斷路器操動機構的機械特性密切相關，因此線圈電流波形包含了可以作為斷路器機械缺陷判斷的多種信息。

斷路器分、合閘操作過程中的分、合閘線圈電流變化各階段如圖1 所示:

圖1 分、合閘線圈電流標準波形圖

從圖1 可清晰看出分、合閘線圈電流波形的5個階段，圖中t0為分、合閘指令到達時刻、t1為線圈電流上升到足以使鐵芯運動的時刻、t2為鐵芯吸合運動停止的時刻、t3為線圈電流達到穩態的時刻、t4為輔助開關打開的時刻、t5為線圈電流下降到0 的時刻。

t0—t1階段，線圈在t0時刻通過電流，到t1時刻鐵芯開始運動，此時為斷路器分閘計時的起點;t1—t2階段，t1時刻鐵芯開始運動，線圈電流下降，此過程中鐵芯會碰撞脫扣桿，到達t2時刻時，鐵芯吸合，運動停止，線圈電流下降到最低值，同時t2是斷路器動觸頭開始運動的時刻;t2—t3階段，鐵芯停止運動，此時由操動機構傳動系統帶動動觸頭進行分、合閘操作，線圈電流又呈指數上升;t3—t4階段，線圈電流達到近似穩態;t4—t5階段，輔助開關斷開，線圈電流迅速下降到0。

在線圈電流變化的5 個階段中，t0—t1階段的電流波形與控制電源和線圈電阻有關，t1—t2階段的電流波形可以反應電磁鐵鐵芯機構有無卡澀、變形、脫扣失靈等現象，t2—t3階段的電流波形可以反應斷路器操動機構的傳動部分的運動情況，通過對這幾個階段線圈電流波形的分析可以初步判斷斷路器的部分機械缺陷類型和發展趨勢。

2 波形分析法的現場應用

2.1 現場測試與結果分析

在某變電站進行一次設備的停電檢修和例行試驗中，使用斷路器動作特性分析儀測試平高生產的LW6B－252 型斷路器動作特性，在全部間隔測試完成后發現602 斷路器C 相合閘線圈電流波形存在異常，合閘線圈電流波形和行程特性曲線如圖2 所示，作為對比，602 斷路器A 相合閘線圈電流波形和行程特性曲線如圖2b 所示。

從圖2 中可以看出，A 相合閘線圈電流波形與圖1 的標準波形類似，說明A 相操動機構處于正常狀態，而C 相合閘線圈電流波形在與圖1 對應的t2—t3階段有較多的擾動和鋸齒波形，說明602斷路器C 相操動機構的傳動部分存在異常，可能有連接件松動情況。

圖2 602 斷路器合閘線圈電流波形和行程特性曲線

2.2 結果驗證

為驗證波形分析結果是否有效，后續制定了現場驗證方案。現場驗證過程如下:

將602 斷路器退出運行，并使其處于分閘狀態，電源斷開;斷路器液壓機構油壓泄至0 表壓;打開斷路器三相本體的觀察窗方板，用12 吋活動扳手，試轉動操作拉桿與工作缸連接處的六方接頭，發現在使用扳手對602 斷路器C 相操作拉桿與工作缸連接處的六方接頭扭動時，操作拉桿角度發生位移，說明操作拉桿接頭處已松動，斷路器機械傳動部分確實存在缺陷，從而驗證了波形分析結果的有效性。

后通過進一步分析發現該型斷路器絕緣拉桿采用螺旋式連接結構，拉桿與接頭處金屬螺紋容易出現松動。此種缺陷可能導致斷路器在分、合閘過程中的分合不到位，甚至爆炸的現象，故及時發現此類缺陷并進行處理對保證電網運行安全有重要意義。

2.3 有效性評價

目前在對斷路器動作特性進行測試時，關注點多在斷路器分、合閘時間、同期、行程特性曲線等項目，對于分、合閘線圈電流波形的關注和利用較少，本文提供了一種基于分、合閘線圈電流波形來分析斷路器機械缺陷的方法，并通過現場測試驗證了其有效性，為斷路器機械特性的現場判斷提供了一個有效手段，基層高壓試驗人員可參考利用分、合閘線圈電流波形來判斷斷路器機械缺陷。

與此同時，基于分、合閘線圈電流波形來分析斷路器機械缺陷的方法還存在不足之處:①由于現場測試的誤差，分、合閘線圈電流波形并不十分精確，單憑一次測量結果不能準確判斷斷路器機械缺陷，602 斷路器C 相與A 相的分閘線圈電流波形和行程特性曲線分別如圖3 所示，從圖中可以看出分閘線圈電流波形曲線并無太大差別，且與標準分閘電流波形類似，故需多次測量并結合斷路器動作特性曲線、彈跳波形等數據進行綜合判斷。②目前該方法只能用于離線測量，結合停電例行試驗同步進行，周期較長，不能在斷路器正常運行的分、合閘操作中實時監測分、合閘線圈電流波形，及時反映斷路器的操動機構機械狀態。

圖3 602 斷路器分閘線圈電流波形和行程特性曲線

總之，基于分、合閘線圈電流波形來判斷斷路器機械缺陷的方法還在研究階段，目前可利用其基本原理和標準波形來初步判斷斷路器機械缺陷。下一步研究重點在于將該測試方法由離線變為在線，在斷路器正常分、合閘操作時，通過高精度直流TA 在線測量其分、合閘線圈電流波形，同時對波形分析數學方法加以研究，以便在不停電的情況下對斷路器機械缺陷進行準確判斷。

3 結束語

1)本文研究了斷路器分、合閘線圈電流標準波形、斷路器機械缺陷與線圈電流波形的對應關系，為根據實測線圈電流波形判斷斷路器機械缺陷提供了依據。

2)通過對變電站在運斷路器動作特性測試、分、合閘線圈電流波形分析和現場驗證，證明了斷路器機械缺陷的線圈電流波形分析法的有效性，為判斷斷路器機械傳動缺陷提供了有效參考。

3)斷路器機械缺陷的線圈電流波形分析法目前還存在測試結果欠精確、只能在停電例行試驗中同步進行而不能實時監測等問題，有待于后續進一步試驗和研究。目前該方法只能作為判斷斷路器機械缺陷的一個參考，要準確判斷斷路器是否存在缺陷和其缺陷類型還需根據各種試驗數據綜合判斷。

〔1〕中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局． GB 1984—2003高壓交流斷路器〔S〕． 北京:中國標準出版社，2003．

〔2〕中華人民共和國國家發展和改革委員會． DL/T 593—2006 高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求〔S〕． 北京:中國電力出版社，2006．

〔3〕國家電網公司． Q/GDW 168—2008 輸變電設備狀態檢修試驗規程〔S〕． 北京:中國電力出版社，2008．

〔4〕胡曉光，孫來軍，紀延超． 基于線圈電流和觸點狀態的斷路器故障分析〔J〕． 電力自動化設備，2006，26(8):5-7．