探討高壓斷路器的在線監(jiān)測與診斷

李鋼

云南電網(wǎng)公司昆明供電局 云南省昆明市 650000

摘要：高壓斷路器在供配電系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，其對局域電網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)、控制、保護作用使其在現(xiàn)代供配電系統(tǒng)中占有不可替代的地位。但高壓斷路器在電網(wǎng)正常供配電中產(chǎn)生的故障則有可能造成局部甚至于整個電網(wǎng)的供配電系統(tǒng)癱瘓，因此，對高壓斷路器進行實時的監(jiān)測、故障診斷與排除對于保障供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定是極為重要的。

關(guān)鍵詞：高壓；斷路器；在線監(jiān)測；診斷

現(xiàn)代社會的高速發(fā)展使得城鄉(xiāng)地區(qū)主要動力源從傳統(tǒng)的石油煤炭逐漸向清潔度高、污染較小、安全穩(wěn)定性高的電力轉(zhuǎn)變。而長距離高壓供配電系統(tǒng)、地區(qū)電網(wǎng)供配電系統(tǒng)以及局部電網(wǎng)供配電系統(tǒng)在進行正常工作時常會根據(jù)實際的需要對某部分的供配電進行限制、調(diào)節(jié)、保護、控制等管理，因此就需要大量的斷路器接入供配電電網(wǎng)系統(tǒng)中以實現(xiàn)其特定的功能。

一、高壓斷路器

高壓斷路器是串聯(lián)在電網(wǎng)線路中用以對電網(wǎng)供配電流進行切斷、限制、過流保護作用的裝置，俗稱高壓開關(guān)。它在供配電電網(wǎng)中主要有控制電網(wǎng)供配電和保護供配電系統(tǒng)等作用。

（一）控制

在供配電系統(tǒng)需要進行大范圍的檢修、設施更換時或者在進行其他作業(yè)，有可能發(fā)生觸電人身傷亡事故時，在沒有帶電作業(yè)條件的情況下可以通過切斷高壓斷路器的方式來切斷局部電網(wǎng)中的電流供應。

（二）保護

斷路器的保護作用主要是指在電網(wǎng)中供配電正常工作時，對于由于短路、過載等引起的線路過流而進行的強制性切斷電力供應動作，有些生產(chǎn)性企業(yè)對于部分價格較為昂貴、工作技術(shù)條件要求比較苛刻的電力設備會同時安裝過載保護斷路器和欠壓保護斷路器，以防止設備過載或者欠壓運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的設備機械故障。

目前社會上廣泛采用的高壓斷路器主要有油斷路器（多油斷路器、少油斷路器）、六氟化硫斷路器（SF6斷路器）、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等幾種，根據(jù)不同的安裝要求和使用環(huán)境進行合理的選擇。

二、高壓斷路器的在線監(jiān)測與診斷

由于高壓斷路器一般是通過串聯(lián)的方式接入供配電系統(tǒng)動力線中，因此，在供配電工作中斷路器能否處于正常工作狀態(tài)不僅影響著其在供配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能否進行及時的應急響應，而且很大的影響到供配電系統(tǒng)能否以穩(wěn)定、安全、可靠的狀態(tài)進行供配電作業(yè)。而根據(jù)以往的供配電事故（包括供配電動力事故和人身傷亡事故等）發(fā)生原因，高壓斷路器不正常工作是引發(fā)事故的主要原因之一。另外，根據(jù)以往的工作經(jīng)驗，頻繁的開關(guān)操作以及過多的拆卸檢修會導致斷路器工作穩(wěn)定性的下降，造成斷路器工作失常從而導致供配電問題。因此，對高壓斷路器進行實時的在線監(jiān)控與故障診斷控制是保障供配電系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定運行的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

根據(jù)國內(nèi)外多年來對高壓斷路器故障的統(tǒng)計及在線監(jiān)測診斷的經(jīng)驗，現(xiàn)行條件下對高壓斷路器的在線監(jiān)測內(nèi)容主要有：斷路器動作次數(shù)；開斷電流；線圈通路、線圈電流、線圈電壓；分合閘時間；斷路器的觸頭行程；斷路器的動觸頭速度；斷路器操動過程中的機械振動；合閘彈簧狀態(tài)；導電接觸部位的溫度；絕緣狀態(tài)，如介質(zhì)損耗、局部放電、漏電流等指標；液壓或氣壓機構(gòu)壓力及其啟動次數(shù)；斷路器氣體密度；真空斷路器的真空度等。一般實際在線監(jiān)測中，考慮到工程量及監(jiān)測技術(shù)基礎(chǔ)，對高壓斷路器的工作狀態(tài)在線監(jiān)控主要集中在以下幾個方面。

（一）高壓斷路器的行程監(jiān)測

高壓斷路器的行程-時間特性曲線是高壓斷路器工作狀態(tài)機械特性的重要表征，是計算高壓斷路器分合閘速度的主要依據(jù)。目前在進行高壓斷路器行程-時間特性曲線的測定中，一般用光電式位移傳感器與測量電路配合的方式進行測量，如增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器、直線光電編碼器等。通過光電電路電流信號的大小來表征安裝在動觸頭上的編碼器隨觸頭的相對運動。

（二）高壓斷路器分合閘線圈電流的測量與故障診斷

高壓斷路器分合閘動作主要是通過磁極線圈的電流變化來進行控制的，如在某過流保護斷路器中，當主線路電流過大時交流電在電磁鐵中產(chǎn)生較大的磁場，拉動控制次級線圈電路的鐵心機械結(jié)構(gòu)，通過次級電路的開啟、切斷達到切斷主線路通路的目的。因此對高壓斷路器的線圈電流的測量主要集中于了解二級控制回路的工作狀態(tài)，并由此分析出二級控制回路機械部件的工作狀況，為其的檢修提供輔助依據(jù)。而電磁鐵鐵芯的動作狀況，可以通過鐵芯運動與電流特性的關(guān)系反映出來，如果能記錄分合閘脫扣電磁鐵的電流波形，便可掌握鐵芯的動作狀況，預先發(fā)現(xiàn)問題，對這類故障起到預防作用。分、合閘操作線圈是控制斷路器動作的關(guān)鍵元件，，應用霍爾電流傳感器可方便地監(jiān)測多種信息的分、合電流波形。分析每次操作監(jiān)測到的波形變化可以診斷出斷路器機械故障的趨勢。對發(fā)生概率最大、危害性也最大的拒動、誤動故障的診斷尤為有效。

（三）高壓斷路器振動的監(jiān)測與診斷

對高壓斷路器振動的監(jiān)測主要集中于在高壓斷路器工作、動作過程中容易產(chǎn)生的、產(chǎn)生較大振動危害的、機械故障率較高的部位安裝遠程振動傳感器，通過分析振動傳感器記錄并傳輸回的振動記錄信號來判斷該部位機械振動狀況，對于機械振動信號明顯強于正常狀況的高壓斷路器需要進行及時的檢修與保養(yǎng)。采用高壓斷路器遠程振動傳感器的好處是能夠方便、及時的獲得斷路器工作狀態(tài)的機械振動狀況，并從記錄數(shù)據(jù)中分析出機械磨損的大致狀態(tài)，而且該傳感器不受斷路器局部電磁場的干擾，可靠性較高。

（四）高壓斷路器電壽命的測量

斷路器的電壽命通常指一個新的滅弧室在多次開斷短路電流之后，由于觸頭和噴口的燒損直到不能正常開斷短路電流時的壽命。高壓斷路器電壽命的測量主要集中對于斷路器觸頭的電磨損的監(jiān)測。由于高壓斷路器需要經(jīng)常動作，導致其動靜觸頭常在摩擦中產(chǎn)生損耗，而且由于通電過程中的電化學腐蝕作用，使得觸頭磨損相對于一般機械設備較為嚴重。現(xiàn)行條件下對高壓斷路器進行電壽命測量時一般采用累積開斷電流及開斷電流次數(shù)的方式來估計電磨損程度。但在實際監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，由于不同的環(huán)境因素及斷路器觸頭制造因素，導致不同的斷路器在同樣的開斷電流和開斷電流次數(shù)后其觸頭磨損程度不大相同。而且考慮到連續(xù)開斷與分階段開斷對觸頭電弧花磨損程度的不同，使得單純以累積開斷電流及開斷電流次數(shù)的方式進行電壽命測量的結(jié)果不夠準確，考慮供電穩(wěn)定安全而進行過多的拆卸更換造成了很多不必要的資源浪費。

結(jié)語：

高壓斷路器在供配電系統(tǒng)中占據(jù)的關(guān)鍵地位使得對其的在線監(jiān)控顯得尤為重要，對其進行實時的在線監(jiān)控能夠了解其正常工作狀態(tài)并對其不動作或誤動作等故障的產(chǎn)因進行診斷以方便排除，對供配電系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定提供技術(shù)基礎(chǔ)，保障社會用電穩(wěn)定與安全。

參考文獻：

[1]常廣.高壓斷路器振動監(jiān)測與故障診斷的研究[D].北京交通大學，2013.

[2]謝文靖.高壓斷路器智能故障診斷方法研究[D].云南大學，2013.

[3]吳忠良.高壓斷路器在線監(jiān)測技術(shù)進展[J].電氣開關(guān)，2011（01）.

[4]郭小燕.高壓斷路器在線監(jiān)測技術(shù)應用[J].電子世界，2014（16）.

[5]何子嗣、吳樂.基于真空斷路器在線監(jiān)測與故障診斷概述[J].電子世界，2014（14）.