淺議高壓真空斷路器重要參量的存線(xiàn)監(jiān)測(cè)

張景庫(kù)

摘要 高壓真空斷路器作為電力系統(tǒng)中最重要的一種高壓開(kāi)關(guān)電器之一，其性能與可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高壓設(shè)備在運(yùn)行狀況下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有著其他檢測(cè)方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)，對(duì)早期識(shí)別、分析、診斷和處理斷路器的故障有著極大的輔助作用。

關(guān)鍵詞 高壓 真空斷路器 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM561.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2016）05-0006-02

高壓真空斷路器是利用“真空”作為絕緣和滅弧介質(zhì)的，其觸頭安裝在真空滅弧室內(nèi)。由于真空相對(duì)來(lái)說(shuō)不存在氣體游離的問(wèn)題，所以這種斷路器在觸頭開(kāi)斷時(shí)所產(chǎn)生的電弧很快熄滅，對(duì)觸頭的損傷較小，延長(zhǎng)了高壓設(shè)備的使用壽命。

一、高壓真空斷路器的結(jié)構(gòu)

高壓真空斷路器的結(jié)構(gòu)主要由基座、絕緣支撐、真空滅弧室、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、操動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。其中，真空滅弧室由靜觸頭、動(dòng)觸頭、屏蔽罩、波紋管、法蘭盤(pán)、玻殼等組成。

二、高壓真空斷路器的常見(jiàn)故障及現(xiàn)象

1.斷路器拒合、拒分

該故障表現(xiàn)為在斷路器得到合、分閘命令后，合、分閘電磁鐵動(dòng)作，鐵心頂桿將合、分閘掣子頂開(kāi)，合、分閘彈簧釋放能量，帶動(dòng)斷路器合、分閘，但斷路器滅弧室不能合、分閘。

2.斷路器誤分

此故障主要表現(xiàn)為斷路器在正常運(yùn)行狀態(tài)，在不明原因情況下自動(dòng)跳閘。

3.斷路器直流電阻增大

表現(xiàn)為斷路器在運(yùn)行一定時(shí)間后，滅弧室觸頭的接觸電阻不斷增大。

4.斷路器合閘彈跳時(shí)間增大

表現(xiàn)為斷路器在運(yùn)行一定時(shí)間后，合閘彈跳時(shí)間不斷增大。

5.斷路器機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能后，儲(chǔ)能電機(jī)不停

該現(xiàn)象為斷路器在合閘后，操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電機(jī)開(kāi)始工作，但彈簧能量?jī)?chǔ)滿(mǎn)后，電機(jī)仍在不停運(yùn)轉(zhuǎn)。

6.斷路器觸頭不能斷開(kāi)

表現(xiàn)為斷路器在進(jìn)行分閘操作后，斷路器觸頭不能斷開(kāi)或非全相斷開(kāi)。

三、高壓真空斷路器在線(xiàn)功能

高壓真空斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)設(shè)備，不僅能通、斷正常負(fù)荷電流，而且當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生短路、過(guò)載、失壓故障時(shí)，通過(guò)保護(hù)裝置能自動(dòng)跳閘，切斷故障電路。

四、高壓真空斷路器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

對(duì)斷路器的重要參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，不僅可以提供設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷是否存在故障的先兆，從而延長(zhǎng)設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，減少維修保養(yǎng)的費(fèi)用，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性及自動(dòng)化程度。

1.觸頭磨損監(jiān)測(cè)

在使用中，不論斷路器正常開(kāi)斷還是故障開(kāi)斷，都會(huì)使觸頭在開(kāi)斷電流的作用下表面熔損而變薄，并且操作越頻繁，開(kāi)斷電流越大，觸頭表面磨損就會(huì)越厲害。觸頭磨損在線(xiàn)監(jiān)測(cè)由檢測(cè)器和顯示器來(lái)完成。檢測(cè)器組裝在真空開(kāi)關(guān)觸頭彈簧旁，顯示器可裝在便于觀察的柜門(mén)或控制室內(nèi)。其檢測(cè)器借助真空斷路器的分、合閘動(dòng)作，觸頭彈簧的壓縮或伸長(zhǎng)的同時(shí)，通過(guò)微動(dòng)開(kāi)關(guān)各觸點(diǎn)按規(guī)定超程尺寸實(shí)現(xiàn)相應(yīng)開(kāi)閉動(dòng)作，從而對(duì)磨損度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.行程一時(shí)間特性監(jiān)測(cè)

真空斷路器動(dòng)觸頭的行程-時(shí)間特性是表征斷路器機(jī)械特性的重要參數(shù)，據(jù)此可計(jì)算動(dòng)觸頭行程、超行程，平均速度、最大速度等參數(shù)，還可以提取動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各個(gè)事件發(fā)生的時(shí)刻。根據(jù)事件時(shí)間來(lái)診斷故障，這種方法可以診斷斷路器機(jī)械部分磨損、疲勞老化、變形、生銹、閥的緩慢動(dòng)作等故障。因此它是斷路器機(jī)械特性監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

由于真空斷路器在分合閘過(guò)程中，動(dòng)觸頭的行程與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，測(cè)得主軸的角位移特性即可間接測(cè)得動(dòng)觸頭的直線(xiàn)位移特性。采用直線(xiàn)位移傳感器和角位移傳感器即可測(cè)量行程一時(shí)間特性，通過(guò)主軸角位移和動(dòng)觸頭直線(xiàn)位移的良好關(guān)系，能很好地反映直線(xiàn)位移的變化情況，進(jìn)而得到觸頭行程特性，達(dá)到早期診斷斷路器各類(lèi)故障的目的。

3.分、合閘電流監(jiān)測(cè)

分合閘線(xiàn)圈是斷路器實(shí)現(xiàn)正常操作及故障保護(hù)時(shí)的重要元件，根據(jù)其電流波形可以識(shí)別出早期機(jī)械故障。通過(guò)儀器檢測(cè)電流波形，并將監(jiān)測(cè)波形與斷路器特性值和典型波形進(jìn)行比較、分析，從而判斷是否有異常現(xiàn)象。

采用霍爾電流傳感器來(lái)對(duì)分合閘電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因?yàn)榛魻栯娏鱾鞲衅骺垢蓴_能力強(qiáng)、精度高、線(xiàn)性度和動(dòng)態(tài)特性好及工作帶頻寬等優(yōu)點(diǎn)，且分合閘線(xiàn)圈回路引線(xiàn)穿心而過(guò)，不會(huì)影響真空斷路器主系統(tǒng)的性能，實(shí)現(xiàn)分合閘電流精準(zhǔn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

4.滅弧室電壽命監(jiān)測(cè)

由于電弧對(duì)滅弧室內(nèi)主要部件的燒蝕，一臺(tái)斷路器只能完成一定次數(shù)的開(kāi)斷操作，它的電壽命主要取決于滅弧室的觸頭材料、開(kāi)斷電流的大小、空間結(jié)構(gòu)等情況。而直接檢查燒蝕程度在工程上是很困難的。最常用的方法為在線(xiàn)監(jiān)測(cè)并累計(jì)開(kāi)斷電流次數(shù)（特別是開(kāi)斷故障電流次數(shù)），依據(jù)開(kāi)斷電流次數(shù)與觸頭電弧磨損特性參數(shù)圖表來(lái)判斷滅弧室的燒蝕情況，從而判斷滅弧室的電壽命。

5.滅弧室溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

真空斷路器的滅弧室在工作中是否正常，除進(jìn)行上述內(nèi)容監(jiān)測(cè)外，通過(guò)對(duì)滅弧室的溫度監(jiān)測(cè)同樣可以判斷其工作狀態(tài)，如有觸頭接觸不良，必然導(dǎo)致其接觸電阻增加，出現(xiàn)異常發(fā)熱現(xiàn)象等，可見(jiàn)對(duì)其進(jìn)行在線(xiàn)跟蹤監(jiān)視就可預(yù)判潛在的安全隱患。對(duì)高壓真空斷路器的滅弧室的溫度監(jiān)測(cè)可以選擇以下方法實(shí)現(xiàn)：

（1）紅外熱像儀在高壓電氣設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)中已被廣泛的應(yīng)用，對(duì)高壓電氣異常發(fā)熱的診斷十分有效，對(duì)高壓斷路器而言，亦可通過(guò)檢測(cè)導(dǎo)電回路電阻是否正常，從而來(lái)判斷開(kāi)關(guān)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(cè)出。

（2）熱敏電阻是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型半導(dǎo)體測(cè)溫元件，常用的是正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC，它是在鈦酸陶瓷中加入施主雜質(zhì)形成的，電阻溫度系數(shù)大，溫度特性好，能很好地對(duì)高壓真空斷路器的滅弧室的溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

（3）通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度敏感元件電阻的變化趨勢(shì)，當(dāng)溫度升高到一定幅度時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)迅速報(bào)警，并會(huì)自動(dòng)采取必要措施進(jìn)行保護(hù)。

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備在運(yùn)行狀況下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，它能夠?qū)\(yùn)行中的高壓斷路器進(jìn)行重點(diǎn)參數(shù)的測(cè)量，及早發(fā)現(xiàn)高壓斷路器的各種潛在隱患，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的電氣事故，提高供電的可靠性，保證電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（責(zé)任編輯 曾卉）