SF6斷路器在線狀態監測系統的研究

肖夢青

（國網湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

在當今競爭激烈的市場環境中，電力部門必須提高電力系統的運行可靠性，最大限度地減少停機時間。為了實現目標，對電力系統的運行和維護提出了更高的要求。維護可分為故障維護和預防性維護兩種[1]。其中，故障維護指的是在停機狀態下進行的檢修工作，這樣的維護成本較高。為了避免設備發生重大故障，減少維修成本，可以進行預防性維護。在系統中實施預防性維護，應該先了解系統中各種參數的狀態，對系統的狀態進行監測。系統的狀態監測可以分為離線狀態和在線狀態監測兩種[2]。離線狀態監測必須在系統關閉的情況下才能觀察系統的參數，而在線狀態監測系統可以在系統處于運行狀態時觀察到相應的參數。這項研究工作的目的主要是識別和監測斷路器中涉及的各種參數，并將其反饋給數據采集與監視控制系統（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）或操作員。

1 SF6斷路器的功能

SF6斷路器的是一種用于在正常和故障條件下接通或斷開電路的裝置，它能夠接通、承載并切斷正常電流以及短路電流[3]。在變電站中，每一相線路可以設置一個或多個斷路器，為了保證足夠的安全距離，這些斷路器被安裝在支撐絕緣子上。每個斷路器有一組動、靜觸頭，其中動觸頭與操動機構相連，通過彈簧機構提供的能量進行開合閘動作。觸頭開合過程中產生的電弧通過合適的介質并采用合適的滅弧技術熄滅[4]。

2 系統參數和信號選擇

斷路器發生故障的位置如圖1所示，這些故障可分為高壓部件故障、控制電路故障以及操動機構故障3類[5]。一般地，運維人員通過觀察控制電路信號，可以初步判斷斷路器運行情況，為了更準確地反映斷路器狀態，可以選擇監測SF6氣體壓力、分合閘線圈電流、斷路器狀態、斷路器觸點行程時間、操作次數、儲能大小、斷路器剩余壽命以及彈簧充電時間。

圖1 斷路器故障位置

2.1 高壓部件

易發生故障的高壓部件有支持絕緣件、主觸頭以及滅弧室部件。有些故障發生時沒有任何指示，因此很難識別。通過氣體密度測量試驗測量倉體內SF6氣體壓力可以監測此類故障，還可以通過檢測觸頭的腐蝕和磨損程度來診斷高壓部件的狀況。

2.2 控制電路

斷路器的控制電路包括分合閘線圈、輔助觸頭以及直流電源。試驗人員通過測試斷路器分合閘線圈電流來判斷斷路器存在的缺陷。分合閘線圈電流參考曲線如圖2所示，斷路器的分合閘過程一共可分為以下幾個階段：（1）t0時刻接收到分合閘指令電流開始升高，一直到t1時刻鐵芯開始動作，這個階段的電流波形與線圈電阻和控制電源有關；（2）t2時刻鐵芯動作結束，t1～t2階段反映電磁機構是否存在失靈和卡澀等故障；（3）t3時刻線圈電流達到穩態，t2～t3階段反映傳動機構運動情況；（4）t4時刻，輔助開關打開，電流下降至0。

2.3 操動機構

操動機構中可監控的參數包括斷路器狀態、斷路器觸點行程時間、操作次數、儲能、斷路器剩余壽命、斷路器彈簧充電時間以及氣體壓力，各功能模塊如圖3所示。

圖3 操動機構各功能模塊圖

操動機構監控主要狀態參量的功能如下：（1）監控斷路器的位置，即斷路器是否處于斷開、閉合或無效位置；（2）斷路器觸點行程時間模塊計算閉合和斷開操作的斷路器觸點行程時間，可以使用兩種不同的方法計算。對行程時間模式進行設定，斷路器的觸點行程時間根據輔助觸點狀態變化之間的時間計算。在POSCLOSE輔助觸點打開和POSOPEN輔助觸點關閉之間測量打開行程時間；（3）使用操作計數器計算斷路器操作周期數，打開和關閉操作都包含在一個操作循環中，值在每次打開操作后更新；（4）使用儲能計算器計算該模塊的累積能量。因數y與當前指數一起進行設置，通過POSCLOSE輸入打開事件啟動計算，當電流平均值低于加速停止電流設置值時結束；（5）使用斷路器壽命估計器模塊計算斷路器的剩余壽命。如果跳閘電流小于額定操作電流，則斷路器的剩余操作將減少一次操作。如果跳閘電流大于額定故障電流，則可能的操作為零。根據制造商給出的跳閘曲線，計算這兩個值之間跳閘電流的剩余壽命；（6）使用斷路器彈簧充電指示子功能計算彈簧充電時間。彈簧充電時間測量包括兩個二進制輸入，即SPR_CHR_ST和SPR_CHR，分別指示彈簧充電開始和彈簧充電結束，充電時間由這兩個信號定時的差值計算得出。（7）使用氣體壓力監控子功能監控電弧室內的氣體壓力，通過二進制輸入信號PRES_LO_IN和PRES_ALM_IN進行監控。

3 結 論

本文介紹了一種在線狀態監測系統，該系統可以監測斷路器高壓部件、控制電路以及操動機構的各個參數進行，實時掌握斷路器的運行狀態，對斷路器重大故障的發生起到了提前預警的作用，降低了維護成本和系統停機時間，提高了電力系統的可靠性。