斷路器檢修方式及特性儀器的改進(jìn)

趙宏達(dá)

引言：高壓斷路器在電力系統(tǒng)當(dāng)中占據(jù)著關(guān)鍵地位，能夠在出現(xiàn)故障的情況下，及時切斷故障點(diǎn)，保障整個電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，對斷路器進(jìn)行及時的檢測和維修是非常必要的。一般情況下，使用的是先停電再對斷路器進(jìn)行檢修的離線檢修方式，但是這種方式會對電力系統(tǒng)的正常使用造成很大的不便。而在線檢修方式相對而言就比較優(yōu)勢。本文先對當(dāng)前使用的斷路器檢修方式進(jìn)行了介紹，闡述了離線檢修方式所存在的不足，然后提出推廣使用在線監(jiān)測技術(shù)，分析了這種技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及功能特性，同時提出結(jié)合使用集成式的斷路器特性測試儀對于斷路器特性儀器的改進(jìn)，探究了在線監(jiān)測的發(fā)展方向。

高壓斷路器是電力系統(tǒng)當(dāng)中及其重要的一種設(shè)備，而且使用數(shù)量繁多、體積龐大。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的時候，高壓斷路器為電能的供給提供保障，而一旦出現(xiàn)故障，高壓斷路器可以立即將故障發(fā)生點(diǎn)隔斷，使整個電力系統(tǒng)仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但是如果高壓斷路器出現(xiàn)故障，就無法對電力系統(tǒng)的事故點(diǎn)進(jìn)行隔斷，點(diǎn)故障就會波及更大的范圍變成面故障，后果難以估計。因此，對高壓斷路器進(jìn)行及時的檢測，是保障電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。此外，相比于其他設(shè)備，在高壓斷路器上的投資往往很高，據(jù)不完全統(tǒng)計，使用在高壓斷路器上的檢修費(fèi)用超過整個變電站維修費(fèi)用的50%，但是效果卻并不盡如人意。因此，及時改進(jìn)檢修方式，使用更加可靠經(jīng)濟(jì)，且不影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的檢修方式是很重要的。

一、當(dāng)前使用的斷路器檢修技術(shù)與方式

按照高壓斷路器檢測技術(shù)的發(fā)展來看，主要有離線檢測、周期性在線檢測以及長期在線檢測三種，但是后兩種在線監(jiān)測技術(shù)還未發(fā)展成熟，目前離線檢測還是占據(jù)著主要地位。所謂離線檢測，往往需要在檢修之前，先下達(dá)停電通知，之后，工作人員才可以斷開高壓斷路器進(jìn)行檢修。檢修的具體內(nèi)容一般包括測試分合閘的速度、所需時間、同期性等。一次徹底的檢修往往要花費(fèi)一整天的時間，一般情況下，都不會檢測出什么問題。與其他電力設(shè)備相比，由于檢測停電所造成的損失要高出很多。

一般來說，高壓斷路器的檢修方式包括狀態(tài)檢修、事后維修以及定期檢修，其中功能最重要的應(yīng)該屬于狀態(tài)檢修，這是一種能夠及時排除故障并且最為經(jīng)濟(jì)的檢修方法。通過對高壓斷路器工作狀態(tài)做出評估，解釋異常情況的發(fā)生原因，然后實(shí)行排查工作并且及時做出處理，在事故沒有發(fā)生之前就將其扼殺，這種未雨綢繆的維修方式很好地對故障進(jìn)行了預(yù)防，也減少了事后維修的次數(shù)，節(jié)省了大量的人力物力。但是這種維修方式需要正確的判斷依據(jù)，只有在對可能出現(xiàn)故障的部位進(jìn)行了準(zhǔn)確的分析之后，才可以實(shí)施狀態(tài)檢修。

二、斷路器離線檢修方式中所存在的不足

這種檢測方式有三處缺點(diǎn)：（1）檢修的時候需要斷電，影響正常供電，往往大范圍檢修一次需要一天，這對于一個企業(yè)來講，損失是相當(dāng)大的；（2）檢修的流程過于繁瑣，檢修方式過于陳舊，不夠與時俱進(jìn)；（3）離線時候的檢測往往無法真實(shí)反映斷路器在正常工作過程中的狀態(tài)，因為有負(fù)載和無負(fù)載狀態(tài)下的斷路器的性能存在很大差異，尤其是在線狀態(tài)下，可能會產(chǎn)生大電?。唬?）離線狀態(tài)不存在電弧，也就不能檢測斷路器的滅弧時間，而滅弧時間是斷路器的一項重要特征參數(shù)。

三、檢測方法的改進(jìn)

1、在線檢測的基本概念

在離線檢修無法滿足當(dāng)前需求的情況下，積極發(fā)展高壓斷路器的在線監(jiān)測顯得尤為重要。高壓斷路器在線檢修系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的技術(shù)系統(tǒng)，其將傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)以及在線檢測技術(shù)完美的結(jié)合在一起，功能完整強(qiáng)大，能夠?qū)崟r監(jiān)控高壓斷路器的工作狀態(tài)，及時對故障做出分析，對隱患做出預(yù)警提示，并且能夠?qū)Ω髦匾考氖褂脡勖M(jìn)行科學(xué)的計算，便于狀態(tài)檢修的正確實(shí)施。

2、在線檢測的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

高壓斷路器在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布極有層次，具體分為主系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)以及分布式監(jiān)測裝置。其中分布式監(jiān)測裝置實(shí)質(zhì)上是設(shè)置在各個監(jiān)測斷路器部位的單片微機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)搜集電氣以及機(jī)械方面的數(shù)據(jù)，搜集完之后再將數(shù)據(jù)利用通信系統(tǒng)傳送到主站系統(tǒng)。主站系統(tǒng)主要功能是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的整合計算分析、圖形顯示以及與下位機(jī)的聯(lián)系等等。

四、在線檢測系統(tǒng)的主要功能

1、監(jiān)測診斷斷路器操動機(jī)構(gòu)

對于斷路器操動機(jī)構(gòu)的監(jiān)測，主要的監(jiān)測量包括斷路器合分閘線圈電流大小、操作過程機(jī)械振動頻率以及行程、分合閘控制電源電壓大小等。在檢測到這些數(shù)據(jù)之后，要進(jìn)行合分閘時間、行程、速度等特征參數(shù)的計算，特征參數(shù)的趨勢分析，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，以及操作故障的預(yù)警與報警動作等。

2、監(jiān)測診斷斷路器觸頭點(diǎn)壽命

對于斷路器觸頭點(diǎn)壽命的監(jiān)測，主要對斷路器開斷的次數(shù)以及電流的大小進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，統(tǒng)計好數(shù)據(jù)之后，再根據(jù)公式計算壽命，然后研究壽命的變化趨勢，對達(dá)到壽命極限的情況提前做好準(zhǔn)備，一旦發(fā)現(xiàn)非正常值，應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行預(yù)警和報警動作。

3、監(jiān)測診斷斷路器的儲能機(jī)構(gòu)

對于斷路器的儲能機(jī)構(gòu)的監(jiān)測，主要對儲能機(jī)構(gòu)的工作電流、動作時間以及工作電壓的特征參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，統(tǒng)計好數(shù)據(jù)之后，再根據(jù)公式對其進(jìn)行計算，分析參數(shù)的發(fā)展趨勢，對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)估，一旦發(fā)現(xiàn)非正常值，應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行預(yù)警和報警動作。

五、高壓斷路器常見故障的診斷途徑

1、操動機(jī)構(gòu)的常見故障及診斷

操動機(jī)構(gòu)一般容易出現(xiàn)控制電源事故，分合閘線圈的故障，以及機(jī)械零部件的故障等，這些瑣碎的故障往往會引發(fā)整個設(shè)備的不作為、誤動作或者整體性能的下滑。及時對這些故障進(jìn)行診斷和預(yù)防，可以盡量減少損失，一般采用分合閘控制電源電壓去評估電源是否在正常工作，采用線圈電流以及分合閘控制電源電壓去評估線圈當(dāng)前狀態(tài)的好壞，采用輔助接點(diǎn)、觸頭的動作行程、振動頻率去評估當(dāng)前零部件的工作狀態(tài)。

2、觸頭部分的常見故障及診斷

磨損是觸頭最常見的故障，觸頭的磨損會直接影響斷路器的工作性能，磨損嚴(yán)重的情況可能導(dǎo)致斷路器沒有辦法正常工作。一般利用檢測開斷電流的大小與開斷的次數(shù)，去評估觸頭電的使用壽命，在壽命達(dá)到極限之前及時更換掉磨損的觸頭，換上新的觸頭，保證斷路器的正常工作。

3、儲能機(jī)構(gòu)的常見故障及診斷

電機(jī)、電機(jī)電源、零部件的損壞是儲能機(jī)構(gòu)部分最為常見的故障源，可以直接引起斷路器無法啟動。一般采用檢測電壓大小來判斷電源的好壞，檢測電流大小來判斷線圈的好壞、利用輔助接點(diǎn)來判斷零部件的好壞。由此可見，每一個微小部位的故障都有可能引起整個斷路器的故障，而斷路器的故障最終會對整個電力系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，因此，應(yīng)當(dāng)對斷路器的每一個部分都進(jìn)行仔細(xì)的檢修，確保萬無一失。

六、特性儀器的改進(jìn)

在在線監(jiān)測特性儀器的使用上，目前使用效果比較好的是集成式的斷路器特性測試儀，這也是目前在線檢測方式中比較有發(fā)展前景的一種儀器。在使用測試儀采集信號的時候需要在斷路器的開關(guān)柜里設(shè)置電磁干擾采集模塊，防止外圍的高壓對信號造成干擾。在設(shè)備得到分合閘的指示之后，進(jìn)行計時，到出現(xiàn)電磁干擾情況的時間段屬于形成電弧的時間，到電磁干擾結(jié)束的時間段是觸頭分開的時間。由此可見，這種集成式斷路器特性測試儀既可以檢測出分合閘的時間，也可以檢測出判斷斷路器是否老化的真空包滅弧的時間。

為了有效的阻斷相鄰斷路器之間的互相干擾，可以將斷路器封閉于接地的金屬柜內(nèi)，這樣儀器采集到的電磁干擾數(shù)據(jù)就是每個斷路器自身的數(shù)據(jù)。利用這樣的儀器，在線監(jiān)測也顯示非常簡單，可以隨時測量到斷路器每次動作的特性參數(shù)，而且在斷路器工作狀態(tài)下監(jiān)測的數(shù)據(jù)更加具有參考價值。一旦發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，可以及時進(jìn)行預(yù)警，并且讓工作人員對異常的部分進(jìn)行狀態(tài)檢修。

七、總結(jié)

綜上所述，離線檢測不僅檢測結(jié)果不夠準(zhǔn)確，無法獲得斷路器動作狀態(tài)下的實(shí)時數(shù)據(jù)，而且由于停電而造成的損失比較大，操作比較繁瑣，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前高壓斷路器檢修的需求，通過對在線檢測的系統(tǒng)功能、基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析之后，發(fā)現(xiàn)在線檢測不僅可以減少停電次數(shù)，降低經(jīng)濟(jì)損失，而且獲得的是實(shí)時數(shù)據(jù)，更具參考性，更是為功能最重要的狀態(tài)檢測提供了有力依據(jù)。此外，結(jié)合以集成式斷路器特性測試儀的在線監(jiān)測，可以有效提高斷路器檢修的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，可以獲得更加精確的數(shù)據(jù)信息，幫助正確評估斷路器當(dāng)前的工作狀態(tài)，也是在線監(jiān)測未來發(fā)展的一個新趨勢。

（作者單位：邵陽學(xué)院） 指導(dǎo)老師：趙乘麟