高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究

孫 霞

江蘇油田試采二廠技術(shù)監(jiān)督科，江蘇 金湖 211600

1 概述

變電所10KV高壓斷路器的正常運(yùn)行關(guān)系著電力系統(tǒng)的正常供電，保證著工廠企業(yè)的正常用電。為了實(shí)時獲取高壓斷路器的運(yùn)行狀態(tài)，電力企業(yè)人員不斷研究高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)，并對高壓斷路器狀態(tài)進(jìn)行分析，評估斷路器是否存在健康運(yùn)行，是否存在潛在的故障缺陷，進(jìn)而規(guī)劃斷路器的狀態(tài)監(jiān)測。

2 高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測的項(xiàng)目

對高壓斷路器一般進(jìn)行如下幾項(xiàng)的狀態(tài)監(jiān)測

（1）合、分閘線圈電流的監(jiān)測

分、合閘線圈及鐵芯是斷路器操作機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵元件，控制著斷路器的開斷。當(dāng)分、合閘線圈有電流通過時，會在鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生磁通，用磁力吸引動鐵芯，帶動機(jī)械裝置，使彈簧釋放能量，拉開或合上斷路器。從能量角度分析，分、合閘線圈是將電能轉(zhuǎn)化為磁能，最終以機(jī)械能的形式輸出，分合閘時線圈電流的典型波形如圖1所示。

t0-t1時間內(nèi)，線圈中電流逐漸增加，磁通逐步加大，為動鐵芯提供的吸引力逐漸增加。到達(dá)t1時，動鐵芯開始動作直到t2時間，動鐵芯觸動操作機(jī)械傳動系統(tǒng)，帶動觸頭開始分合閘動作。t2-t3時間為觸頭動作時間，t3-t4時間為維持階段是上一個階段的延續(xù)。t4-t5時間是輔助觸頭切斷電流的階段。

對線圈電流進(jìn)行監(jiān)測，分析I1、I2、I3、t1、t2、t3等特征值能夠了解斷路器操作機(jī)構(gòu)的健康情況，如t1至t2時間間隔偏長，并且有多個電流峰值出現(xiàn)，則說明動鐵芯動作出現(xiàn)卡澀。若t2至t3時間間隔偏長，則說明包括彈簧在內(nèi)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生卡滯。

（2）機(jī)械振動信號的監(jiān)測

在斷路器分合閘時，操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部零件接觸碰撞會引發(fā)機(jī)械振動，與對線圈電流的監(jiān)測分析類似，對振動信號進(jìn)行監(jiān)測分析，亦會了解斷路器操作機(jī)構(gòu)的健康情況。以斷路器分閘為例，分析過程中幾個重要的沖擊振動信號，當(dāng)動鐵芯接觸操作機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)時會產(chǎn)生一個沖擊振動信號；當(dāng)包括彈簧在內(nèi)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)觸動觸電進(jìn)行分閘操作時會產(chǎn)生一個較強(qiáng)的沖擊振動信號；當(dāng)觸頭運(yùn)動到位進(jìn)行制動緩沖時，亦會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊振動信號。由此可見，各沖擊振動信號與斷路器內(nèi)部零件運(yùn)動狀態(tài)成對應(yīng)狀態(tài)。這些振動信號為斷路器狀態(tài)監(jiān)測提供了重要的分析數(shù)據(jù)。

圖1 線圈電流波形

（3）開斷電流及電壽命監(jiān)測

電壽命指滅弧室在多次開斷短路電流后，因觸頭燒損無法正常工作開斷短路電流，需更換斷路器時的壽命。電壽命的監(jiān)測常采用開斷短路電流累加法。

斷路器開斷短路電流會產(chǎn)生強(qiáng)大的電弧對斷路器造成不可逆的電損傷，當(dāng)開斷電流累加到超過上限值時，便達(dá)到了斷路器的電壽命，需更換新的斷路器。

用式子（2-1）來計算電壽命，式（2-1）中Q為電磨損量，當(dāng)Q達(dá)到上限，則電壽命達(dá)到上限，式（2-1）中Ici為第i次開斷電流的有效值，n為總共進(jìn)行短路電流的開斷次數(shù)。用式（2-2）來第i次開斷電流的有效值Ici，式（2-2）中T0為第i次開斷短路電流時的時間，ici為為第i次開斷短路電流。

（4）滅弧介質(zhì)的監(jiān)測

目前斷路器常采用真空滅弧或是SF6氣體滅弧。對于真空斷路器，還需對其真空度進(jìn)行監(jiān)測，由于慢性漏氣或者是真空滅弧室元件漏氣會造成真空度不斷降低，當(dāng)?shù)陀?. 2× 10?2Pa時，真空室便不能夠可靠工作，留下隱患。

對于SF6斷路器，主要要監(jiān)測SF6氣體含水量和泄露情況，SF6氣體濕度反映斷路器的絕緣情況，而SF6氣體的壓力則反映氣體的泄漏情況。

（5）其他監(jiān)測項(xiàng)

對斷路器進(jìn)行更全面的狀態(tài)監(jiān)控還進(jìn)行下列幾項(xiàng)的狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測。

行程-時間特性監(jiān)測，行程-時間曲線是計算觸頭的行程、超行程；觸頭的開距；分、合閘的速度、時間等機(jī)械特性的依據(jù)。主要靠位移傳感器測量觸頭的行程-時間關(guān)系，并能分析出如連桿磨損、松動、卡澀、變形等機(jī)械故障隱患。

接點(diǎn)溫度監(jiān)測，對斷路器的接點(diǎn)溫度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)溫度超過設(shè)定的閾值上限時，發(fā)出警報信號。也可計算出單位時間內(nèi)溫度上升的幅度，當(dāng)溫升超過設(shè)定的閾值上限時，發(fā)溫升警報信號。這樣可以更好地保護(hù)斷路器，延長斷路器的工作壽命。

此外監(jiān)測項(xiàng)還可包括泄漏電流，斷路器動作總次數(shù)等等。

3 結(jié)語

本文主要對10kV電壓等級的高壓斷路器的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了研究，對斷路器的合、分閘線圈電流、機(jī)械振動信號、開斷電流及電壽命、滅弧介質(zhì)等監(jiān)測項(xiàng)目的特性原理進(jìn)行了闡述說明。通過分析這些監(jiān)測參數(shù)，電力運(yùn)行人員能夠?qū)崟r掌握斷路器的工作狀態(tài)，評估斷路器的健康狀態(tài)，是否要進(jìn)行檢修。

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