探討高壓斷路器的在線監(jiān)測(cè)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(yīng)用，其對(duì)局域電網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)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(gè)電網(wǎng)的供配電系統(tǒng)癱瘓，因此，對(duì)高壓斷路器進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)、故障診斷與排除對(duì)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(cè)；診斷

現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展使得城鄉(xiāng)地區(qū)主要?jiǎng)恿υ磸膫鹘y(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(zhǎng)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(jìn)行正常工作時(shí)常會(huì)根據(jù)實(shí)際的需要對(duì)某部分的供配電進(jìn)行限制、調(diào)節(jié)、保護(hù)、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(shí)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(duì)電網(wǎng)供配電流進(jìn)行切斷、限制、過(guò)流保護(hù)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(hù)供配電系統(tǒng)等作用。

（一）控制

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

（二）保護(hù)

斷路器的保護(hù)作用主要是指在電網(wǎng)中供配電正常工作時(shí)，對(duì)于由于短路、過(guò)載等引起的線路過(guò)流而進(jìn)行的強(qiáng)制性切斷電力供應(yīng)動(dòng)作，有些生產(chǎn)性企業(yè)對(duì)于部分價(jià)格較為昂貴、工作技術(shù)條件要求比較苛刻的電力設(shè)備會(huì)同時(shí)安裝過(guò)載保護(hù)斷路器和欠壓保護(hù)斷路器，以防止設(shè)備過(guò)載或者欠壓運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的設(shè)備機(jī)械故障。

目前社會(huì)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(jìn)行合理的選擇。

二、高壓斷路器的在線監(jiān)測(cè)與診斷

由于高壓斷路器一般是通過(guò)串聯(lián)的方式接入供配電系統(tǒng)動(dòng)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(shí)能否進(jìn)行及時(shí)的應(yīng)急響應(yīng)，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(jìn)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(dòng)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(yàn)，頻繁的開關(guān)操作以及過(guò)多的拆卸檢修會(huì)導(dǎo)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(dǎo)致供配電問(wèn)題。因此，對(duì)高壓斷路器進(jìn)行實(shí)時(shí)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(yùn)行的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外多年來(lái)對(duì)高壓斷路器故障的統(tǒng)計(jì)及在線監(jiān)測(cè)診斷的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)行條件下對(duì)高壓斷路器的在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有：斷路器動(dòng)作次數(shù)；開斷電流；線圈通路、線圈電流、線圈電壓；分合閘時(shí)間；斷路器的觸頭行程；斷路器的動(dòng)觸頭速度；斷路器操動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)；合閘彈簧狀態(tài)；導(dǎo)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(biāo)；液壓或氣壓機(jī)構(gòu)壓力及其啟動(dòng)次數(shù)；斷路器氣體密度；真空斷路器的真空度等。一般實(shí)際在線監(jiān)測(cè)中，考慮到工程量及監(jiān)測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)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(gè)方面。

（一）高壓斷路器的行程監(jiān)測(cè)

高壓斷路器的行程-時(shí)間特性曲線是高壓斷路器工作狀態(tài)機(jī)械特性的重要表征，是計(jì)算高壓斷路器分合閘速度的主要依據(jù)。目前在進(jìn)行高壓斷路器行程-時(shí)間特性曲線的測(cè)定中，一般用光電式位移傳感器與測(cè)量電路配合的方式進(jìn)行測(cè)量，如增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器、直線光電編碼器等。通過(guò)光電電路電流信號(hào)的大小來(lái)表征安裝在動(dòng)觸頭上的編碼器隨觸頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

（二）高壓斷路器分合閘線圈電流的測(cè)量與故障診斷

高壓斷路器分合閘動(dòng)作主要是通過(guò)磁極線圈的電流變化來(lái)進(jìn)行控制的，如在某過(guò)流保護(hù)斷路器中，當(dāng)主線路電流過(guò)大時(shí)交流電在電磁鐵中產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)，拉動(dòng)控制次級(jí)線圈電路的鐵心機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)次級(jí)電路的開啟、切斷達(dá)到切斷主線路通路的目的。因此對(duì)高壓斷路器的線圈電流的測(cè)量主要集中于了解二級(jí)控制回路的工作狀態(tài)，并由此分析出二級(jí)控制回路機(jī)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(dòng)作狀況，可以通過(guò)鐵芯運(yùn)動(dòng)與電流特性的關(guān)系反映出來(lái)，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(dòng)作狀況，預(yù)先發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)這類故障起到預(yù)防作用。分、合閘操作線圈是控制斷路器動(dòng)作的關(guān)鍵元件，，應(yīng)用霍爾電流傳感器可方便地監(jiān)測(cè)多種信息的分、合電流波形。分析每次操作監(jiān)測(cè)到的波形變化可以診斷出斷路器機(jī)械故障的趨勢(shì)。對(duì)發(fā)生概率最大、危害性也最大的拒動(dòng)、誤動(dòng)故障的診斷尤為有效。

（三）高壓斷路器振動(dòng)的監(jiān)測(cè)與診斷

對(duì)高壓斷路器振動(dòng)的監(jiān)測(cè)主要集中于在高壓斷路器工作、動(dòng)作過(guò)程中容易產(chǎn)生的、產(chǎn)生較大振動(dòng)危害的、機(jī)械故障率較高的部位安裝遠(yuǎn)程振動(dòng)傳感器，通過(guò)分析振動(dòng)傳感器記錄并傳輸回的振動(dòng)記錄信號(hào)來(lái)判斷該部位機(jī)械振動(dòng)狀況，對(duì)于機(jī)械振動(dòng)信號(hào)明顯強(qiáng)于正常狀況的高壓斷路器需要進(jìn)行及時(shí)的檢修與保養(yǎng)。采用高壓斷路器遠(yuǎn)程振動(dòng)傳感器的好處是能夠方便、及時(shí)的獲得斷路器工作狀態(tài)的機(jī)械振動(dòng)狀況，并從記錄數(shù)據(jù)中分析出機(jī)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(chǎng)的干擾，可靠性較高。

（四）高壓斷路器電壽命的測(cè)量

斷路器的電壽命通常指一個(gè)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(shí)的壽命。高壓斷路器電壽命的測(cè)量主要集中對(duì)于斷路器觸頭的電磨損的監(jiān)測(cè)。由于高壓斷路器需要經(jīng)常動(dòng)作，導(dǎo)致其動(dòng)靜觸頭常在摩擦中產(chǎn)生損耗，而且由于通電過(guò)程中的電化學(xué)腐蝕作用，使得觸頭磨損相對(duì)于一般機(jī)械設(shè)備較為嚴(yán)重?，F(xiàn)行條件下對(duì)高壓斷路器進(jìn)行電壽命測(cè)量時(shí)一般采用累積開斷電流及開斷電流次數(shù)的方式來(lái)估計(jì)電磨損程度。但在實(shí)際監(jiān)測(cè)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(dǎo)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(duì)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(jìn)行電壽命測(cè)量的結(jié)果不夠準(zhǔn)確，考慮供電穩(wěn)定安全而進(jìn)行過(guò)多的拆卸更換造成了很多不必要的資源浪費(fèi)。

結(jié)語(yǔ)：

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(duì)其的在線監(jiān)控顯得尤為重要，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)控能夠了解其正常工作狀態(tài)并對(duì)其不動(dòng)作或誤動(dòng)作等故障的產(chǎn)因進(jìn)行診斷以方便排除，對(duì)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(huì)用電穩(wěn)定與安全。

參考文獻(xiàn)：

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

[3]吳忠良.高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展[J].電氣開關(guān)，2011（01）.

[4]郭小燕.高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用[J].電子世界，2014（16）.

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