帶自動(dòng)重合閘功能的塑殼斷路器常見故障及預(yù)防

范立奎

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司冠縣供電公司，山東聊城，252500）

1 帶自動(dòng)重合閘功能的塑殼斷路器常見故障

1.1 剩余電流動(dòng)作死區(qū)

在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，保護(hù)器卻經(jīng)常出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，這時(shí)由于剩余電流互感器檢測(cè)出電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)存在的剩余電流與故障漏點(diǎn)電流的矢量和，這個(gè)矢量和所顯示的剩余電流幅值，往往會(huì)小于動(dòng)作值，從而導(dǎo)致保護(hù)器失靈，出現(xiàn)故障漏點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作死區(qū)。

1.2 短路故障

短路故障時(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中最為常見的故障之一，其產(chǎn)生的瞬間會(huì)釋放巨大的能量，往往會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)和電力設(shè)備造成巨大的損傷。一般來(lái)說(shuō)，帶自動(dòng)重合閘功能的塑殼斷路器會(huì)設(shè)置短路延時(shí)保護(hù)和瞬時(shí)保護(hù)兩種方式：短路延時(shí)保護(hù)分為定時(shí)限保護(hù)和反時(shí)限保護(hù)，可以通過(guò)控制器來(lái)設(shè)置；瞬時(shí)保護(hù)是為彌補(bǔ)延時(shí)保護(hù)功能的缺陷而設(shè)置的，要求當(dāng)短路故障爆發(fā)時(shí)，斷路器能夠在20ms內(nèi)產(chǎn)生通斷動(dòng)作（圖1）。但是，如果相應(yīng)的短路保護(hù)裝置能正常分?jǐn)喽搪冯娏鳎p則引起上級(jí)保護(hù)開關(guān)延時(shí)保護(hù)，造成較大范圍的停電，重則引發(fā)的水災(zāi)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，給生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)隱患[1]。

1.3 電壓故障

電壓故障主要包含了過(guò)壓故障、欠壓故障和失壓故障。過(guò)壓故障是指電力系統(tǒng)中的產(chǎn)生內(nèi)部過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓，從而導(dǎo)致電力設(shè)備內(nèi)部電壓過(guò)大，絕緣體失效，造成機(jī)械設(shè)備的損失；欠壓故障是指，在低電壓狀態(tài)下，電力設(shè)備出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩縮小，轉(zhuǎn)速下滑的現(xiàn)象，從而使得運(yùn)行電流增大產(chǎn)生多電流的現(xiàn)象，長(zhǎng)此以往將產(chǎn)生大的熱效應(yīng)縮短電動(dòng)設(shè)備的壽命；失壓故障是指電動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，其接觸器線圈電流消失，而失去電磁力的失壓脫扣器或控制器難以吸住動(dòng)鐵心，而造成了主觸頭的斷開。

圖1 典型的短路保護(hù)原理圖

2 預(yù)防帶自動(dòng)重合閘功能的塑殼斷路器常見故障的措施

2.1 完善斷路器維修決策

完善斷路器維修決策需要著重考慮帶自動(dòng)重合閘功能的塑殼斷路器在電力系統(tǒng)的重要程度，以調(diào)節(jié)維修資源的傾斜程度。首先，可以基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣思想綜合考量維修決策（圖2）。依舊設(shè)備狀態(tài)和設(shè)備的重要程度兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，以衡量維修決策的合理性和科學(xué)性，但這種決策模型本身信度和效度都存在缺陷， 并且缺乏物理意義明確的比較指標(biāo)，因而很難降低系統(tǒng)的故障風(fēng)險(xiǎn)。

其次，可以通過(guò)制定斷路器維修決策圖，將斷路器自身狀態(tài)和對(duì)系統(tǒng)的影響程度結(jié)合起來(lái)，以制定維修計(jì)劃，其斷路器i的維修決策指標(biāo)為：

對(duì)帶自動(dòng)重合閘功能的塑殼斷路器進(jìn)行預(yù)防性維修能夠有效降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，為用戶提供良好的電力服務(wù)。因而，在進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢修時(shí)要依照斷路器運(yùn)行的正常狀態(tài)、注意監(jiān)測(cè)、適時(shí)維修、緊急維修四種情況合理安排維修活動(dòng)，并將其與維修指標(biāo)M進(jìn)行對(duì)應(yīng)，明確這四種情況在維修決策圖中的邊界，通過(guò)計(jì)算以確定維修水平和維修的先后順序（圖3）。另外，值得注意的是，如果斷路器自身的狀態(tài)已經(jīng)很差了，即使它在系統(tǒng)中的重要程度較低，也應(yīng)該安排技術(shù)人員進(jìn)行維修，以避免帶來(lái)安全隱患。

圖2 基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣思想的維修決策

圖3 斷路器的維修決策圖

最后，要完善維修決策步驟。將斷路器i的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，并對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估，通過(guò)計(jì)算獲取斷路器狀態(tài)指標(biāo)的概率分布和異常狀態(tài)概率。隨后將異常狀態(tài)概率與初始門檻值進(jìn)行比較，建立電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型并進(jìn)行維修決策[2]。

2.2 優(yōu)化硬件電路設(shè)計(jì)

帶自動(dòng)重合閘功能的塑殼斷路器的硬件電路是由開關(guān)電源電路、剩余電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路等多項(xiàng)結(jié)構(gòu)所組成的，對(duì)電流的流暢運(yùn)行具有重要的作用。首先，電源電路能夠?qū)殡娏Φ牧鲿尺\(yùn)行提供工作電壓，帶自動(dòng)重合閘功能的塑殼斷路器的可以采用反激式的開關(guān)電源，其電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，功能穩(wěn)定性強(qiáng)并且對(duì)器件的要求不高，具有較強(qiáng)的性價(jià)比；其次，對(duì)于剩余電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)上，可以通過(guò)設(shè)計(jì)反向二極管對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行線性放大，并設(shè)計(jì)基于反向放大電路的改進(jìn)型信號(hào)放大電路圖，與此同時(shí)，需要注意的是，運(yùn)算放大器的選擇應(yīng)該盡可能的小，以減少失調(diào)電壓和失調(diào)電流的額度。再次，設(shè)計(jì)電壓檢測(cè)電路時(shí)，應(yīng)該包含分壓電路和電壓信號(hào)調(diào)理電路兩個(gè)部分。對(duì)于分壓電路建議采取星形解法，以串聯(lián)的方式將電壓信號(hào)進(jìn)行分壓并傳遞到電壓信號(hào)調(diào)理電路。此外，在設(shè)計(jì)電流檢測(cè)電路時(shí)，要設(shè)計(jì)限流電阻器和限壓二極管以維持電流的穩(wěn)定，無(wú)源濾波器的設(shè)置也是十分有必要的，它能夠過(guò)濾掉高噪音信號(hào)，以降低噪音干擾。最后，還需要設(shè)計(jì)脫扣器驅(qū)動(dòng)電路，以防備特大短路電流故障的爆發(fā)。對(duì)脫扣器驅(qū)動(dòng)電纜廠進(jìn)行模擬能夠彌補(bǔ)數(shù)字脫扣驅(qū)動(dòng)電路的缺陷。例如，可以采用可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC3083傳輸脫扣信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)后端線路的保護(hù)（表1）。

表1 MOC3083電氣特性

2.3 優(yōu)化軟件電路設(shè)計(jì)

圖4 顯示按鍵流程圖

首先，對(duì)于信號(hào)采集程序的編寫要依據(jù)有效值算法進(jìn)行計(jì)算和分析，可以采用定時(shí)器，設(shè)定合理的采用周期和采樣點(diǎn)，以固定的采樣頻率對(duì)剩余電流信號(hào)、電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行采集。其次，是設(shè)置故障判斷處理程序，將采樣處理完畢的電信號(hào)與事前設(shè)定的故障閾限進(jìn)行比較，以辨別故障存在的可能性，如果判定線路存在故障，可以通過(guò)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行自檢并對(duì)故障進(jìn)行切除。再次，要設(shè)定按鍵與顯示程序，通過(guò)串聯(lián)的方式將液晶顯示器（Liquid Crystal Display 簡(jiǎn)稱LCD）與微處理器進(jìn)行連接，以保障技術(shù)人員和操作人員能夠通過(guò)LCD直觀的獲取線路參數(shù)以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，優(yōu)化延時(shí)處理系統(tǒng)，以消除按鍵的抖動(dòng)和干擾也是十分有必要的（圖4）。最后，要完善通訊模塊程序設(shè)計(jì)，可以選用給予標(biāo)準(zhǔn)RS485接口的通信模塊，將帶自動(dòng)重合閘功能的塑殼斷路器與上位機(jī)以串口的方式進(jìn)行通信，并采取不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)方式，以滿足Modbus網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的需求。隨后要將所接收到的信息存儲(chǔ)至緩沖區(qū)，通過(guò)啟動(dòng)串口發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)完成一次通信。