浅谈高压断路器状态检修

浅谈高压断路器状态检修

李莹黄资江

1广东明阳龙源电力电子有限公司广东省中山市528437；

2广东明阳龙源电力电子有限公司广东省中山市528437

摘要：高压断路器作为发电和用电之间的联系环节，其可靠运行对于保证电网的安全意义重大。近十年的统计数字表明，我国每次断路器事故平均损失的电量达数百万千瓦时，它所导致的损失为设备本身价格的数倍甚至数万倍。因此，电力运营部门对保证高压断路器的运行可靠性提出了迫切的需要和更高的要求。本文分析了高压断路器状态检修的相关内容。

关键词：高压断路器；状态检修；内容

为了保证电气设备安全而可靠地运行，电力部门每年都需要定期对电气设备停电进行预防性试验，根据试验结果进行维修。目前对高压断路器运行状态的检查主要是通过停电测试断路器操动机构的机械运行特性和绝缘状况，由于运行人员无法及时掌握断路器操动机构的机械运行状况，导致在预防性维修周期内也常有事故发生。

一、高压断路器状态检修的意义

1.提高设备工作效率。高压断路器设备状态检修之前，需要做好相关的准备工作，设备状态管理工作在传统手工作业的基础上，有效地减轻了劳动强度，提高了电力设备的工作效率。另外，高压短路状态检修准备工作可以借助原有的信息系统，最大程度了解设备的基本运行状态，工作人员可以以此制定完善的维修计划。

2.减少设备故障，节约配品经费。设备故障是建筑电力系统中常发生的问题，通过高压断路器状态检修可以有效避免设备故障的产生。减少设备故障后，还能提高作业效率，减少因设备故障而产生的不必要的维修作业，从而提高检修工作的效益。另外，在有限的时间内扩大了检修效率，作业人员可以利用重组的时间安排设备备件，从而节约大量配品经费。

二、高压断路器状态检修

1.断路器行程特性的监测。随着计算机及电子技术的发展，现在可以记录开关每次动作的动触头的行程—时间特性曲线，再结合其他参数，可以提取各种机械动作的参数，如计算动触头的合、分闸操作的时间、动触头行程、动触头的刚分（合）速度、及动触头运动的平均速度和最大速度与速度曲线等。一般说来，各种机械动作的参数都有其最佳的取值范围，如动触头的最大分（合）闸速度不宜过大，否则会对机构的零部件造成很大的撞击，给缓冲器工作带来负担；若分、合闸速度过小，又会造成动触头不能可靠地进行分、合闸操作，使断路器失去保护和控制功能。因此对于断路器动触头的行程—时间曲线的监测是很重要的，是高压断路器状态监测的一项重要内容。

2.分合闸线圈电流的监测。断路器在每次合、分闸过程中，线圈的电流是随时间变化，变化波形中蕴藏着极为重要的信息。电磁铁线圈的电流波形中含有很多信息，反映电磁铁本身以及所控制的锁门或阀门以及连锁触头在操动过程中的工作情况，如铁心运动机构有无片滞，脱扣、释能机械负载变动的情况，线圈的状态（如电阻是否正常），与铁心项杆连接的锁门和阀门的状态。通过对合、分闸操作线圈动作电流的监测，可以大致了解断路器二次控制回路的工作情况及机械操动机构状况等，为检修提供一个辅助判据。高压、超高压断路器大多配液压、弹簧、气动等操动机构，这类机构的分合闸脱扣电磁铁，在长期运行中常发生弯曲变形、锈涩或脏污粘滞使电磁铁动作不畅而导致断路器拒动，此类故障每年约占全国开关拒动、误动总事故率的26.1%。而电磁铁铁芯的动作状况，可以通过铁芯运动与电流特性的关系反映出来，如果能记录分合闸脱扣电磁铁的电流波形，便可掌握铁芯的动作状况，预先发现问题，对这类故障起到预防作用。分、合闸操作线圈是控制断路器动作的关键元件，应用霍尔电流传感器可方便地监测多种信息的分、合电流波形。分析每次操作监测到的波形变化，可以诊断出断路器机械故障的趋势。对发生概率最大、危害性也最大的拒动、误动故障的诊断尤为有效。

3.振动信号在线监测。国内外几乎所有针对断路器振动检测的研究都集中在对振动信号的分析和处理上。国外在这方面的工作开展较早，已有很多国家开展了相应的研究工作，如美国，挪威、澳大利亚、日本等，至今为止已经确定了一些较为实用的振动信号处理方法，并逐渐应用到实际的断路器状态检测系统中。不同的断路器状态下，振动信号的时域包络线会表现出一定的差异，并由此提出了一种基于振动信号包络分析的分析方法。在此方法的基础上，研制出一套便携式的断路器振动信号分析系统，已经在多台115kV及以上的油断路器和SF6断路器上得到了成功的应用，该系统能正确识别出绝缘拉杆缩短、弹簧压缩过度、触头磨损以及缓冲器失效等几种机械故障。缺点是在确定正常状态下振动信号的平均包络之前需要积累大量的运行和试验数据，由于多次机械振动信号之间的分散性使得振动信号的平均包络难以确定。另外，对故障类型的分辨上也存在一定的困难。挪威电力研究院的研究人员采用加窗傅立叶变换的方法得到了断路器振动信号的时频表示，再结合动态时间归整（DTW）法，计算出测试状态与基准状态之间振动信号的动态时间距离，从而对断路器的状态进行判断。DTW分析方法对振动波出现时间的变化有较高的灵敏度，能反映触头运动过程中机构零部件工作状态的一些变化（如润滑不良、曲柄卡滞、触头位置不正常等）。但是，这种方法对信号强度变化的反映较差，此外运算过程中需要的数据存储量近似与信号长度的平方成正比，对检测装置的要求很高。

4.高压断路器状态的软件诊断方法。实现软件诊断需要两部分的基础信息，一部分是上文所说的硬件传感器所获得的各项实时数据，另一部分是各种指标的标准值，以及此前所采集的数据，以及试验时所获得的数据。前一部分反映了设备现在所处于的状态，后一部分是分析及其所处状态的判断依据。用于软件诊断的数据库就是由这两部分构成。其具体过程是把硬件传感器所获得的各项实时数据，结合数据库，由计算机的专门软件进行分析判断，对设备的现有状态做出评估，并且预测机器将来发展方向，为技术人员确定设备是否需要立即停机检查和排除故障，或者是什么时候检修最佳，需要检修哪些地方，从而最大限度避免出现事故。

三、现行的高压断路器状态检修存在的问题

1.资金及技术问题。状态检修需要采集众多实时数据，要用到许多硬件设备，投入比较大，而且需要专门的技术人员保证这套系统的正常运行，同时也需要经验的积累。

2.由于状态检修是一个比较新的高压断路器检修模式，作为软件检测方法一的重要支撑的历史数据数据库严重不足，而且部分数据的准确性等待考证，现在录入的数据又没有科学的管理，这些都可能导致判断失误。

3.就软件方法判断中的软件来说，目前的算法都是从先前的经验中所总结出的，可靠性大打折扣，所得出的判断结果有大量的不确定因素。

总之，高压断路器的状态检修在建筑电力系统中发挥着重要的作用，无论是国家电网还是小区用电电网都必须通过高压断路器状态检修来明确机电设备的运行状况，从而促进国民经济的发展。为此，检修人员应该明确高压断路器状态检修的步骤，从建立高压断路器信息着手，到重视系统功能的发挥，为我国电网整体水平的提高提供坚实的保障。

参考文献：

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[2]黄瑜珑，钱家骊.高压断路器机械状态的监测[J].清华大学学报（自然科学版），2014，（4）.

[3]冯烨.高压断路器在线监测系统在乌兰察布电网中的应用研究[D].华北电力大学，2013.