高压断路器的在线监测方法

福建省电力有限公司 漳州电业局 陈艺鑫

高压断路器的在线监测方法

福建省电力有限公司 漳州电业局 陈艺鑫

高压断路器是能开断、闭合和承载运行状态的正常电流，并能在规定时间承载、闭合和开断异常电流（如短路电流）的电器设备。其工作特点是瞬时从导通状态变为绝缘状态或者瞬时从绝缘状态变为导通状态。在电力系统中，有效地运用高压断路器的控制和保护功能来保证电网的安全、可靠运行具有实际意义。

一、断路器的状态监测方法

对断路器的状态进行监测的方法较多，由最初的停电测试、带电测试，已发展到目前适用的在线测试。

1. 巡视检查。巡视检查由有经验的专业人员进行，有简便、直观和大众性的特点，是参与状态检修的最基本手段。

2. 常规预防性试验。电气设备预防性试验是目前用作掌握设备状态的主要方法。开展状态检修必须加强预防性试验工作，但测试数据的可信度常受测试环境、仪器性能、测试方法和测试人员素质等因素影响。

3. 带电测试。被测设备不需要停电即可进行测试，根据需要或按预定周期进行，但带电测试工作的安全性有待进一步加强。

4. 在线监测。能使设备经常处于工作参数的监视中，及时发现设备的状态量实时变化趋势，易捕捉到突变的信息量，及时发现设备存在问题，反映设备的实时状态。

二、在线监测方法

1. 真空断路器的在线监测。

（1）触头磨损的监测。断路器不论正常开断还是故障开断都会使触头表面熔损而变薄，操作越频繁开断电流越大，触头表面磨损会越厉害。触头磨损监测由检测器和显示器两部分组成。检测器组装在真空开关触头弹簧旁，显示器可装在便于观察的柜门或控制室内。其借助真空断路器的分、合动作，触头弹簧的压缩或伸长的同时，通过微动开关各触点按规定超程尺寸实现相应开闭动作对磨损度进行监测。

（2）灭弧室电寿命的监测。真空断路器灭弧室的电寿命取决于灭弧室的触头材料、结构与开断电流的大小。由于电弧对某些部件（触头、喷口）的烧蚀，一台断路器只能完成一定次数的开断。直接检查烧蚀程度是困难的， 应采用间接方法。最常用方法为监测、累计开断电流次数（特别是开断故障电流次数），依据厂家提供的累计开断电流次数与触头电弧磨损特性参数图表来判断灭弧室的烧蚀情况。

（3）真空度监测。真空寿命是真空断路器所特有的。真空度在线监测是在不改变断路器主体结构以及带电条件下，无论断路器处于合闸还是分闸状态，都可随时监测其真空度的变化。真空度在线测试利用电光效应或位移传感器来实现。

（4）绝缘强度监测。绝缘强度是衡量电气设备安全性能、可靠性的重要指标。绝缘损坏是电气故障的首要原因。断路器长期使用，绝缘出现老化，性能会下降，绝缘子或瓷瓶表面脏污，会造成局部放电现象。检测局部放电是预防绝缘击穿最好的手段。局部放电监测通过射频传感器检测与分析局部放电发射出的射频信号（1～20 MHz频带），确定出局部放电的严重程度，得到绝缘蜕化信息。

（5）机械特性监测。机械特性监测通过安装于操作机构操作杆上的位移传感器（直线型、旋转型、复合型），利用脉冲计数或变电阻等方式，得到断路器操作过程中的行程——时间特性曲线，分析计算行程曲线，可以得到动触头行程、超行程、平均分（合）闸速度、刚分（合）速度、分（合）闸时间、分（合）闸速度等参数，以此判断断路器的机械性能、机械寿命。

（6）分合闸线圈电流波形的监测。分合闸线圈是断路器实现正常操作以及故障保护时的重要元件。其电流波形可以识别出卡涩等早期机械故障，将监测波形与断路器特征值和典型波形比较、分析来判断是否有异常现象。

2. GIS 组合电器（SF6封闭式组合电器）的在线监测。GIS 组合电器以其优良的动作特性在高压领域中占有绝对优势。但运行中由于多种因素共同作用，它的性能会改变，因此对运行中GIS 组合电器进行在线监测不容忽视。GIS 设备的在线监测主要是对其绝缘特性进行在线监测，分为气体密度监测和局部放电监测两个方面。

（1）SF6气体的监测。 其监测系统由压力表和密度断电器（温度补偿压力开关）组成。GIS 组合电器设备的每一个气室都装有压力表，在运行中可直观地监视设备内气体压力的变化，这一方法直观、可靠、成本低廉。SF6气体的耐压强度取决于气体密度，即单位体积内SF6气体的分子数，而不是气室压力。因此为保证气体绝缘设备的安全可靠运行，应监测SF6气体密度。在工程实践中要监测气体的密度是困难的。因为气体绝缘设备的容积是一定的，只要没有发生泄漏，要保证SF6气体的密度不会发生变化。因此常采用压力表来监测SF6气体的压力。将监测结果与SF6气体的压力——温度曲线相对照或与其历史记录进行比较，判断SF6气体是否发生泄漏，GIS 电气绝缘是否能够达到安全性能的要求。

（2）GIS 局部放电的监测。局部放电是由于电气设备绝缘内部存在弱点，会在一定外施电压下发生局部的重复击穿和熄灭现象。GIS 由于结构特点，局部放电概率高，能量小。但如果在运行电压下存在局部放电和由此产生的一些不良效应，会慢慢损坏绝缘，日积月累，最后会导致整个绝缘被击穿。

超高频（UHF）法。在高压力的SF6气体中，局部放电在很小的范围内发生，具有极短时间击穿的特性，振荡频率为MHz级。因此利用安装在金属外绝缘缝隙处的双环天线接收GIS 局部放电时发出的电磁波，可对GIS 内部放电源的大小、位置、类型做出判断。

外壳振动法。由于GIS 内部电极不平整、金属毛刺以及制造安装过程中遗留下来的杂质等因素引起的内部击穿放电而导致的外壳振动具有典型的频率特性。同时振动信号与局部放电信号出现的相位相接近，并具有重复性。

三、结论

断路器作为电力系统中最重要的控制设备，其优异与可靠的性能直接关系到电力系统的安全运行。当前经济建设大幅迈进，电力设备大量增加，对其连续、安全、可靠、有效运行要求越来越高。为加强设备管理，满足加强状态检修的需要，应用在线监测技术已成为一种发展趋势。在线监测能够实现设备在运行状况下的“全真”和实时监测，有着停电试验不可比拟的优势。