高压断路器状态监测技术研究

孙 霞

江苏油田试采二厂技术监督科，江苏 金湖 211600

1 概述

变电所10KV高压断路器的正常运行关系着电力系统的正常供电，保证着工厂企业的正常用电。为了实时获取高压断路器的运行状态，电力企业人员不断研究高压断路器状态在线监测技术，并对高压断路器状态进行分析，评估断路器是否存在健康运行，是否存在潜在的故障缺陷，进而规划断路器的状态监测。

2 高压断路器状态监测的项目

对高压断路器一般进行如下几项的状态监测

（1）合、分闸线圈电流的监测

分、合闸线圈及铁芯是断路器操作机构的关键元件，控制着断路器的开断。当分、合闸线圈有电流通过时，会在铁芯内部产生磁通，用磁力吸引动铁芯，带动机械装置，使弹簧释放能量，拉开或合上断路器。从能量角度分析，分、合闸线圈是将电能转化为磁能，最终以机械能的形式输出，分合闸时线圈电流的典型波形如图1所示。

t0-t1时间内，线圈中电流逐渐增加，磁通逐步加大，为动铁芯提供的吸引力逐渐增加。到达t1时，动铁芯开始动作直到t2时间，动铁芯触动操作机械传动系统，带动触头开始分合闸动作。t2-t3时间为触头动作时间，t3-t4时间为维持阶段是上一个阶段的延续。t4-t5时间是辅助触头切断电流的阶段。

对线圈电流进行监测，分析I1、I2、I3、t1、t2、t3等特征值能够了解断路器操作机构的健康情况，如t1至t2时间间隔偏长，并且有多个电流峰值出现，则说明动铁芯动作出现卡涩。若t2至t3时间间隔偏长，则说明包括弹簧在内的机械传动机构产生卡滞。

（2）机械振动信号的监测

在断路器分合闸时，操作机构内部零件接触碰撞会引发机械振动，与对线圈电流的监测分析类似，对振动信号进行监测分析，亦会了解断路器操作机构的健康情况。以断路器分闸为例，分析过程中几个重要的冲击振动信号，当动铁芯接触操作机械传动机构时会产生一个冲击振动信号；当包括弹簧在内的机械传动机构触动触电进行分闸操作时会产生一个较强的冲击振动信号；当触头运动到位进行制动缓冲时，亦会产生强烈的冲击振动信号。由此可见，各冲击振动信号与断路器内部零件运动状态成对应状态。这些振动信号为断路器状态监测提供了重要的分析数据。

图1 线圈电流波形

（3）开断电流及电寿命监测

电寿命指灭弧室在多次开断短路电流后，因触头烧损无法正常工作开断短路电流，需更换断路器时的寿命。电寿命的监测常采用开断短路电流累加法。

断路器开断短路电流会产生强大的电弧对断路器造成不可逆的电损伤，当开断电流累加到超过上限值时，便达到了断路器的电寿命，需更换新的断路器。

用式子（2-1）来计算电寿命，式（2-1）中Q为电磨损量，当Q达到上限，则电寿命达到上限，式（2-1）中Ici为第i次开断电流的有效值，n为总共进行短路电流的开断次数。用式（2-2）来第i次开断电流的有效值Ici，式（2-2）中T0为第i次开断短路电流时的时间，ici为为第i次开断短路电流。

（4）灭弧介质的监测

目前断路器常采用真空灭弧或是SF6气体灭弧。对于真空断路器，还需对其真空度进行监测，由于慢性漏气或者是真空灭弧室元件漏气会造成真空度不断降低，当低于2. 2× 10−2Pa时，真空室便不能够可靠工作，留下隐患。

对于SF6断路器，主要要监测SF6气体含水量和泄露情况，SF6气体湿度反映断路器的绝缘情况，而SF6气体的压力则反映气体的泄漏情况。

（5）其他监测项

对断路器进行更全面的状态监控还进行下列几项的状态参数监测。

行程-时间特性监测，行程-时间曲线是计算触头的行程、超行程；触头的开距；分、合闸的速度、时间等机械特性的依据。主要靠位移传感器测量触头的行程-时间关系，并能分析出如连杆磨损、松动、卡涩、变形等机械故障隐患。

接点温度监测，对断路器的接点温度进行监测，当温度超过设定的阈值上限时，发出警报信号。也可计算出单位时间内温度上升的幅度，当温升超过设定的阈值上限时，发温升警报信号。这样可以更好地保护断路器，延长断路器的工作寿命。

此外监测项还可包括泄漏电流，断路器动作总次数等等。

3 结语

本文主要对10kV电压等级的高压断路器的状态监测技术进行了研究，对断路器的合、分闸线圈电流、机械振动信号、开断电流及电寿命、灭弧介质等监测项目的特性原理进行了阐述说明。通过分析这些监测参数，电力运行人员能够实时掌握断路器的工作状态，评估断路器的健康状态，是否要进行检修。

[1]倪浩，高凯. 泸定智能化变电站开关类设备状态监测设备及系统调试[J]. 华东电力，2012，06:953-957.

[2]黄文元，郭谋发，杨耿杰. 配电开关状态监测与优化检修系统研制[J]. 电工电气，2013，04:52-57.