探讨高压断路器的在线监测与诊断

李钢

云南电网公司昆明供电局 云南省昆明市 650000

摘要：高压断路器在供配电系统中得到了广泛的应用，其对局域电网电压的调节、控制、保护作用使其在现代供配电系统中占有不可替代的地位。但高压断路器在电网正常供配电中产生的故障则有可能造成局部甚至于整个电网的供配电系统瘫痪，因此，对高压断路器进行实时的监测、故障诊断与排除对于保障供配电系统的安全稳定是极为重要的。

关键词：高压；断路器；在线监测；诊断

现代社会的高速发展使得城乡地区主要动力源从传统的石油煤炭逐渐向清洁度高、污染较小、安全稳定性高的电力转变。而长距离高压供配电系统、地区电网供配电系统以及局部电网供配电系统在进行正常工作时常会根据实际的需要对某部分的供配电进行限制、调节、保护、控制等管理，因此就需要大量的断路器接入供配电电网系统中以实现其特定的功能。

一、高压断路器

高压断路器是串联在电网线路中用以对电网供配电流进行切断、限制、过流保护作用的装置，俗称高压开关。它在供配电电网中主要有控制电网供配电和保护供配电系统等作用。

（一）控制

在供配电系统需要进行大范围的检修、设施更换时或者在进行其他作业，有可能发生触电人身伤亡事故时，在没有带电作业条件的情况下可以通过切断高压断路器的方式来切断局部电网中的电流供应。

（二）保护

断路器的保护作用主要是指在电网中供配电正常工作时，对于由于短路、过载等引起的线路过流而进行的强制性切断电力供应动作，有些生产性企业对于部分价格较为昂贵、工作技术条件要求比较苛刻的电力设备会同时安装过载保护断路器和欠压保护断路器，以防止设备过载或者欠压运转产生的设备机械故障。

目前社会上广泛采用的高压断路器主要有油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等几种，根据不同的安装要求和使用环境进行合理的选择。

二、高压断路器的在线监测与诊断

由于高压断路器一般是通过串联的方式接入供配电系统动力线中，因此，在供配电工作中断路器能否处于正常工作状态不仅影响着其在供配电系统出现故障时能否进行及时的应急响应，而且很大的影响到供配电系统能否以稳定、安全、可靠的状态进行供配电作业。而根据以往的供配电事故（包括供配电动力事故和人身伤亡事故等）发生原因，高压断路器不正常工作是引发事故的主要原因之一。另外，根据以往的工作经验，频繁的开关操作以及过多的拆卸检修会导致断路器工作稳定性的下降，造成断路器工作失常从而导致供配电问题。因此，对高压断路器进行实时的在线监控与故障诊断控制是保障供配电系统安全可靠稳定运行的重要技术基础。

根据国内外多年来对高压断路器故障的统计及在线监测诊断的经验，现行条件下对高压断路器的在线监测内容主要有：断路器动作次数；开断电流；线圈通路、线圈电流、线圈电压；分合闸时间；断路器的触头行程；断路器的动触头速度；断路器操动过程中的机械振动；合闸弹簧状态；导电接触部位的温度；绝缘状态，如介质损耗、局部放电、漏电流等指标；液压或气压机构压力及其启动次数；断路器气体密度；真空断路器的真空度等。一般实际在线监测中，考虑到工程量及监测技术基础，对高压断路器的工作状态在线监控主要集中在以下几个方面。

（一）高压断路器的行程监测

高压断路器的行程-时间特性曲线是高压断路器工作状态机械特性的重要表征，是计算高压断路器分合闸速度的主要依据。目前在进行高压断路器行程-时间特性曲线的测定中，一般用光电式位移传感器与测量电路配合的方式进行测量，如增量式旋转光电编码器、直线光电编码器等。通过光电电路电流信号的大小来表征安装在动触头上的编码器随触头的相对运动。

（二）高压断路器分合闸线圈电流的测量与故障诊断

高压断路器分合闸动作主要是通过磁极线圈的电流变化来进行控制的，如在某过流保护断路器中，当主线路电流过大时交流电在电磁铁中产生较大的磁场，拉动控制次级线圈电路的铁心机械结构，通过次级电路的开启、切断达到切断主线路通路的目的。因此对高压断路器的线圈电流的测量主要集中于了解二级控制回路的工作状态，并由此分析出二级控制回路机械部件的工作状况，为其的检修提供辅助依据。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。

（三）高压断路器振动的监测与诊断

对高压断路器振动的监测主要集中于在高压断路器工作、动作过程中容易产生的、产生较大振动危害的、机械故障率较高的部位安装远程振动传感器，通过分析振动传感器记录并传输回的振动记录信号来判断该部位机械振动状况，对于机械振动信号明显强于正常状况的高压断路器需要进行及时的检修与保养。采用高压断路器远程振动传感器的好处是能够方便、及时的获得断路器工作状态的机械振动状况，并从记录数据中分析出机械磨损的大致状态，而且该传感器不受断路器局部电磁场的干扰，可靠性较高。

（四）高压断路器电寿命的测量

断路器的电寿命通常指一个新的灭弧室在多次开断短路电流之后，由于触头和喷口的烧损直到不能正常开断短路电流时的寿命。高压断路器电寿命的测量主要集中对于断路器触头的电磨损的监测。由于高压断路器需要经常动作，导致其动静触头常在摩擦中产生损耗，而且由于通电过程中的电化学腐蚀作用，使得触头磨损相对于一般机械设备较为严重。现行条件下对高压断路器进行电寿命测量时一般采用累积开断电流及开断电流次数的方式来估计电磨损程度。但在实际监测中发现，由于不同的环境因素及断路器触头制造因素，导致不同的断路器在同样的开断电流和开断电流次数后其触头磨损程度不大相同。而且考虑到连续开断与分阶段开断对触头电弧花磨损程度的不同，使得单纯以累积开断电流及开断电流次数的方式进行电寿命测量的结果不够准确，考虑供电稳定安全而进行过多的拆卸更换造成了很多不必要的资源浪费。

结语：

高压断路器在供配电系统中占据的关键地位使得对其的在线监控显得尤为重要，对其进行实时的在线监控能够了解其正常工作状态并对其不动作或误动作等故障的产因进行诊断以方便排除，对供配电系统的安全与稳定提供技术基础，保障社会用电稳定与安全。

参考文献：

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