高压断路器机械特性在线检测技术的探讨

闫站正　周华

摘  要：目前的很多现代化建设之中，高压断路器起到了非常重要的作用，其机械特性具有一定的可探讨性，尤其是在在线检测技术方面，有着不单单只是现在表面上体现出来的一些检测指标所代表的内容。对此，文章主要提出了高压断路器机械特性一些常用的检测方法，并针对其中仍然存在的一些问题，提出了未来相应的技术发展趋势，以期能够带给研究者一定的科研帮助。

关键词：高压断路器;机械特性;在线检测技术

中图分类号：TM561        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）23-0164-02

Abstract： At present， in many modernization construction， high-voltage circuit breaker plays a very important role， and its mechanical properties can be explored to a certain extent. Especially in the aspect of on-line detection technology， it has the content represented by some detection indexes which has not only been reflected on the surface by now. In this regard， this paper mainly puts forward some commonly used testing methods for the mechanical characteristics of high-voltage circuit breakers， and in view of some problems that still exist， puts forward the corresponding technical development trend in the future， in order to bring some scientific research help to researchers.

Keywords： high voltage circuit breaker; mechanical characteristics; on-line detection technology

前言

就现在国家在电力方面的建设来说，进行一定的檢测是必不可少的一项内容。而检测技术又可以分为很多复杂的种类，确定一项固定的检测技术，对于维持一定的经济效益又起着关键的作用。高压断路器，作为目前一项有待继续发掘其潜在利用价值的检测仪器，其机械特性正是确定监测技术的核心与关键。对比其他的检测技术，其在线监测的便捷性与高效性可以使得我们在维持电力建设稳定性的同时，提高生产建设的生产价值。高压断路器（这里主要指的是额定电压等级在12kV及以上的真空断路器、SF6断路器及现在用量不多的少油断路器）作为电力系统中最重要的设备之一，肩负着控制和保护的双重任务，其性能的可靠性关系到电力系统的安全运行。

1 机械特性参数在线监测技术的常用检测方法

1.1 动触头行程的测量

高压断路器的动触头，是我们当下进行在线检测时，着重利用的一项功能性结构。它不同于简单的触头，而是在移动的过程当中，记录下一定的参数指标。也就是说，随着动触头的一定规律的移动，能够将我们所需要的，某些在检测技术中起到决定性作用的因子所呈现出的数据特性，以固定方式反馈给相应的仪器设备。或者说其测量出的数据指标，能够给之后的测量分析，带来一定的正向分析效益，就可以认为其测量精度符合我们的预期。旋转光电编码器是输入轴角位移传感器，结构原理如图1所示，由光栅盘、光发射器、光电检测器、信号处理单元和输出单元组成。光栅盘被固定在操作机构的旋转轴上，当旋转轴转动时，通过光电检测器的光交替变化，将轴旋转角位移量转换成脉冲信号和电平信号。当输入轴转动时，编码器输出A相、B相2路相位差90°的正交脉冲串，经光电隔离和取反后，得到4路方波信号A，a，B，a，经过单稳态电路处理得到上升沿窄脉冲信号，A，a，B，b对窄脉冲信号进行运算处理，输出2路加减计数脉冲P+，P：

P+=Ab+aB+BA+ba（1）

P=AB+ab+Ba+bA（2）

2路计数脉冲经加减计数器计数，输出12位二进制编码，脉冲数与旋转轴的角位移成正比，电平信号的状态，与旋转轴的运动方向有关，其值与断路器操作过程中动触头的运动过程相对应。测试系统以一定的采样频率，读取这12位结果，便得到断路器操作过程中的行程——时间特性曲线。利用合、分闸操作动触头的行程——时间波形，可算出动触头合、分闸操作的运动时间、动触头行程、动触头运动速度、触头弹跳等参数。

1.2 合、分闸时间的确定

再有一个我们需要融入到检测技术方法中的机械特性参数，就是高压断路器的合闸时间和分闸时间。但是，在实际的操作中，合闸时间和分闸时间却往往没有准确地被记录下来，这是非常不合理的。合闸分闸是高压断路器在进行在线检测时必要的一项工作，只有确定其时间，才能在检测技术中的时间把握上，较为准确的确定一个最为合适的操作流程和插入节点。合闸分闸时间的确定，能够让机械特性中，所表现出的流畅性和流程的稳定性上，有一个清楚明晰的宏观展现。确定下了合闸时间和分闸时间，也就让我们确定了在高压电流进行传输的时候，在该时间节点的传输状况，从而保证在之后的分析修正中能有一个简单合理的解释。考虑到所检测信号的瞬时性，一般选用对信号反应非常迅速的磁平衡式霍尔电流传感器来测量合、分闸电磁铁线圈电流信号，从起动时刻开始计时，到电气主触头移动到换位点的时间，便是合、分闸时间。

2 当前机械特性在线监测技术存在的问题

2.1 机械特性故障诊断闭值不能及时确定

机械特性故障诊断的闭值一旦不能够及时的确定，那么就意味着，在出现故障之后，我们所进行的排查工作不能够在最快的时间内反馈给相应的分析仪器设备，这也就很可能会使得错过最佳的调整修改时机，让机械特性暴露出来的故障，给在线检测技术带来连锁的经济损失，这是相关的建设所犯的最致命的錯误，必须通过一定的方法来对闭值做好最佳的确定记录工作。具体的来讲，就是通过技术的革新以及相关在线针对单个区域部位的记录反馈做好研究，在闭值确定的专项结构，不断测试，找到最快捷，最准确的反馈部件，这就是当下的重点。

2.2 在实际应用中系统的性能价格比较低

传感器的测量误差和响应时间，对测量有着非常明显的影响。霍尔电流传感器的响应时间可达10微秒，但滤波电路的延迟时间有几毫秒，这就直接导致了精度不高，因此要考虑如何修正的问题。价格过高则与成本有直接联系，所以在满足测试精度的同时，要考虑尽量选用价格适宜的测试元件。

2.3 40.5kV及以下断路器在线检测人员技术不够成熟

这个电压等级范围内的断路器作为一个可拆卸的模块，自身成为一个整体，经常装配在开关柜中使用，由于机械结构紧凑，安装测试元件在开关柜中使用，空间很小，并且其信号相对不易测量。通常情况下，我们都会将操作的仪器设备认为是在线监测的核心与关键，这种观点在某些方面的确是具有一定合理性的。但是，针对40.5kV以及以下的断路器来讲，在线监测人员的技术不够成熟将直接影响到在线监测的准确性和精确性。检测人员技术的不够成熟，会使得相应的高压断路器机械参数映射到在线检测技术的时候缺少一定的后期全面分析。不可否认所有的检测人员都会对反馈仪器设备上的数据进行一定的归纳分析，但是全面性和针对性却不是所有在线检测人员都有的一项技能。这往往都是需要长时间的工作所积累下的经验，然而一些相关的建设部门在人员的选拔上，缺乏一定的考量，从而让我国目前的高压断路器在线检测人员素质并没有我们所预期的那么高，这同样使在线检测技术达不到我们所需要的后期处理，这个问题应该引起有关部门足够的重视。

3 机械特性在线监测技术的发展趋势

3.1 可靠性

机械特性在线检测技术就目前来看，是要在设备的安全运营上有着一定的改善，也就意味着，一旦投入实际的相关使用，那么就要通过不断对其技术的完善来保证机械设备能够达到人们预期。当然，虽然机械特性在线监测可靠性上，依然包含来自其他方面的干扰，但是我们如果需要提高相关领域的技术水平，可靠性上就必然要有明确的改变。

3.2 通用性

可靠性满足之后，研究人员在未来需要面对的是机械特性在线监测技术能否在各类应用中达到设计目的的问题。因为机械特性在线监测技术不只会单单的运用于某一个方面，只有合理的进行各领域的规划设计，最后综合在这一项设备上，才能真正带动在线监测技术的实际发展。

3.3 智能型

未来的机械特性在线监测技术，是会在设备智能处理各个方面的问题上，有一个更加明确、综合的考量，也就意味着，相关的操作和运行，必须要朝着运行高效率、操作更简便等智能化方向有明显的改善。虽然目前我国这方面还有待提高，但是有着来自各方的推动，机械特性在线监测技术也不会持续保持在当下的智能化水平不高的地步。

3.4 稳定性

传统的高压断路器，在运行过程中，往往会由于自身在长时间的使用运行中的一些参数的改变，导致系统在自身运行的波动下，再次反作用于系统本身，这对于一些民用设备来说，影响可能不是很大。但是，在国家的电力建设，尤其是在线检测技术领域，断路器的稳定性强度，直接决定着我国电力事业的建设成败。目前市面的很多高压断路器在一些机械特性细节问题的处理上，根据断路器的运行环境做出了有针对性的调整，故而相关的在线检测技术，也就有着相比较于传统的技术更为稳定的发展方向。提升高压断路器的稳定性，也就是将高压断路器的各个零件部位以及相关的机械特性，在实现各自的功能时，能够尽量维持在一个稳定的水平，减少因为生产造成的一些参数、性能上的不良改变，从而使得高压断路器的使用时限也会增加，减少相关的工厂企业因为维修等不确定因素而产生的额外经济损失。

4 结束语

在今后的几年，设计具有数字化、硬件标准化的机械特性在线监测功能模块将是完善智能化断路器的一项重要内容，也是高压断路器在线监测技术的发展趋势。

参考文献：

[1]胡文平，尹项根，张哲.电气设备在线监测技术的研究与发展[J].华北电力技术，2003（2）：23-26.

[2]胡晓光，王芳.高压断路器机械状态在线监测系统研究[J].电工技术杂志，2003（1）：36-38.