变电站智能断路器机械特性在线监测技术的研究

胜利石油管理局有限公司电力分公司 张 利 刘玉林 刘喜军 荆 峰 刘庆宝

智能断路器是电力变电站中一种很重要的高压设备开关，在变电站设备中智能断路器保证电路可正常连接和断开，不仅提高工作便利性，在一定程度上可保证电路电气能安全的使用，保证电力工程顺利实施。以此证明，只有良好的功能状态才可提高变电站和电力系统运行效率。如果保证变电站和电力系统可正常运行情况下，需要避免出现高压危害等问题，需要工作人员对电力线路情况及时检查和优化，这也是我国所关注的热点话题。面对越来越高的质量问题，对之前定期预防性检修方式逐渐改变成采用实时自动监测断路器，这样能全面检查断路器运行情况。智能断路机械特性对在线监测技术实时监测是非常重要的，大力提高电力系统的安全性和可靠性 。

1 智能断路器的工作原理

断路器的基本结构。电力工程系统会涉及到很多内容，同时也是一项非常繁琐而复杂的工作。面对智能断路器的具体监测项目和内容，主要是由设备内部结构所决定的。智能断路器主要内容包括主干回路、支撑结构、操作结构及推进联锁结构四部分。智能断路器触头行程的相关特性是由推进联锁结构所决定的，同时在设备运行阶段可得出准确真实的运行参数值。操作结构主要决定分合闸线圈电流，也能监测到两端的电压值。以此说明，掌握设备的基本结构还需进一步创新和优化对现在监测设计工作。图1中执行元件由三种内容构成，可有效控制设备运行，同时还可保证电流、电压和大地间的绝缘性。

图1 智能断路器结构图

断路器的操作结构。据不完全统计，操作结构误差占设备机械误差的75%。智能断路器执行结构的性能很重要，因为执行结构的灵活性决定了开关操作是否停顿。因此其工作机制须满足以下条件：首先具有足够的大冲量。在结构操作移动过程中，一定要带动断路器动出头产生一定大冲量，同时还需保证合闸速度必须符合设备出厂标准、符合相关原则；其次动作的可靠性。操作结构是决定分合闸动作灵活性、避免出现错误的操作现象，从而对后期电力运行造成影响；最后，脱扣装置灵活。此装置的灵活性可保证电线路安全运行，即使出现故障问题能通过合闸状态的断路器可以快速实现跳闸[2]。

2 智能断路器在线检测技术先进性研究

自动化监控技术的发展方向不断扩大，目前对在线监控技术进行优化和完善。智能电路器在线监测技术具有以下特征：传感器技术。需相关工作人员结合断路器运行状态进行实施操作，同时还需在断路器上安装各种类型的传感器，保证机械设备运行的过程中掌握运行状态变化数据。同时还需建立信息共享平台，实现资源信息共享的目的。断路器的参数主要是通过传感器实现在线监测技术目的，如上述测量电路的过程中都会采用霍尔电流传感器，此类传感器主要是测量角位移的方面。

软硬件技术。首选在硬件平台上可建立一个应用的软件系统，主要目的是可对所采用的数据进行自动分析和研究，同时还会绘制出曲线图形，这样可有效运行断路器的系统评估；互联网通信技术。可采用大数据通信技术实施信号数据传播目的，不仅保证数据的准确性还能保证及时性，遇到问题需及时沟通和优化；液晶现实技术。可安装液晶现实技术，把所获取的数据信息显示到液晶屏幕上，方便工作人员查看，为后期的工作提供了很大方便性。

3 变电站智能断路器机械特性在线监测技术的总体研究

断路器在线监测内容。主要是在电力运行实际过程中所涉及到的关键特征要求，并且还需要结合工作人员多年工作经验，进行全面监测和分析，对断路运行过程中，需要对以下指标进行监测：分合闸线圈电流（电流、电压）；触头行程时间特性（分合闸时间、行程）；储能电机电流（电流、电压、储能时间等）；触头磨损、温度（三相开断电流、温升）。

电缆的牵引敷设监测。通常在电缆牵引敷设过程中都会采用搅拌机械的方式。同时还需人为操作方式，按照电缆长度放出一根牵引绳子，之后再通过滚轮送至电缆盘处，对电缆拉帽将牵引绳与电缆进行连接。同时还需安装电线电缆的保护套，避免因受力出现漏电的现象，然后对电缆拉帽与卷扬进行全面的连接，完成牵引绳展放工作。电缆机械拉帽具有很高的强度和安全性，因此电缆不会因外力而损坏，通常在安装过程中使用以完全确保电缆的安全性。此外须派遣专门人员与厂家合作以监视安装过程，同时顺利完成安装工作[3]。

分合闸线圈电流监测。断路器的分合闸是由于电磁原理，铁芯产生电磁力来完成分合闸操作。因此，电磁铁线圈电流的变化可反映断路器动作机构运行状态的关键信息。断路器铁芯中线圈电流的变化反映图形如图2：t0～t1阶段。此阶段开始时铁芯处于静止状态，线圈电流从零开始逐渐增大，在ti时刻铁芯开始运动；t1～t2阶段。此阶段为核心运动阶段；t2～t3阶段。该过程中铁芯处于吸合状态不发生改变，开关元件的触点工作，断路器进入接通状态。从t3～t4步骤，该阶段电流达到稳态。t4～t5阶段电流迅速降至零，电磁铁芯失去吸引力，触点完成断开动作，断路器处于断开状态。该传感器的接线图如图3。

图2 断路器线圈电流波形

图3 霍尔电流连接图

触头行程时间特性监测。通过监测触点的走时特征，可详细了解触点整个工作过程。接触走时特性监测主要是监测主轴的角位移。主轴的角位移与接触走时特性直接相关。将每个位移传感器安装在主轴上以获得角位移，反映接触走时特性曲线的时间图。霍尔电流传感器仍用于监测储能电机中的电流，该传感器与开关线圈电流监测阶段选用的传感器原理相同。断路器的三相主回路电流测量主要是在电流传感器转换后进行测量，将无法监测的大电流输入电流传感器转换成相应的小电流，选用的电流传感器通常是于波模块CHG-500E，额定输出电流为100mA[4]。

总而言之，在实时监测断路器运行过程中需采用电路在线监测技术。这样才能在电力行业发挥重要作用，还可以提高变电站的安全性。随着变电站相关技术不断优化，逐渐迈向智能化和自动化发展放向，与此同时对断路器在线监测技术也提出了更高的要求。