SF6断路器在线状态监测系统的研究

肖梦青

（国网湖北省电力有限公司检修公司，湖北 武汉 430050）

0 引 言

在当今竞争激烈的市场环境中，电力部门必须提高电力系统的运行可靠性，最大限度地减少停机时间。为了实现目标，对电力系统的运行和维护提出了更高的要求。维护可分为故障维护和预防性维护两种[1]。其中，故障维护指的是在停机状态下进行的检修工作，这样的维护成本较高。为了避免设备发生重大故障，减少维修成本，可以进行预防性维护。在系统中实施预防性维护，应该先了解系统中各种参数的状态，对系统的状态进行监测。系统的状态监测可以分为离线状态和在线状态监测两种[2]。离线状态监测必须在系统关闭的情况下才能观察系统的参数，而在线状态监测系统可以在系统处于运行状态时观察到相应的参数。这项研究工作的目的主要是识别和监测断路器中涉及的各种参数，并将其反馈给数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）或操作员。

1 SF6断路器的功能

SF6断路器的是一种用于在正常和故障条件下接通或断开电路的装置，它能够接通、承载并切断正常电流以及短路电流[3]。在变电站中，每一相线路可以设置一个或多个断路器，为了保证足够的安全距离，这些断路器被安装在支撑绝缘子上。每个断路器有一组动、静触头，其中动触头与操动机构相连，通过弹簧机构提供的能量进行开合闸动作。触头开合过程中产生的电弧通过合适的介质并采用合适的灭弧技术熄灭[4]。

2 系统参数和信号选择

断路器发生故障的位置如图1所示，这些故障可分为高压部件故障、控制电路故障以及操动机构故障3类[5]。一般地，运维人员通过观察控制电路信号，可以初步判断断路器运行情况，为了更准确地反映断路器状态，可以选择监测SF6气体压力、分合闸线圈电流、断路器状态、断路器触点行程时间、操作次数、储能大小、断路器剩余寿命以及弹簧充电时间。

图1 断路器故障位置

2.1 高压部件

易发生故障的高压部件有支持绝缘件、主触头以及灭弧室部件。有些故障发生时没有任何指示，因此很难识别。通过气体密度测量试验测量仓体内SF6气体压力可以监测此类故障，还可以通过检测触头的腐蚀和磨损程度来诊断高压部件的状况。

2.2 控制电路

断路器的控制电路包括分合闸线圈、辅助触头以及直流电源。试验人员通过测试断路器分合闸线圈电流来判断断路器存在的缺陷。分合闸线圈电流参考曲线如图2所示，断路器的分合闸过程一共可分为以下几个阶段：（1）t0时刻接收到分合闸指令电流开始升高，一直到t1时刻铁芯开始动作，这个阶段的电流波形与线圈电阻和控制电源有关；（2）t2时刻铁芯动作结束，t1～t2阶段反映电磁机构是否存在失灵和卡涩等故障；（3）t3时刻线圈电流达到稳态，t2～t3阶段反映传动机构运动情况；（4）t4时刻，辅助开关打开，电流下降至0。

2.3 操动机构

操动机构中可监控的参数包括断路器状态、断路器触点行程时间、操作次数、储能、断路器剩余寿命、断路器弹簧充电时间以及气体压力，各功能模块如图3所示。

图3 操动机构各功能模块图

操动机构监控主要状态参量的功能如下：（1）监控断路器的位置，即断路器是否处于断开、闭合或无效位置；（2）断路器触点行程时间模块计算闭合和断开操作的断路器触点行程时间，可以使用两种不同的方法计算。对行程时间模式进行设定，断路器的触点行程时间根据辅助触点状态变化之间的时间计算。在POSCLOSE辅助触点打开和POSOPEN辅助触点关闭之间测量打开行程时间；（3）使用操作计数器计算断路器操作周期数，打开和关闭操作都包含在一个操作循环中，值在每次打开操作后更新；（4）使用储能计算器计算该模块的累积能量。因数y与当前指数一起进行设置，通过POSCLOSE输入打开事件启动计算，当电流平均值低于加速停止电流设置值时结束；（5）使用断路器寿命估计器模块计算断路器的剩余寿命。如果跳闸电流小于额定操作电流，则断路器的剩余操作将减少一次操作。如果跳闸电流大于额定故障电流，则可能的操作为零。根据制造商给出的跳闸曲线，计算这两个值之间跳闸电流的剩余寿命；（6）使用断路器弹簧充电指示子功能计算弹簧充电时间。弹簧充电时间测量包括两个二进制输入，即SPR_CHR_ST和SPR_CHR，分别指示弹簧充电开始和弹簧充电结束，充电时间由这两个信号定时的差值计算得出。（7）使用气体压力监控子功能监控电弧室内的气体压力，通过二进制输入信号PRES_LO_IN和PRES_ALM_IN进行监控。

3 结 论

本文介绍了一种在线状态监测系统，该系统可以监测断路器高压部件、控制电路以及操动机构的各个参数进行，实时掌握断路器的运行状态，对断路器重大故障的发生起到了提前预警的作用，降低了维护成本和系统停机时间，提高了电力系统的可靠性。