高壓斷路器狀態監測技術研究

孫 霞

江蘇油田試采二廠技術監督科，江蘇 金湖 211600

1 概述

變電所10KV高壓斷路器的正常運行關系著電力系統的正常供電，保證著工廠企業的正常用電。為了實時獲取高壓斷路器的運行狀態，電力企業人員不斷研究高壓斷路器狀態在線監測技術，并對高壓斷路器狀態進行分析，評估斷路器是否存在健康運行，是否存在潛在的故障缺陷，進而規劃斷路器的狀態監測。

2 高壓斷路器狀態監測的項目

對高壓斷路器一般進行如下幾項的狀態監測

（1）合、分閘線圈電流的監測

分、合閘線圈及鐵芯是斷路器操作機構的關鍵元件，控制著斷路器的開斷。當分、合閘線圈有電流通過時，會在鐵芯內部產生磁通，用磁力吸引動鐵芯，帶動機械裝置，使彈簧釋放能量，拉開或合上斷路器。從能量角度分析，分、合閘線圈是將電能轉化為磁能，最終以機械能的形式輸出，分合閘時線圈電流的典型波形如圖1所示。

t0-t1時間內，線圈中電流逐漸增加，磁通逐步加大，為動鐵芯提供的吸引力逐漸增加。到達t1時，動鐵芯開始動作直到t2時間，動鐵芯觸動操作機械傳動系統，帶動觸頭開始分合閘動作。t2-t3時間為觸頭動作時間，t3-t4時間為維持階段是上一個階段的延續。t4-t5時間是輔助觸頭切斷電流的階段。

對線圈電流進行監測，分析I1、I2、I3、t1、t2、t3等特征值能夠了解斷路器操作機構的健康情況，如t1至t2時間間隔偏長，并且有多個電流峰值出現，則說明動鐵芯動作出現卡澀。若t2至t3時間間隔偏長，則說明包括彈簧在內的機械傳動機構產生卡滯。

（2）機械振動信號的監測

在斷路器分合閘時，操作機構內部零件接觸碰撞會引發機械振動，與對線圈電流的監測分析類似，對振動信號進行監測分析，亦會了解斷路器操作機構的健康情況。以斷路器分閘為例，分析過程中幾個重要的沖擊振動信號，當動鐵芯接觸操作機械傳動機構時會產生一個沖擊振動信號；當包括彈簧在內的機械傳動機構觸動觸電進行分閘操作時會產生一個較強的沖擊振動信號；當觸頭運動到位進行制動緩沖時，亦會產生強烈的沖擊振動信號。由此可見，各沖擊振動信號與斷路器內部零件運動狀態成對應狀態。這些振動信號為斷路器狀態監測提供了重要的分析數據。

圖1 線圈電流波形

（3）開斷電流及電壽命監測

電壽命指滅弧室在多次開斷短路電流后，因觸頭燒損無法正常工作開斷短路電流，需更換斷路器時的壽命。電壽命的監測常采用開斷短路電流累加法。

斷路器開斷短路電流會產生強大的電弧對斷路器造成不可逆的電損傷，當開斷電流累加到超過上限值時，便達到了斷路器的電壽命，需更換新的斷路器。

用式子（2-1）來計算電壽命，式（2-1）中Q為電磨損量，當Q達到上限，則電壽命達到上限，式（2-1）中Ici為第i次開斷電流的有效值，n為總共進行短路電流的開斷次數。用式（2-2）來第i次開斷電流的有效值Ici，式（2-2）中T0為第i次開斷短路電流時的時間，ici為為第i次開斷短路電流。

（4）滅弧介質的監測

目前斷路器常采用真空滅弧或是SF6氣體滅弧。對于真空斷路器，還需對其真空度進行監測，由于慢性漏氣或者是真空滅弧室元件漏氣會造成真空度不斷降低，當低于2. 2× 10?2Pa時，真空室便不能夠可靠工作，留下隱患。

對于SF6斷路器，主要要監測SF6氣體含水量和泄露情況，SF6氣體濕度反映斷路器的絕緣情況，而SF6氣體的壓力則反映氣體的泄漏情況。

（5）其他監測項

對斷路器進行更全面的狀態監控還進行下列幾項的狀態參數監測。

行程-時間特性監測，行程-時間曲線是計算觸頭的行程、超行程；觸頭的開距；分、合閘的速度、時間等機械特性的依據。主要靠位移傳感器測量觸頭的行程-時間關系，并能分析出如連桿磨損、松動、卡澀、變形等機械故障隱患。

接點溫度監測，對斷路器的接點溫度進行監測，當溫度超過設定的閾值上限時，發出警報信號。也可計算出單位時間內溫度上升的幅度，當溫升超過設定的閾值上限時，發溫升警報信號。這樣可以更好地保護斷路器，延長斷路器的工作壽命。

此外監測項還可包括泄漏電流，斷路器動作總次數等等。

3 結語

本文主要對10kV電壓等級的高壓斷路器的狀態監測技術進行了研究，對斷路器的合、分閘線圈電流、機械振動信號、開斷電流及電壽命、滅弧介質等監測項目的特性原理進行了闡述說明。通過分析這些監測參數，電力運行人員能夠實時掌握斷路器的工作狀態，評估斷路器的健康狀態，是否要進行檢修。

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