淺議高壓真空斷路器重要參量的存線監測

張景庫

摘要 高壓真空斷路器作為電力系統中最重要的一種高壓開關電器之一，其性能與可靠性直接關系到電力系統的運行安全。在線監測技術能夠實現高壓設備在運行狀況下的實時監測，有著其他檢測方法不可比擬的優勢，對早期識別、分析、診斷和處理斷路器的故障有著極大的輔助作用。

關鍵詞 高壓 真空斷路器 在線監測

中圖分類號：TM561.2 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2016）05-0006-02

高壓真空斷路器是利用“真空”作為絕緣和滅弧介質的，其觸頭安裝在真空滅弧室內。由于真空相對來說不存在氣體游離的問題，所以這種斷路器在觸頭開斷時所產生的電弧很快熄滅，對觸頭的損傷較小，延長了高壓設備的使用壽命。

一、高壓真空斷路器的結構

高壓真空斷路器的結構主要由基座、絕緣支撐、真空滅弧室、傳動機構、操動機構等組成。其中，真空滅弧室由靜觸頭、動觸頭、屏蔽罩、波紋管、法蘭盤、玻殼等組成。

二、高壓真空斷路器的常見故障及現象

1.斷路器拒合、拒分

該故障表現為在斷路器得到合、分閘命令后，合、分閘電磁鐵動作，鐵心頂桿將合、分閘掣子頂開，合、分閘彈簧釋放能量，帶動斷路器合、分閘，但斷路器滅弧室不能合、分閘。

2.斷路器誤分

此故障主要表現為斷路器在正常運行狀態，在不明原因情況下自動跳閘。

3.斷路器直流電阻增大

表現為斷路器在運行一定時間后，滅弧室觸頭的接觸電阻不斷增大。

4.斷路器合閘彈跳時間增大

表現為斷路器在運行一定時間后，合閘彈跳時間不斷增大。

5.斷路器機構儲能后，儲能電機不停

該現象為斷路器在合閘后，操動機構儲能電機開始工作，但彈簧能量儲滿后，電機仍在不停運轉。

6.斷路器觸頭不能斷開

表現為斷路器在進行分閘操作后，斷路器觸頭不能斷開或非全相斷開。

三、高壓真空斷路器在線功能

高壓真空斷路器是電力系統中最重要的控制和保護設備，不僅能通、斷正常負荷電流，而且當線路發生短路、過載、失壓故障時，通過保護裝置能自動跳閘，切斷故障電路。

四、高壓真空斷路器在線監測

對斷路器的重要參數進行長期連續的在線監測，不僅可以提供設備的運行狀態，而且還能分析各種重要參數的變化趨勢，判斷是否存在故障的先兆，從而延長設備的維修保養周期，提高設備的利用率，減少維修保養的費用，提高電力系統運行的安全可靠性及自動化程度。

1.觸頭磨損監測

在使用中，不論斷路器正常開斷還是故障開斷，都會使觸頭在開斷電流的作用下表面熔損而變薄，并且操作越頻繁，開斷電流越大，觸頭表面磨損就會越厲害。觸頭磨損在線監測由檢測器和顯示器來完成。檢測器組裝在真空開關觸頭彈簧旁，顯示器可裝在便于觀察的柜門或控制室內。其檢測器借助真空斷路器的分、合閘動作，觸頭彈簧的壓縮或伸長的同時，通過微動開關各觸點按規定超程尺寸實現相應開閉動作，從而對磨損度進行監測。

2.行程一時間特性監測

真空斷路器動觸頭的行程-時間特性是表征斷路器機械特性的重要參數，據此可計算動觸頭行程、超行程，平均速度、最大速度等參數，還可以提取動觸頭運動過程中各個事件發生的時刻。根據事件時間來診斷故障，這種方法可以診斷斷路器機械部分磨損、疲勞老化、變形、生銹、閥的緩慢動作等故障。因此它是斷路器機械特性監測的一項重要內容。

由于真空斷路器在分合閘過程中，動觸頭的行程與主軸轉動角度之間存在一定的對應關系，因此，測得主軸的角位移特性即可間接測得動觸頭的直線位移特性。采用直線位移傳感器和角位移傳感器即可測量行程一時間特性，通過主軸角位移和動觸頭直線位移的良好關系，能很好地反映直線位移的變化情況，進而得到觸頭行程特性，達到早期診斷斷路器各類故障的目的。

3.分、合閘電流監測

分合閘線圈是斷路器實現正常操作及故障保護時的重要元件，根據其電流波形可以識別出早期機械故障。通過儀器檢測電流波形，并將監測波形與斷路器特性值和典型波形進行比較、分析，從而判斷是否有異常現象。

采用霍爾電流傳感器來對分合閘電流進行監測，因為霍爾電流傳感器抗干擾能力強、精度高、線性度和動態特性好及工作帶頻寬等優點，且分合閘線圈回路引線穿心而過，不會影響真空斷路器主系統的性能，實現分合閘電流精準在線監測。

4.滅弧室電壽命監測

由于電弧對滅弧室內主要部件的燒蝕，一臺斷路器只能完成一定次數的開斷操作，它的電壽命主要取決于滅弧室的觸頭材料、開斷電流的大小、空間結構等情況。而直接檢查燒蝕程度在工程上是很困難的。最常用的方法為在線監測并累計開斷電流次數（特別是開斷故障電流次數），依據開斷電流次數與觸頭電弧磨損特性參數圖表來判斷滅弧室的燒蝕情況，從而判斷滅弧室的電壽命。

5.滅弧室溫度在線監測

真空斷路器的滅弧室在工作中是否正常，除進行上述內容監測外，通過對滅弧室的溫度監測同樣可以判斷其工作狀態，如有觸頭接觸不良，必然導致其接觸電阻增加，出現異常發熱現象等，可見對其進行在線跟蹤監視就可預判潛在的安全隱患。對高壓真空斷路器的滅弧室的溫度監測可以選擇以下方法實現：

（1）紅外熱像儀在高壓電氣設備的溫度監測中已被廣泛的應用，對高壓電氣異常發熱的診斷十分有效，對高壓斷路器而言，亦可通過檢測導電回路電阻是否正常，從而來判斷開關觸頭是否良好，如果觸頭接觸不良，其接觸電阻要增加，熱損耗功率必然增加，紅外熱像儀靈敏度極高，能很方便的測出。

（2）熱敏電阻是近年來出現的一種新型半導體測溫元件，常用的是正溫度系數熱敏電阻PTC，它是在鈦酸陶瓷中加入施主雜質形成的，電阻溫度系數大，溫度特性好，能很好地對高壓真空斷路器的滅弧室的溫度在線監測。

（3）通過監測溫度敏感元件電阻的變化趨勢，當溫度升高到一定幅度時，監測系統會迅速報警，并會自動采取必要措施進行保護。

在線監測技術能夠實現設備在運行狀況下的實時監測，它能夠對運行中的高壓斷路器進行重點參數的測量，及早發現高壓斷路器的各種潛在隱患，避免產生嚴重的電氣事故，提高供電的可靠性，保證電網的經濟運行。

（責任編輯 曾卉）