帶自動重合閘功能的塑殼斷路器常見故障及預防

范立奎

（國網山東省電力公司冠縣供電公司，山東聊城，252500）

1 帶自動重合閘功能的塑殼斷路器常見故障

1.1 剩余電流動作死區

在實際的運行過程中，保護器卻經常出現失效的現象，這時由于剩余電流互感器檢測出電網正常運行時存在的剩余電流與故障漏點電流的矢量和，這個矢量和所顯示的剩余電流幅值，往往會小于動作值，從而導致保護器失靈，出現故障漏點保護動作死區。

1.2 短路故障

短路故障時電力系統運行過程中最為常見的故障之一，其產生的瞬間會釋放巨大的能量，往往會對整個電網和電力設備造成巨大的損傷。一般來說，帶自動重合閘功能的塑殼斷路器會設置短路延時保護和瞬時保護兩種方式：短路延時保護分為定時限保護和反時限保護，可以通過控制器來設置；瞬時保護是為彌補延時保護功能的缺陷而設置的，要求當短路故障爆發時，斷路器能夠在20ms內產生通斷動作（圖1）。但是，如果相應的短路保護裝置能正常分斷短路電流，輕則引起上級保護開關延時保護，造成較大范圍的停電，重則引發的水災、火災風險，給生命財產安全帶來隱患[1]。

1.3 電壓故障

電壓故障主要包含了過壓故障、欠壓故障和失壓故障。過壓故障是指電力系統中的產生內部過電壓和大氣過電壓，從而導致電力設備內部電壓過大，絕緣體失效，造成機械設備的損失；欠壓故障是指，在低電壓狀態下，電力設備出現轉矩縮小，轉速下滑的現象，從而使得運行電流增大產生多電流的現象，長此以往將產生大的熱效應縮短電動設備的壽命；失壓故障是指電動設備的運行過程中，其接觸器線圈電流消失，而失去電磁力的失壓脫扣器或控制器難以吸住動鐵心，而造成了主觸頭的斷開。

圖1 典型的短路保護原理圖

2 預防帶自動重合閘功能的塑殼斷路器常見故障的措施

2.1 完善斷路器維修決策

完善斷路器維修決策需要著重考慮帶自動重合閘功能的塑殼斷路器在電力系統的重要程度，以調節維修資源的傾斜程度。首先，可以基于風險矩陣思想綜合考量維修決策（圖2）。依舊設備狀態和設備的重要程度兩個指標進行計算，以衡量維修決策的合理性和科學性，但這種決策模型本身信度和效度都存在缺陷， 并且缺乏物理意義明確的比較指標，因而很難降低系統的故障風險。

其次，可以通過制定斷路器維修決策圖，將斷路器自身狀態和對系統的影響程度結合起來，以制定維修計劃，其斷路器i的維修決策指標為：

對帶自動重合閘功能的塑殼斷路器進行預防性維修能夠有效降低系統風險，為用戶提供良好的電力服務。因而，在進行設備狀態檢修時要依照斷路器運行的正常狀態、注意監測、適時維修、緊急維修四種情況合理安排維修活動，并將其與維修指標M進行對應，明確這四種情況在維修決策圖中的邊界，通過計算以確定維修水平和維修的先后順序（圖3）。另外，值得注意的是，如果斷路器自身的狀態已經很差了，即使它在系統中的重要程度較低，也應該安排技術人員進行維修，以避免帶來安全隱患。

圖2 基于風險矩陣思想的維修決策

圖3 斷路器的維修決策圖

最后，要完善維修決策步驟。將斷路器i的各項指標進行歸一化處理，并對其狀態進行綜合評估，通過計算獲取斷路器狀態指標的概率分布和異常狀態概率。隨后將異常狀態概率與初始門檻值進行比較，建立電力系統的風險評估模型并進行維修決策[2]。

2.2 優化硬件電路設計

帶自動重合閘功能的塑殼斷路器的硬件電路是由開關電源電路、剩余電流檢測電路、電壓檢測電路等多項結構所組成的，對電流的流暢運行具有重要的作用。首先，電源電路能夠對為電力的流暢運行提供工作電壓，帶自動重合閘功能的塑殼斷路器的可以采用反激式的開關電源，其電源的拓撲結構相對簡單，功能穩定性強并且對器件的要求不高，具有較強的性價比；其次，對于剩余電流檢測電路的設計上，可以通過設計反向二極管對電壓信號進行線性放大，并設計基于反向放大電路的改進型信號放大電路圖，與此同時，需要注意的是，運算放大器的選擇應該盡可能的小，以減少失調電壓和失調電流的額度。再次，設計電壓檢測電路時，應該包含分壓電路和電壓信號調理電路兩個部分。對于分壓電路建議采取星形解法，以串聯的方式將電壓信號進行分壓并傳遞到電壓信號調理電路。此外，在設計電流檢測電路時，要設計限流電阻器和限壓二極管以維持電流的穩定，無源濾波器的設置也是十分有必要的，它能夠過濾掉高噪音信號，以降低噪音干擾。最后，還需要設計脫扣器驅動電路，以防備特大短路電流故障的爆發。對脫扣器驅動電纜廠進行模擬能夠彌補數字脫扣驅動電路的缺陷。例如，可以采用可控硅驅動器MOC3083傳輸脫扣信號，以實現對后端線路的保護（表1）。

表1 MOC3083電氣特性

2.3 優化軟件電路設計

圖4 顯示按鍵流程圖

首先，對于信號采集程序的編寫要依據有效值算法進行計算和分析，可以采用定時器，設定合理的采用周期和采樣點，以固定的采樣頻率對剩余電流信號、電壓信號和電流信號進行采集。其次，是設置故障判斷處理程序，將采樣處理完畢的電信號與事前設定的故障閾限進行比較，以辨別故障存在的可能性，如果判定線路存在故障，可以通過保護系統進行自檢并對故障進行切除。再次，要設定按鍵與顯示程序，通過串聯的方式將液晶顯示器（Liquid Crystal Display 簡稱LCD）與微處理器進行連接，以保障技術人員和操作人員能夠通過LCD直觀的獲取線路參數以實現實時監控。此外，優化延時處理系統，以消除按鍵的抖動和干擾也是十分有必要的（圖4）。最后，要完善通訊模塊程序設計，可以選用給予標準RS485接口的通信模塊，將帶自動重合閘功能的塑殼斷路器與上位機以串口的方式進行通信，并采取不定長數據收發方式，以滿足Modbus網絡協議的需求。隨后要將所接收到的信息存儲至緩沖區，通過啟動串口發送數據函數完成一次通信。