智能斷路器的常見故障及原因分析

南方電網玉溪供電局 鄭繼輝 何 杰

傳統的斷路器響應主要依賴于機械系統中的一些物理動作，這樣就會導致系統組件過多，從而產生體積太大的問題。而且斷路器依靠物理機械的運動動作實現了運轉，各個環節都非常復雜，所需時間費用較高，受技術因素影響在精確度上不能達到高度，從而使整合變得困難，導致全部效果不佳[1]。電子式和光電互感器問世使斷路器智能化的進程有所加快，依靠電磁技術的控制和保護傳統科技逐漸淡出市場，變電站自動化技術從二次系統向一個系統的發展方向。隨著技術不斷發展，技術研究者將計算機科技與斷路儀器結合，融入檢測和保護功能等領域，從而使技術不斷發展，實現自動化技術和供電技術的一體化發展。

目前市場上已有許多關于斷路器的新產品，具有多種新功能，使斷路器擁有了故障分析、數據診斷、歷史信息查詢等能力。這些新技術的加入讓傳統的斷路器也不斷得到開發而變得更加智能，功能也更加全面[2]。這類的新型斷路器通常都有一些特定的接口能夠與上位機相連接從而形成了一種具有綜合性的自動化系統。斷路器要對導致電流故障原因進行分析來判斷故障的類別，這需對導致智能斷路器故障的主要因素進行排查并分析其原因。

1 斷路器的檢修

檢修是保障電力系統中電力設備能正常進行運行的一種常見的重要排查方式。對電力系統的故障進行準確地排查，這樣能夠保障系統安全的正常運行。“事后檢修”指的是受到各種因素的限制時，電力系統的故障不能被實現預見，只有在出現故障后才能進行維修[3]。在正常情況便不會進行故障排查。

一般情形下數量眾多的數據信號是傳統故障診斷的判斷依據，但這種方式易受外界因素影響而出現偏差，采集環節也極其繁瑣，在對振動信號與電弧信號的采集就很容易受到其他因素的影響，這就會使對電力設備故障診斷的精確程度大大降低。要適應斷路器智能化的發展，對斷路器的故障檢測與排查也需通過狀態檢修的手段來進行檢查，在電力設備出現故障后再進行人工檢查。這樣的故障檢查方式極大程度地節約了人工成本與物力資源。狀態檢測需建立在構建一個完整的在線監控平臺基礎上，這樣就可通過智能診斷的方式彌補傳統斷路器的弊端。這種新型診斷方法主要通過信號處理提取信號的特征，再對這些特征進行相應的處理或通過神經網絡、模糊算法、粒子群算法進行故障檢測。通過智能算法可以改善信號處理，使斷路器故障的診斷更加準確。

2 斷路器常見故障

通過觀察國際研究委員會對斷路器故障研究調查的數據，可看到斷路器在工業生產與電器應用領域上的故障高達78%，這些故障中有四成左右屬于絕緣故障、四分之一屬于操作拒動作、約兩成左右屬于誤動作，占不到一成的過載故障。以下是根據對調查數據的分析得出其故障的表現與原因[4]。

2.1 斷路器的觸頭的拒動作

2.1.1 拒絕合閘

鐵芯未啟動。可能性原因為：回路有電壓時線圈燒毀或斷線或鐵芯出現卡色，回路無電壓時熔絲熔斷、或輔助開關觸點接觸不良、或二次回路接觸不良；當鐵芯動作后操作杠桿未啟動。可能性原因為：運動過程受阻、合閘鎖扣扣入牽引桿過深、線圈端子電壓偏低、鐵芯撞桿導致變形；操作機構未釋放。可能性原因為：主體或操作機構被卡住、杠桿扭曲變形、牽引桿未出“死區”。

2.1.2 拒絕分閘。

鐵芯未啟動。可能性原因為：線圈端子帶電壓時鐵芯卡澀、線圈燒毀或部分斷線。線圈端子不帶電壓時熔絲熔斷或二次回路接觸不良；機構連板系統未動作。可能性原因為：本體或者部分機構嚴重卡澀。

2.2 誤合閘

斷路器中的電力系統的重要影響因素就在于斷路器的誤動作，導致出現自動合閘，此后又出現分閘，儲能后自動合閘等現象。其異常表現和可能性分析如下：線圈儲能后合閘。可能性原因為：復歸彈簧變形致使四連桿為復位、合閘四連桿的受力過小、鎖扣支架支撐連接松動、電機電源未接及時切換；無分閘信號可自動分閘。可能性原因為：分閘線圈的動作電壓過低、繼電器觸點始終閉合、二次回路出現接地現象；分閘后又合閘。可能性原因為：分閘扣和操作機構未復位、鎖鉤表面變形嚴重致使鎖扣不穩定、操作機構復位后幅度過大。

2.3 繼電器故障

繼電器由電力系統和滅弧系統兩個主要部分組成，通過其觸點的開合使得斷路器在工作過程中接通或斷開電路。良好的觸點接觸可保證斷路器在承受額定電流的情況下不會過熱，以確保系統的平穩運行。

3 故障參數分析

想要對斷路器的綜合性能進行分析，最直接的方法就是分析斷路器各個典型故障的數據。通過分析斷路器的整體狀況對斷路器發生的故障采取合適的處理方式，還要對斷路器的發展趨勢進行預測來保障設備的安全。斷路器復雜的結構導致很多因素都會對其工作狀態產生影響。通過對斷路器參數的全面分析來對斷路器的狀態進行判斷，對其特征量進行采集，通過對控制量與狀態量的分析判斷斷路器的工作狀態，這是判斷斷路器故障方式中相對較為常用和客觀的方法[5]。

電力系統的分閘線圈是特別容易損毀或故障的元件之一。導致此現象的原因是斷路器部分機械出現故障，導致斷路器不能正確的開合，從而使得分閘線圈中的電流不能正常切斷，最終導致燒毀。下面通過分析分閘圈和合閘圈燒毀原因，對分閘圈和合閘圈進行了研究。

分閘線圈故障：操動機構的機械故障。主要表現是鐵芯被位移的電磁鐵卡住，跳閘機構執行失敗；斷路器的拒分。會導致鐵芯由于過載而被燒毀，產生拒分的原因通常是因為操作機構的故障；觸點影響：在分閘之后控制回路輔助開關的觸頭不能快速消滅弧形，從而產生拉弧，這樣就會使輔助開關燒毀。

合閘線圈故障：自由脫扣失敗。斷路器在有自由脫扣需求時，如出現故障會導致出現卡住與機構斷裂的情況；行程位置故障。當輔助開關出現故障時會使合閘接觸器損壞，產生這種情況的常見原因就是輔助開關的延遲觸點不能斷開；合閘接觸器故障。主觸點的電弧讓接觸電阻變大而使得勵磁電流受到影響導致合閘線圈燒毀。

4 結語

本文通過研究智能斷路器，具體來說就是分析斷路器的參數數據從而進一步了解斷路器的故障情況來對智能斷路器進行介紹。斷路器的故障分析主要通過分析斷路器狀態、主要故障元件、線圈合閘特征等情況，最終解釋說明斷路器工作的影響因素。