唐錦濤 陳延輝 陳東風(fēng) 周 凱 姚帥業(yè)

（平高集團有限公司，河南 平頂山 467000）

概述

高壓斷路器是能關(guān)合、承載、開斷運行回路的正常電流，也能在規(guī)定時間內(nèi)關(guān)合、承載及開斷規(guī)定的過載電流（包括短路電流）的開關(guān)設(shè)備。它是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護設(shè)備，其工作特點是瞬時從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻^緣狀態(tài)或者瞬時從絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。按滅弧原理分，目前用的較多的是真空斷路器和六氟化硫斷路器。

隨著國家農(nóng)網(wǎng)改造及電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，市場對高壓斷路器產(chǎn)品的需求越來越多，為滿足我國發(fā)展堅持智能電網(wǎng)的需求，對高壓斷路器產(chǎn)品運行狀態(tài)進行監(jiān)測是保證設(shè)備可靠運行并有效檢修的重要內(nèi)容，是確保電力系統(tǒng)安全運行及對電力設(shè)備可靠運行的有效途徑。當(dāng)前高壓開關(guān)產(chǎn)品在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)在相關(guān)行業(yè)內(nèi)得到研究，并且許多在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)在電力系統(tǒng)內(nèi)得到應(yīng)用，備受電力系統(tǒng)管理人員的青睞。在未來電網(wǎng)發(fā)展當(dāng)中，在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用必將成為主流，替代原有傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)。高壓開關(guān)制造廠家，為在未來電力市場內(nèi)得到絕對話語權(quán)，在現(xiàn)有的產(chǎn)品上添加在線監(jiān)測技術(shù)及在新產(chǎn)品研發(fā)初期考慮采用在線監(jiān)測技術(shù)，必將成為未來發(fā)展之趨勢。

1 斷路器狀態(tài)的監(jiān)測方法介紹

據(jù)筆者對斷路器狀態(tài)監(jiān)測方面的了解，斷路器狀態(tài)的監(jiān)測方法，由最初的停電監(jiān)測、帶電測試，發(fā)展到當(dāng)前的在線監(jiān)測。

1.1 停電監(jiān)測

停電監(jiān)測就是定期或者在發(fā)現(xiàn)異常時，對某段電力系統(tǒng)進行斷電，并對該段的電力設(shè)備進行檢查、測試，對監(jiān)測的結(jié)果，采取必要的措施進行預(yù)防故障發(fā)生，或者對監(jiān)測到的問題進行及時解決的方法。該方法需要斷電，對電力系統(tǒng)影響較大，在現(xiàn)在及未來電力的發(fā)展中將被逐漸淘汰。

1.2 巡視檢查

巡視檢查由有經(jīng)驗的專業(yè)人員進行，具有簡便、直觀和一般性的特點，是參與狀態(tài)檢修的最基本手段。

1.3 預(yù)防性試驗

高壓斷路器預(yù)防性試驗是目前用作掌握設(shè)備狀態(tài)的主要方法。開展?fàn)顟B(tài)檢修必須加強預(yù)防性試驗工作，但測試數(shù)據(jù)的可信度常受測試環(huán)境、儀器性能、測試方法和測試人員素質(zhì)等因素影響。

1.4 帶電測試

帶電測試是被測設(shè)備不需要停電即可進行測試，根據(jù)需要或按預(yù)定周期進行，但帶電測試工作的安全性有待進一步加強。

1.5 在線監(jiān)測

在線監(jiān)測能使設(shè)備實時處于工作參數(shù)的監(jiān)控當(dāng)中，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)量的實時變化趨勢，易于捕捉到突變的信息量，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在問題，反映設(shè)備的實時狀態(tài)，便于電力設(shè)備管理人員進行科學(xué)管理。在線監(jiān)測比常規(guī)停電監(jiān)測能更及時、更有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期存在的缺陷，比預(yù)防性試驗更直觀準(zhǔn)確，且比帶電監(jiān)測更加安全，避免了停電監(jiān)測因停電帶來的損失等，因此在線監(jiān)測是實行設(shè)備狀態(tài)檢修的重要基礎(chǔ)，是電力系統(tǒng)所向往的監(jiān)測手段。但目前高壓開關(guān)產(chǎn)品在線監(jiān)測技術(shù)存在研發(fā)難度大且投入大的因素，因此在線監(jiān)測技術(shù)在電力系統(tǒng)的的應(yīng)用存在成本高，推廣難度大的問題。

2 在線監(jiān)測技術(shù)

2.1 六氟化硫斷路器的在線監(jiān)測

2.1.1 SF6氣體的監(jiān)測

SF6氣體的耐壓強度取決于氣體密度，即單位體積內(nèi)SF6氣體的分子數(shù)，而不是氣室壓力。因此為保證氣體絕緣設(shè)備的安全可靠運行，應(yīng)監(jiān)測SF6氣體密度。但在實際工程實踐中要監(jiān)測氣體的密度是困難的，因為氣體絕緣設(shè)備的體積是一定的，只要沒有發(fā)生氣體泄漏，就能保證SF6氣體的密度不會發(fā)生變化。因此在高壓斷路器產(chǎn)品的設(shè)計中常采用壓力表來監(jiān)測SF6氣體的壓力，將監(jiān)測結(jié)果與SF6氣體的壓力——溫度曲線相對照或與其歷史記錄進行比較，從而判斷SF6氣體是否發(fā)生泄漏，斷路器電氣絕緣是否能夠達到安全性能的要求。當(dāng)監(jiān)測到高壓斷路器氣室內(nèi)的壓力將要達到閉鎖壓力時，監(jiān)測系統(tǒng)可及時發(fā)出壓力不足信號，或者直接對設(shè)備進行補氣，避免電力系統(tǒng)突然斷電事故發(fā)生。

2.1.2 水分在線監(jiān)測

SF6高壓斷路器對水分值的要求很高，若斷路器氣室內(nèi)的水分值過大，將大大的降低SF6絕緣強度，導(dǎo)致設(shè)備在運行中發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，甚至有可能造成設(shè)備不能斷開而產(chǎn)生爆炸的事故。水分在線監(jiān)測主要是通過儀器與斷路器氣室直接相連，并實時監(jiān)測斷路器本體內(nèi)的水分值，當(dāng)水分值達到預(yù)定的安全極限值時，在線監(jiān)測系統(tǒng)就會及時報警，提醒電力設(shè)備管理人員采取必要措施進行處理。

2.1.3 絕緣強度監(jiān)測

絕緣強度是衡量電氣設(shè)備安全性能、可靠性的重要指標(biāo)。絕緣損壞是電氣故障的首要原因。斷路器長期使用，絕緣出現(xiàn)老化，性能會下降，絕緣子或瓷瓶表面污穢積累，會造成局部放電現(xiàn)象。檢測局部放電是預(yù)防絕緣擊穿最好的手段。局部放電監(jiān)測通過射頻傳感器檢測與分析局部放電發(fā)射出的射頻信號，確定出局部放電的嚴(yán)重程度，得到絕緣蛻化信息，進而可采取必要措施進行處理。

2.1.4 機械特性監(jiān)測

機械特性監(jiān)測通過安裝于操作機構(gòu)操作桿或斷路器本體花鍵軸上的位移傳感器 (直線型、旋轉(zhuǎn)型、復(fù)合型(直線+旋轉(zhuǎn)))，利用脈沖計數(shù)或變電阻等方式，得到斷路器操作過程中的行程——時間特性曲線，分析計算行程曲線，可以得到動觸頭行程、超行程、平均分(合)閘速度、剛分(合)速度、分(合)閘時間、分(合)閘速度等參數(shù)，以此判斷斷路器的機械性能、機械壽命等。

2.1.5 分合閘線圈電流波形的監(jiān)測

分合閘線圈是斷路器實現(xiàn)正常操作及故障保護時的重要元件，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(jiān)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?，F(xiàn)象。

2.2 真空斷路器

2.2.1 滅弧室觸頭磨損監(jiān)測

斷路器不論正常開斷還是故障開斷都會使觸頭表面熔損而變薄，操作越頻繁開斷電流越大，觸頭表面磨損就會越厲害。觸頭磨損監(jiān)測由檢測器和顯示器兩部分組成。檢測器組裝在真空開關(guān)觸頭彈簧旁，顯示器可裝在便于觀察的柜門或控制室內(nèi)。其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(guān)各觸點按規(guī)定超程尺寸實現(xiàn)相應(yīng)開閉動作，從而對磨損度進行監(jiān)測。

2.2.2 滅弧室電壽命監(jiān)測

真空斷路器滅弧室的電壽命取決于滅弧室的觸頭材料、結(jié)構(gòu)及開斷電流的大小。由于電弧對滅弧室內(nèi)某些部件(觸頭、噴口)的燒蝕，一臺斷路器只能完成一定次數(shù)的開斷操作，直接檢查燒蝕程度在工程上是很困難的，應(yīng)采用間接方法。最常用方法為在線監(jiān)測、累計開斷電流次數(shù)(特別開斷故障電流次數(shù))，依據(jù)廠家提供的累計開斷電流次數(shù)與觸頭電弧磨損特性參數(shù)圖表來判斷滅弧室的燒蝕情況，從而判斷滅弧室的電壽命，做到及時的更換設(shè)備，避免電力事故的發(fā)生。

2.2.3 真空度在線監(jiān)測

真空斷路器的滅弧原理是利用真空絕緣從而實現(xiàn)滅弧。真空壽命是真空斷路器所特有的。真空度在線監(jiān)測是在不改變斷路器主體結(jié)構(gòu)以及帶電條件下，無論斷路器處于合閘或分閘狀態(tài)，都可隨時監(jiān)測其真空度的變化。真空度在線化的有力手段，從目前生產(chǎn)運行的情況看，溫度在線監(jiān)測有良好的應(yīng)用前景。

（1）紅外熱像儀在高壓電氣設(shè)備的溫度監(jiān)測中，紅外熱像儀已被廣泛的應(yīng)用，對高壓電氣異常發(fā)熱的診斷十分有效，對高壓斷路器而言，亦可通過檢測導(dǎo)電回路電阻是否正常，從而來判斷開關(guān)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）以電工功能材料為溫度敏感元件的監(jiān)測器。采用的電工功能材料是一種高分子PTC（正的電阻溫度系數(shù)）熱敏材料，其電阻率隨溫度成非線性變化。

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

結(jié)語

高壓斷路器作為電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護設(shè)備，其性能與可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的運行安全。在線監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測的內(nèi)容豐富，并能迅速的對信息進行處理，對提高斷路器故障的識別、分析、診斷和處理有著極大的輔助作用。在當(dāng)前經(jīng)濟社會快速發(fā)展的大背景下，經(jīng)濟建設(shè)大幅邁進，電力設(shè)備需求大幅增加，對其連續(xù)、安全、可靠、有效運行要求越來越高。為加強設(shè)備高效科學(xué)管理，保證設(shè)備狀態(tài)檢修的需要，應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)已成為一種必然的發(fā)展趨勢。在線監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備在運行狀況下的實時監(jiān)測，有著其他檢測方法不可比擬的優(yōu)勢。高壓開關(guān)設(shè)備制造廠商為在未來獲取更大的電力設(shè)備市場，保證其產(chǎn)品在未來運行當(dāng)中更加安全、可靠、有效，對現(xiàn)有的產(chǎn)品進行改進采用在線監(jiān)測技術(shù)，并考慮在產(chǎn)品研發(fā)過程中使用在線監(jiān)測技術(shù)，必將成為一種發(fā)展趨勢。

[1]王鋼，王普慶，等.高壓電器概述[M].高壓電器基礎(chǔ)教程.2003（7）:1.

[2]張和鋼.高壓斷路器的在線監(jiān)測方法[J].創(chuàng)新技術(shù)，2007，4:33.

[3]陳碧波.淺談變電設(shè)備裝置在線監(jiān)測與故障診斷方法[J].中華民居，2011（7）:936～937.