孫 霞

江蘇油田試采二廠技術(shù)監(jiān)督科，江蘇 金湖 211600

1 概述

變電所10KV高壓斷路器的正常運(yùn)行關(guān)系著電力系統(tǒng)的正常供電，保證著工廠企業(yè)的正常用電。為了實(shí)時(shí)獲取高壓斷路器的運(yùn)行狀態(tài)，電力企業(yè)人員不斷研究高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，并對(duì)高壓斷路器狀態(tài)進(jìn)行分析，評(píng)估斷路器是否存在健康運(yùn)行，是否存在潛在的故障缺陷，進(jìn)而規(guī)劃斷路器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

2 高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目

對(duì)高壓斷路器一般進(jìn)行如下幾項(xiàng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

（1）合、分閘線圈電流的監(jiān)測(cè)

分、合閘線圈及鐵芯是斷路器操作機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵元件，控制著斷路器的開斷。當(dāng)分、合閘線圈有電流通過(guò)時(shí)，會(huì)在鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生磁通，用磁力吸引動(dòng)鐵芯，帶動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)化為磁能，最終以機(jī)械能的形式輸出，分合閘時(shí)線圈電流的典型波形如圖1所示。

t0-t1時(shí)間內(nèi)，線圈中電流逐漸增加，磁通逐步加大，為動(dòng)鐵芯提供的吸引力逐漸增加。到達(dá)t1時(shí)，動(dòng)鐵芯開始動(dòng)作直到t2時(shí)間，動(dòng)鐵芯觸動(dòng)操作機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，帶動(dòng)觸頭開始分合閘動(dòng)作。t2-t3時(shí)間為觸頭動(dòng)作時(shí)間，t3-t4時(shí)間為維持階段是上一個(gè)階段的延續(xù)。t4-t5時(shí)間是輔助觸頭切斷電流的階段。

對(duì)線圈電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析I1、I2、I3、t1、t2、t3等特征值能夠了解斷路器操作機(jī)構(gòu)的健康情況，如t1至t2時(shí)間間隔偏長(zhǎng)，并且有多個(gè)電流峰值出現(xiàn)，則說(shuō)明動(dòng)鐵芯動(dòng)作出現(xiàn)卡澀。若t2至t3時(shí)間間隔偏長(zhǎng)，則說(shuō)明包括彈簧在內(nèi)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生卡滯。

（2）機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)

在斷路器分合閘時(shí)，操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部零件接觸碰撞會(huì)引發(fā)機(jī)械振動(dòng)，與對(duì)線圈電流的監(jiān)測(cè)分析類似，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，亦會(huì)了解斷路器操作機(jī)構(gòu)的健康情況。以斷路器分閘為例，分析過(guò)程中幾個(gè)重要的沖擊振動(dòng)信號(hào)，當(dāng)動(dòng)鐵芯接觸操作機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沖擊振動(dòng)信號(hào)；當(dāng)包括彈簧在內(nèi)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)觸動(dòng)觸電進(jìn)行分閘操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較強(qiáng)的沖擊振動(dòng)信號(hào)；當(dāng)觸頭運(yùn)動(dòng)到位進(jìn)行制動(dòng)緩沖時(shí)，亦會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊振動(dòng)信號(hào)。由此可見，各沖擊振動(dòng)信號(hào)與斷路器內(nèi)部零件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)成對(duì)應(yīng)狀態(tài)。這些振動(dòng)信號(hào)為斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了重要的分析數(shù)據(jù)。

圖1 線圈電流波形

（3）開斷電流及電壽命監(jiān)測(cè)

電壽命指滅弧室在多次開斷短路電流后，因觸頭燒損無(wú)法正常工作開斷短路電流，需更換斷路器時(shí)的壽命。電壽命的監(jiān)測(cè)常采用開斷短路電流累加法。

斷路器開斷短路電流會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電弧對(duì)斷路器造成不可逆的電損傷，當(dāng)開斷電流累加到超過(guò)上限值時(shí)，便達(dá)到了斷路器的電壽命，需更換新的斷路器。

用式子（2-1）來(lái)計(jì)算電壽命，式（2-1）中Q為電磨損量，當(dāng)Q達(dá)到上限，則電壽命達(dá)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(jìn)行短路電流的開斷次數(shù)。用式（2-2）來(lái)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(shí)的時(shí)間，ici為為第i次開斷短路電流。

（4）滅弧介質(zhì)的監(jiān)測(cè)

目前斷路器常采用真空滅弧或是SF6氣體滅弧。對(duì)于真空斷路器，還需對(duì)其真空度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由于慢性漏氣或者是真空滅弧室元件漏氣會(huì)造成真空度不斷降低，當(dāng)?shù)陀?. 2× 10?2Pa時(shí)，真空室便不能夠可靠工作，留下隱患。

對(duì)于SF6斷路器，主要要監(jiān)測(cè)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(jiān)測(cè)項(xiàng)

對(duì)斷路器進(jìn)行更全面的狀態(tài)監(jiān)控還進(jìn)行下列幾項(xiàng)的狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)。

行程-時(shí)間特性監(jiān)測(cè)，行程-時(shí)間曲線是計(jì)算觸頭的行程、超行程；觸頭的開距；分、合閘的速度、時(shí)間等機(jī)械特性的依據(jù)。主要靠位移傳感器測(cè)量觸頭的行程-時(shí)間關(guān)系，并能分析出如連桿磨損、松動(dòng)、卡澀、變形等機(jī)械故障隱患。

接點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)，對(duì)斷路器的接點(diǎn)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的閾值上限時(shí)，發(fā)出警報(bào)信號(hào)。也可計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)溫度上升的幅度，當(dāng)溫升超過(guò)設(shè)定的閾值上限時(shí)，發(fā)溫升警報(bào)信號(hào)。這樣可以更好地保護(hù)斷路器，延長(zhǎng)斷路器的工作壽命。

此外監(jiān)測(cè)項(xiàng)還可包括泄漏電流，斷路器動(dòng)作總次數(shù)等等。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)10kV電壓等級(jí)的高壓斷路器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)斷路器的合、分閘線圈電流、機(jī)械振動(dòng)信號(hào)、開斷電流及電壽命、滅弧介質(zhì)等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的特性原理進(jìn)行了闡述說(shuō)明。通過(guò)分析這些監(jiān)測(cè)參數(shù)，電力運(yùn)行人員能夠?qū)崟r(shí)掌握斷路器的工作狀態(tài)，評(píng)估斷路器的健康狀態(tài)，是否要進(jìn)行檢修。

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