劉 洋，王昭斐，馬 遜，趙 勇，南 洋，夏博雅，王德敏

（國網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺 100071）

電能作為重要的二次能源資源，在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和人們生活中起到關(guān)鍵性作用，隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，對電能質(zhì)量和可靠性方面的要求越來越高，高壓斷路器作為重要的電力系統(tǒng)一次設(shè)備，其安全可靠運(yùn)行是電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件。

目前，主要是通過對高壓斷路器進(jìn)行定期的停電例行檢修維護(hù)來判斷斷路器的工作狀態(tài)，但是隨著用戶對供電可靠性要求的不斷增加，停電檢修難度加大，只通過目前例行的停電檢修維護(hù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了斷路器狀態(tài)判斷的要求。

因此，研究者們提出了高壓斷路器在線監(jiān)測技術(shù)[1-6]，即在斷路器不停電的基礎(chǔ)上，對斷路器進(jìn)行狀態(tài)操作以及電網(wǎng)改變運(yùn)行方式的過程中，通過實時監(jiān)視斷路器的分、合閘線圈在動作過程中的電流波形變化，判斷斷路器工作狀態(tài)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)來分析斷路器的運(yùn)行狀態(tài)的技術(shù)。同時，對斷路器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合評估，從而及時發(fā)現(xiàn)斷路器可能存在的隱患和問題，并采取主動積極的管控措施，將問題解決在萌芽階段，確保電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

1 國內(nèi)外有關(guān)斷路器監(jiān)測技術(shù)的研究

目前，國內(nèi)外對斷路器的動作特性在線監(jiān)測技術(shù)方面都有研究[7-9]，雖然國內(nèi)的研究起步較晚，但也取得了豐碩的成果。同時，許多科研單位及廠家也對斷路器動作特性在線監(jiān)測裝置有所研究[10-12]，通過調(diào)研及現(xiàn)場實驗分析，這些裝置普遍存在著監(jiān)測數(shù)據(jù)精度低、可靠性差、裝置故障率高及維護(hù)困難等問題。本文基于分合閘線圈電流信號，研究開發(fā)的高壓斷路器動作特性在線監(jiān)測裝置，經(jīng)過現(xiàn)場大量數(shù)據(jù)實驗驗證，該裝置具有原理先進(jìn)、操作簡單、監(jiān)測精度高級檢修維護(hù)方便等特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國網(wǎng)北京電力公司、國網(wǎng)冀北電力公司等多家網(wǎng)省公司，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 高壓斷路器在線監(jiān)測裝置總體設(shè)計

斷路器動作特性監(jiān)測裝置是利用霍爾電流傳感器采集分、合閘線圈工作過程中線圈電流隨時間變化波形曲線，來分析判斷斷路器機(jī)構(gòu)動作狀態(tài)的一種新技術(shù)。裝置主要由信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)分析模塊三大部分組成。其示意圖如圖1所示。

圖1 高壓斷路器在線監(jiān)測裝置的組成

根據(jù)線圈電流波形曲線的變化，結(jié)合線圈鐵芯運(yùn)動過程，大致分為5 個階段，每個階段分別對應(yīng)鐵芯不同的運(yùn)行規(guī)律，如圖2所示。

圖2 典型線圈電流曲線

t1時刻：線圈鐵芯克服自身阻力開始運(yùn)動。分合閘線圈中的電流從零開始以指數(shù)形式增加，當(dāng)電流增加到一定值時，電磁吸力大到足以克服復(fù)位彈簧彈力和鐵芯自身重力之和，鐵芯開始運(yùn)動。

t2時刻：鐵芯碰觸到斷路器脫扣器。隨著鐵芯開始運(yùn)動，速度逐漸增加，電流出現(xiàn)降低，直到鐵芯頂桿碰觸到脫扣器。但由于現(xiàn)有斷路器鐵芯行程普遍較短，在現(xiàn)場實測t2點時刻的電流波形往往不明顯。

t3時刻：鐵芯推動脫扣器，斷路器脫扣，斷路器主觸頭開始隨機(jī)構(gòu)動作，實現(xiàn)分合閘。鐵芯頂桿碰觸到彎板，鐵芯的運(yùn)動速度降低，電流再次增加。鐵芯運(yùn)動到t3時刻，鐵芯達(dá)到了最大行程并保持在此位置。此時的電感為另一常數(shù)，電流按指數(shù)規(guī)律上升到穩(wěn)態(tài)值，電流穩(wěn)態(tài)值由電源電壓和線圈電阻決定。

t4時刻：斷路器設(shè)備主觸頭分/合閘動作完成。

t5時刻：斷路器輔助接點斷開，切斷分/合閘控制回路。當(dāng)然，實際現(xiàn)場測試結(jié)果可能與理論波形有所區(qū)別，但是正常的線圈電流波形曲線大致一致。

經(jīng)過分析，從定性角度考慮得出結(jié)論：鐵芯動，電流降；鐵芯靜，電流升。通過分合閘線圈電波形隨時間變化的波動趨勢，判斷分合閘線圈卡澀、三相脫扣時間一致性、機(jī)構(gòu)運(yùn)動不穩(wěn)定、線圈匝間短路以及傳動或轉(zhuǎn)動部件嚴(yán)重卡澀等隱患。

3 斷路器動作特性監(jiān)測裝置的應(yīng)用

基于此斷路器動作特性在線監(jiān)測裝置，2021年3 月對某變電站220 kV 組合電器設(shè)備進(jìn)行斷路器動作特性的測試工作，積累相關(guān)數(shù)據(jù)，為之后數(shù)據(jù)的分析對比奠定基礎(chǔ)。

分析圖3～4的監(jiān)測結(jié)果，可以得到：斷路器三相分合閘動作時間、分合閘動作同期較為一致，滿足廠家規(guī)定要求，斷路器機(jī)構(gòu)動作正常，不存在鐵芯卡澀、線圈卡澀、脫扣器卡澀、線圈卡澀等問題，整體分析結(jié)果表明斷路器狀態(tài)基本正常。

圖3 某變電站220 kV斷路器分閘線圈電流波形（1）

圖4 某變電站220 kV斷路器分閘線圈電流波形（2）

通過對圖5 中斷路器合閘線圈電流波形進(jìn)行分析，雖然從整體波形分析看，斷路器的合閘時間、合閘同期合格，但斷路器在完成合閘脫扣后，波形發(fā)生不規(guī)則的波動，說明斷路器機(jī)構(gòu)存在卡澀問題，須加強(qiáng)觀察。

圖5 某變電站斷路器合閘線圈電流波形

4 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)斷路器動作特性檢測手段單一，無法實現(xiàn)對斷路器機(jī)械特性實時監(jiān)測的問題，本論文采用基于分合閘線圈電流波形分析斷路器運(yùn)行狀態(tài)檢測技術(shù)，為解決采用傳統(tǒng)方式檢修存在的漏洞提供了一種很好的彌補(bǔ)手段。實現(xiàn)斷路器機(jī)械特性的在線實時監(jiān)控；隨著數(shù)據(jù)量的不斷積累，建立各種型號的斷路器分合閘線圈電流波形“指紋數(shù)據(jù)庫”，利用先進(jìn)的算法分析技術(shù)，實現(xiàn)實時在線分析、異常報警等功能，及時判斷斷路器運(yùn)行狀態(tài)，為制定斷路器檢修策略提供數(shù)據(jù)支撐。通過現(xiàn)場驗證及應(yīng)用，達(dá)到預(yù)想的效果。