張景庫

摘要 高壓真空斷路器作為電力系統(tǒng)中最重要的一種高壓開關(guān)電器之一，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)能夠?qū)崿F(xiàn)高壓設(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，對早期識別、分析、診斷和處理斷路器的故障有著極大的輔助作用。

關(guān)鍵詞 高壓 真空斷路器 在線監(jiān)測

中圖分類號：TM561.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2016）05-0006-02

高壓真空斷路器是利用“真空”作為絕緣和滅弧介質(zhì)的，其觸頭安裝在真空滅弧室內(nèi)。由于真空相對來說不存在氣體游離的問題，所以這種斷路器在觸頭開斷時所產(chǎn)生的電弧很快熄滅，對觸頭的損傷較小，延長了高壓設(shè)備的使用壽命。

一、高壓真空斷路器的結(jié)構(gòu)

高壓真空斷路器的結(jié)構(gòu)主要由基座、絕緣支撐、真空滅弧室、傳動機構(gòu)、操動機構(gòu)等組成。其中，真空滅弧室由靜觸頭、動觸頭、屏蔽罩、波紋管、法蘭盤、玻殼等組成。

二、高壓真空斷路器的常見故障及現(xiàn)象

1.斷路器拒合、拒分

該故障表現(xiàn)為在斷路器得到合、分閘命令后，合、分閘電磁鐵動作，鐵心頂桿將合、分閘掣子頂開，合、分閘彈簧釋放能量，帶動斷路器合、分閘，但斷路器滅弧室不能合、分閘。

2.斷路器誤分

此故障主要表現(xiàn)為斷路器在正常運行狀態(tài)，在不明原因情況下自動跳閘。

3.斷路器直流電阻增大

表現(xiàn)為斷路器在運行一定時間后，滅弧室觸頭的接觸電阻不斷增大。

4.斷路器合閘彈跳時間增大

表現(xiàn)為斷路器在運行一定時間后，合閘彈跳時間不斷增大。

5.斷路器機構(gòu)儲能后，儲能電機不停

該現(xiàn)象為斷路器在合閘后，操動機構(gòu)儲能電機開始工作，但彈簧能量儲滿后，電機仍在不停運轉(zhuǎn)。

6.斷路器觸頭不能斷開

表現(xiàn)為斷路器在進行分閘操作后，斷路器觸頭不能斷開或非全相斷開。

三、高壓真空斷路器在線功能

高壓真空斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護設(shè)備，不僅能通、斷正常負(fù)荷電流，而且當(dāng)線路發(fā)生短路、過載、失壓故障時，通過保護裝置能自動跳閘，切斷故障電路。

四、高壓真空斷路器在線監(jiān)測

對斷路器的重要參數(shù)進行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，不僅可以提供設(shè)備的運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷是否存在故障的先兆，從而延長設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，減少維修保養(yǎng)的費用，提高電力系統(tǒng)運行的安全可靠性及自動化程度。

1.觸頭磨損監(jiān)測

在使用中，不論斷路器正常開斷還是故障開斷，都會使觸頭在開斷電流的作用下表面熔損而變薄，并且操作越頻繁，開斷電流越大，觸頭表面磨損就會越厲害。觸頭磨損在線監(jiān)測由檢測器和顯示器來完成。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)。其檢測器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.行程一時間特性監(jiān)測

真空斷路器動觸頭的行程-時間特性是表征斷路器機械特性的重要參數(shù)，據(jù)此可計算動觸頭行程、超行程，平均速度、最大速度等參數(shù)，還可以提取動觸頭運動過程中各個事件發(fā)生的時刻。根據(jù)事件時間來診斷故障，這種方法可以診斷斷路器機械部分磨損、疲勞老化、變形、生銹、閥的緩慢動作等故障。因此它是斷路器機械特性監(jiān)測的一項重要內(nèi)容。

由于真空斷路器在分合閘過程中，動觸頭的行程與主軸轉(zhuǎn)動角度之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系，因此，測得主軸的角位移特性即可間接測得動觸頭的直線位移特性。采用直線位移傳感器和角位移傳感器即可測量行程一時間特性，通過主軸角位移和動觸頭直線位移的良好關(guān)系，能很好地反映直線位移的變化情況，進而得到觸頭行程特性，達(dá)到早期診斷斷路器各類故障的目的。

3.分、合閘電流監(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，根據(jù)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，從而判斷是否有異常現(xiàn)象。

采用霍爾電流傳感器來對分合閘電流進行監(jiān)測，因為霍爾電流傳感器抗干擾能力強、精度高、線性度和動態(tài)特性好及工作帶頻寬等優(yōu)點，且分合閘線圈回路引線穿心而過，不會影響真空斷路器主系統(tǒng)的性能，實現(xiàn)分合閘電流精準(zhǔn)在線監(jiān)測。

4.滅弧室電壽命監(jiān)測

由于電弧對滅弧室內(nèi)主要部件的燒蝕，一臺斷路器只能完成一定次數(shù)的開斷操作，它的電壽命主要取決于滅弧室的觸頭材料、開斷電流的大小、空間結(jié)構(gòu)等情況。而直接檢查燒蝕程度在工程上是很困難的。最常用的方法為在線監(jiān)測并累計開斷電流次數(shù)（特別是開斷故障電流次數(shù)），依據(jù)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。

5.滅弧室溫度在線監(jiān)測

真空斷路器的滅弧室在工作中是否正常，除進行上述內(nèi)容監(jiān)測外，通過對滅弧室的溫度監(jiān)測同樣可以判斷其工作狀態(tài)，如有觸頭接觸不良，必然導(dǎo)致其接觸電阻增加，出現(xiàn)異常發(fā)熱現(xiàn)象等，可見對其進行在線跟蹤監(jiān)視就可預(yù)判潛在的安全隱患。對高壓真空斷路器的滅弧室的溫度監(jiān)測可以選擇以下方法實現(xiàn)：

（1）紅外熱像儀在高壓電氣設(shè)備的溫度監(jiān)測中已被廣泛的應(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）熱敏電阻是近年來出現(xiàn)的一種新型半導(dǎo)體測溫元件，常用的是正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC，它是在鈦酸陶瓷中加入施主雜質(zhì)形成的，電阻溫度系數(shù)大，溫度特性好，能很好地對高壓真空斷路器的滅弧室的溫度在線監(jiān)測。

（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。

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，它能夠?qū)\行中的高壓斷路器進行重點參數(shù)的測量，及早發(fā)現(xiàn)高壓斷路器的各種潛在隱患，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的電氣事故，提高供電的可靠性，保證電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。

（責(zé)任編輯 曾卉）