彭曼 盛健 張英豪 銀星茜

摘 要：斷路器作為高壓開關(guān)設(shè)備的核心部件，起著極其重要的作用，但現(xiàn)有斷路器種類較多，開斷原理有較大區(qū)別，因此本文對2種常用的機(jī)械斷路器進(jìn)行原理分析，并對斷路器易出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，并給出了基于分合閘線圈的斷路器監(jiān)測方案。

關(guān)鍵詞：斷路器；高壓開關(guān)設(shè)備；故障分析；分合閘線圈

中圖分類號：TM561.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0066-02

斷路器是指能夠關(guān)合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流并能在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件下的電流的開關(guān)裝置。如果斷路器出現(xiàn)故障，例如拒分、拒合、開斷失敗時可能會產(chǎn)生巨大危害，嚴(yán)重時會導(dǎo)致斷路器燒毀爆炸，嚴(yán)重威脅用電的安全性和可靠性，因此對不同類型的斷路器進(jìn)行故障分析有著積極重要的意義。

1 斷路器分析類型

本文主要針對交流的真空斷路器和SF6斷路器進(jìn)行分析。

1.1 真空斷路器

絕緣原理：利用高真空下（平均真空度≤1.33×10-3Pa），電子在電場下能獲得足夠的能量，可保證在碰撞分子時碰撞出電子，但由于高真空下分子較少，碰撞的平均有效行程大于真空泡長度，因此有較強(qiáng)的絕緣性能。

滅弧原理：通過特殊設(shè)計的導(dǎo)電回路產(chǎn)生磁場，讓電弧在磁場中快速旋轉(zhuǎn)，避免集中在一點燒蝕，提高冷卻效果，在電流過零點即開距能耐受恢復(fù)電壓時表示開斷成功。

1.2 SF6斷路器

絕緣原理：利用高密度下，電子無法獲得足夠動能碰撞分子產(chǎn)生新的電子，平均碰撞行程較短，同時SF6具有較強(qiáng)的負(fù)電性，容易俘獲電子，所以有較強(qiáng)的絕緣性能。

滅弧原理：利用內(nèi)部開斷過程中的壓氣結(jié)構(gòu)，在開斷過程中產(chǎn)生高壓氣體冷卻電弧，同時SF6負(fù)電性及高溫下的較好的冷卻特性，以及在電流過零點后絕緣恢復(fù)強(qiáng)度高的特性，達(dá)到較好的滅弧特性。

2 斷路器主要故障

斷路器主要故障有：絕緣故障、拒動、誤動、關(guān)合開斷故障、載流故障、外力和其他故障六大類。

2.1 絕緣故障

斷路器內(nèi)部出現(xiàn)斷口間、導(dǎo)電回路對地放電現(xiàn)象，通過采集主回路電壓信號即可判斷，表征為電壓的跌落。

在故障預(yù)判分析上，采用檢測局放值進(jìn)行預(yù)判。

2.2 拒動

在給斷路器線圈信號時，出現(xiàn)了斷路器無法分、合閘現(xiàn)象，通過監(jiān)測分、合閘線圈信號及采集的電流信號進(jìn)行判斷，表征為電流信號未發(fā)生變化。

在故障預(yù)判上，比對分合閘線圈電流信號與出廠值采集數(shù)據(jù)，如果偏差超出5%時應(yīng)檢查線圈是否有卡滯等現(xiàn)象；監(jiān)測機(jī)構(gòu)的壓力信號和打壓信號，頻繁打壓會導(dǎo)致壓力閉鎖進(jìn)而出現(xiàn)拒動現(xiàn)象。

2.3 誤動

在未給分合閘線圈信號時，出現(xiàn)了斷路器分、合閘現(xiàn)象，通過監(jiān)測分、合閘線圈信號及采集的電流信號進(jìn)行判斷，表征為電流信號發(fā)生變化。

在故障預(yù)判上，監(jiān)測分、合閘線圈平時過程中是否出現(xiàn)明顯的電流信號。

2.4 關(guān)合開斷故障

斷路器在分合閘過程中出現(xiàn)的無法開斷或合不上閘的現(xiàn)象，這可以通過監(jiān)測平時操作過程中分合閘時間是否在產(chǎn)品出廠給出的范圍值內(nèi)。

2.5 載流故障

主要表現(xiàn)為觸頭過熱導(dǎo)致的熔毀事故，僅能通過溫度監(jiān)測，因為壓降過小，很難通過電壓信號進(jìn)行判斷。只能通過紅外檢測罐體溫度進(jìn)行判斷。

2.6 外力和其他故障

主要表征為機(jī)構(gòu)的泄漏故障及相應(yīng)機(jī)構(gòu)的損壞，可通過監(jiān)測分合閘時間的偏差進(jìn)行判斷。

3 主回路電壓電流信號的故障監(jiān)測分析

對于整個斷路器而言分為三種主要故障，其中滅弧室和導(dǎo)電回路占11%，輔助和控制回路占19%，機(jī)械問題占70%。

由于無機(jī)械傳感器裝置，在通過線圈及主回路信號進(jìn)行監(jiān)測的條件下，分別對這兩部分進(jìn)行分析。

3.1 分合閘線圈信號分析

對以上各種斷路器原理分析，斷路器分合操作基本通過分合閘線圈實現(xiàn)控制（除400V斷路器），所對分合閘線圈信號監(jiān)測有著重要的意義，輔助回路和控制回路大部分狀況可通過線圈電流進(jìn)行監(jiān)測。圖1（a）是一個典型的分閘機(jī)械特性圖。

根據(jù)圖1（b）分閘線圈電流波形圖可知，整個分閘過程中，線圈鐵心的運(yùn)動分為5個階段，以下分別對這5個階段進(jìn)行分析。

3.1.1 階段t0-t1

階段t0-t1，線圈在t0時刻帶電，在t1時刻鐵芯開始運(yùn)動，t0-t1階段鐵心靜止不動，主要該時刻線圈對鐵芯的吸力小于鐵芯的啟動力，所以電流一直在增長。通過該階段電流監(jiān)測可得出以下結(jié)論：

t0-t1與控制電源及線圈電阻有關(guān)，如果控制電源無問題，則線圈存在受潮、溫度過高等影響；

給出分閘信號到t0時刻的時間為分閘時延，如果該時間顯著增加，則控制回路存在虛接等問題；

如果一直未有明顯的電流信號，則控制回路短路或開路。

可通過標(biāo)定t0到剛分點時間差，作為后續(xù)剛分點位置的計算。

3.1.2 階段t1-t2

階段t1-t2，鐵芯運(yùn)動，電流下降，到t2時刻時，鐵芯與操作機(jī)構(gòu)機(jī)械負(fù)載接觸而顯著減速或停止運(yùn)動，通過該階段電流監(jiān)測可得出以下結(jié)論：

在t1-t2時間內(nèi)電流降低數(shù)值較比較值明顯偏小，證明鐵芯存在卡滯。

3.1.3 階段t2-t3

階段t2-t3，鐵芯與機(jī)械負(fù)載接觸而顯著減速或停止運(yùn)動，電流上升，逐步帶動鐵芯運(yùn)動，通過該階段電流監(jiān)測可得出以下結(jié)論：

如果鐵芯電流交上升速度較增長明顯增快，證明存在機(jī)械負(fù)載卡滯；

如果該階段電流持續(xù)降低，證明機(jī)械負(fù)載處于非正常位置，導(dǎo)致鐵芯與機(jī)械負(fù)載無法接觸。