高压断路器在线监测技术进展

高压断路器在线监测技术进展

吾尔肯?艾力哈孜

（国网新疆电力公司检修公司新疆乌鲁木齐830001）

摘要：依靠断路器在线监测，使其建立在电力设备正常运行的基础上进行检修，是当前一项科学的检修制度，不但能够提高断路器的工作效率，而且也带来了巨大的社会效益和经济效益。本文就高压断路器状态在线监测系统的相关方面及其应用进行了具体的分析与研究。

关键词：高压断路器；在线监测；技术

在供配电系统中，由于高压断路器故障导致的非计划停电事故占总停电事故的半数以上，直接影响了电力系统运行的安全性及可靠性。所以，研究高压断路器状态在线监测系统是一项意义重大的课题，也是一项复杂的系统工程，需要更为丰富的理论研究及实践探索去不断完善此系统。

1断路器状态的监测方法

1.1停电监测

停电监测就是定期或者在发现异常时，对某段电力系统进行断电，并对该段的电力设备进行检查、测试，对监测的结果，采取必要的措施进行预防故障发生，或者对监测到的问题进行及时解决的方法。该方法需要断电，对电力系统影响较大，在现在及未来电力的发展中将被逐渐淘汰。

1.2巡视检查

巡视检查由有经验的专业人员进行，具有简便、直观和一般性的特点，是参与状态检修的最基本手段。

1.3预防性试验

高压断路器预防性试验是目前用作掌握设备状态的主要方法。开展状态检修必须加强预防性试验工作，但测试数据的可信度常受测试环境、仪器性能、测试方法和测试人员素质等因素影响。

1.4带电测试

带电测试是被测设备不需要停电即可进行测试，根据需要或按预定周期进行，但带电测试工作的安全性有待进一步加强。

1.5在线监测

在线监测能使设备实时处于工作参数的监控当中，及时发现设备状态量的实时变化趋势，易于捕捉到突变的信息量，及时发现设备存在问题，反映设备的实时状态，便于电力设备管理人员进行科学管理。在线监测比常规停电监测能更及时、有效地发现设备早期存在的缺陷，比预防性试验更直观准确，且比带电监测更加安全，避免了停电监测因停电带来的损失等。

2在线监测技术

2.1六氟化硫断路器的在线监测

2.1.1SF6气体的监测

SF6气体的耐压强度取决于气体密度，即单位体积内SF6气体的分子数，而不是气室压力。因此为保证气体绝缘设备的安全可靠运行，应监测SF6气体密度。但在实际工程实践中要监测气体的密度是困难的，因为气体绝缘设备的体积是一定的，只要没有发生气体泄漏，就能保证SF6气体的密度不会发生变化。因此在高压断路器产品的设计中常采用压力表来监测SF6气体的压力，将监测结果与SF6气体的压力——温度曲线相对照或与其历史记录进行比较，从而判断SF6气体是否发生泄漏，断路器电气绝缘是否能够达到安全性能的要求。当监测到高压断路器气室内的压力将要达到闭锁压力时，监测系统可及时发出压力不足信号，或者直接对设备进行补气，避免电力系统突然断电事故发生。

2.1.2水分在线监测

SF6高压断路器对水分值的要求很高，若断路器气室内的水分值过大，将大大的降低SF6绝缘强度，导致设备在运行中发生闪络现象，甚至有可能造成设备不能断开而产生爆炸的事故。水分在线监测主要是通过仪器与断路器气室直接相连，并实时监测断路器本体内的水分值，当水分值达到预定的安全极限值时，在线监测系统就会及时报警，提醒电力设备管理人员采取必要措施进行处理。

2.1.3绝缘强度监测

绝缘强度是衡量电气设备安全性能、可靠性的重要指标。绝缘损坏是电气故障的首要原因。断路器长期使用，绝缘出现老化，性能会下降，绝缘子或瓷瓶表面污秽积累，会造成局部放电现象。检测局部放电是预防绝缘击穿最好的手段。局部放电监测通过射频传感器检测与分析局部放电发射出的射频信号，确定出局部放电的严重程度，得到绝缘蜕化信息，进而可采取必要措施进行处理。

2.1.4机械特性监测

机械特性监测通过安装于操作机构操作杆或断路器本体花键轴上的位移传感器（直线型、旋转型、复合型（直线+旋转）），利用脉冲计数或变电阻等方式，得到断路器操作过程中的行程——时间特性曲线，分析计算行程曲线，可以得到动触头行程、超行程、平均分（合）闸速度、刚分（合）速度、分（合）闸时间、分（合）闸速度等参数，以此判断断路器的机械性能、机械寿命等。

2.1.5分合闸线圈电流波形的监测

分合闸线圈是断路器实现正常操作及故障保护时的重要元件，其电流波形可以识别出早期机械故障，通过仪器检测电流波形，并将监测波形与断路器特性值和典型波形进行比较、分析，从而判断是否有异常现象。

2.2真空断路器

2.2.1灭弧室触头磨损监测

断路器不论正常开断还是故障开断都会使触头表面熔损而变薄，操作越频繁开断电流越大，触头表面磨损就会越厉害。触头磨损监测由检测器和显示器两部分组成。检测器组装在真空开关触头弹簧旁，显示器可装在便于观察的柜门或控制室内。其借助真空断路器的分、合闸动作，触头弹簧的压缩或伸长的同时，通过微动开关各触点按规定超程尺寸实现相应开闭动作，从而对磨损度进行监测。

2.2.2灭弧室电寿命监测

真空断路器灭弧室的电寿命取决于灭弧室的触头材料、结构及开断电流的大小。由于电弧对灭弧室内某些部件的烧蚀，一台断路器只能完成一定次数的开断操作，直接检查烧蚀程度在工程上是很困难的，应采用间接方法。最常用方法为在线监测、累计开断电流次数，依据厂家提供的累计开断电流次数与触头电弧磨损特性参数图表来判断灭弧室的烧蚀情况，从而判断灭弧室的电寿命，做到及时的更换设备，避免电力事故的发生。

2.2.3真空度在线监测

真空断路器的灭弧原理是利用真空绝缘从而实现灭弧。真空寿命是真空断路器所特有的。真空度在线监测是在不改变断路器主体结构以及带电条件下，无论断路器处于合闸或分闸状态，都可随时监测其真空度的变化。真空度在线化的有力手段，从目前生产运行的情况看，温度在线监测有良好的应用前景。

（1）红外热像仪在高压电气设备的温度监测中，红外热像仪已被广泛的应用，对高压电气异常发热的诊断十分有效，对高压断路器而言，亦可通过检测导电回路电阻是否正常，从而来判断开关触头是否良好，如果触头接触不良，其接触电阻要增加，热损耗功率必然增加，红外热像仪灵敏度极高，能很方便的测出。

（2）以电工功能材料为温度敏感元件的监测器。采用的电工功能材料是一种高分子PTC（正的电阻温度系数）热敏材料，其电阻率随温度成非线性变化。

（3）通过监测温度敏感元件电阻的变化趋势，当温度升高到一定幅度时，监测系统会迅速报警，并会自动采取必要措施进行保护。

结语

对高压断路器实施状态检修，可以有效地减少过早或不必要的停电试验和检修，减少维护工作量，降低维修费用，提高检修的针对性，可显著提高其运行的可靠性和经济性。在线状态监测和故障诊断技术是实施状态检修的关键技术。

参考文献：

［1］许大宇，李祖明，李先允，等。高压断路器状态在线监测系统研究［J］。南京工程学院学报，2015（9）

［2］孟忠，徐凌燕，房兆祥。高压短路器状态检修在线监测系统的应用［J］。华北电力技术，2015（1）

［3］吴忠良。高压断路器在线检测技术进展［J］。电气开关，2016（1）

［4］李卫良，高春雷。高压断路器在线监测技术的综合研究［J］。江苏电机工程，2015（1）