高压断路器的故障检测技术综述

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1、高压断路器的故障检测技术综述摘要：高压断路器的机械故障是造成高压断路器故障的一个主要原因，对高压断路器实施机械特性的在线监测，以最大限度提高其运行可靠性是十分必要的。文中具体分析总结了断路器合分闸线圈电流、行程-时间特性和振动信号的监测这三种主要在线监测内容的基本原理，简要介绍了相关的检测技术，并着重介绍了其中于温度检测大有可为的声表面波(SAW)测温技术。关键词：高压断路器；机械特性；检测技术；SAW测温技术0.引言高压断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，是电力系统中关合和开断负荷电流、额定电流与故障电流的最关键、也是

2、唯一的开断元件。断路器是一个融合了机械结构和电气控制元件的组合体，它可能一年半载都不动作一次，但一有命令，则必须在很短的时间内完成相应动作。机械磨损、润滑失效、腐蚀老化等原因都可能导致断路器性能劣化，动作时间变慢或无法完全分闸将可能导致断路器保护失效或备用保护动作，甚至将造成大面积停电。由于断路器在电力系统中的重要作用，必须对高压断路器实施在线监测和科学化管理以提高断路器运行的可靠性。断路器的状态监测内容主要括：操动机构机械特性监测、操动机构的储压系统监测、绝缘状态监测、灭弧室和灭弧触头电磨损监测等。由于高压断路器的监测项目

3、是建立在对历年事故的统计和分析基础上的，而根据统计，断路器发生的大型故障中机械故障所占比重高达70%，因此，操动机构机械故障的监测和诊断在高压断路器的在线监测中占据很重要的地位［1］。木文具体分析了操动机构机械特性的监测：合分闸线圈电流、动触头行程-时间和振动信号特性。简要介绍了相关检测技术如电流波形、主触头状态、SF6气体微水含量、温度和局部放电特性的检测技术，着重介绍了温度检测中仍有广阔发展和应用前景的声表面波(SAW)测温技术［2］。1.断路器合分闸线圈电流监测电磁铁是高压断路器操动机构中的重要元件之一，当操作线圈中流

4、过电流时，在电磁铁内产生磁通，铁芯受电磁力作用吸合，接通操作回路，使高压断路器合闸或者分闸。分合闸线圈电流波形中包含着丰富的信息，通过监测分合闹线圈电流波形可以监测线圈的电气完整性和连续性，这反映了二次操作回路的状态；分合闹线圈电流波形还可以间接反映机构的运动状态，如：铁芯是否卡涩、铁芯行程、线圈是否有阻间短路等。通过对分合闸线圈电流的分析，可以判断出高压断路器操动机构的运行状态，还可以作为高压断路器是否偷跳、拒跳的判断依据,并且以此来分析高压断路器的故障原因［5］。图1-1合分闸电磁铁等效直流电路图如阁1-1所示为电磁铁的

5、等效电路图，电感的大小取决于线圈和铁芯铁轭的尺寸，并与铁芯的运动路程S有密切关系，其值将随运动路程S的增加而增加。典型的分闸时线圈电流波形如阁1-2所示，整个运动过程可看作有四个阶段。“电流(A)0totlt3t3t4t5时间（ms）图1-2分闸吋线圈电流波形图(1)tft:阶段:tfi为高压断路器分闸命令的下达时刻，线圈在此时刻开始通电,t:为铁芯幵始运动的吋刻，在此时刻线圈内磁通上升到足以驱动铁芯运动。电流在该时间段内迅速上升，但铁芯并未幵始运动。(2)1广12阶段：t,时刻铁芯在电磁力的作用下克服了阻力幵始做加速运动。

6、电流开始迅速下降，直至铁芯停止运动，此时对应时刻为t2,此刻代表铁芯己经触动操动机构的负载。这一运动阶段可以反映出铁芯的运动状态，反映出铁芯运动时有无卡涩、脱扣等故障情况。(3)阶段:在这一阶段中，线圈电流开始迅速上升，随后电流达到近似稳定。(4)tf%阶段：这是电流的切断阶段，电流值迅速下降至零。在此阶段中，辅助幵关分断，辅助开关触头间产生电弧并被拉长，电弧电压将快速升高，迫使线圈电流迅速减小，直到最后媳火。合闸过程中，铁芯的运动基本与分闸吋相同。通过对分合闸线圈电流四个阶段的分析，依据测得的分合闸线圈电流波形，同时结合高

7、压断路器本身的参数，从而对操动机构的运行状态进行判断。这样，能够及时了解高压断路器的运行状况，对可能的故障进行及时预防，从而达到故障预测的目的。1.动触头行程-时间特性检测断路器的行程-时间特性是指断路器在合分闸操动过程中，动触头的行程S随时间t运动的特性［2］。断路器行程的监测可选用光栅行程传感器、电阻行程传感器等。当装在作直线运动的机构上时，可选用直线式行程传感器；若安装在操动机构的转动轴上则可选用旋转式传感器。传感器输出的脉冲信号经光电隔离、整形、逻辑处理、数据采集后可得到断路器操作过程中的行程-时间特性曲线，图2-1

8、为实测的某断路器合闸吋的波形。h/M256-1图2-1某断路器合闸的行程-时间波形图利用动触尖的行程-时间波形，可算出动触尖合分闸操作的运动时间、动触头行程、超行程以及合分闸的同期性。由行程曲线通过软件处理，可以得到动触头运动的平均速度和最大速度、时间-速度曲线等参数，并且通过对两相信号的