高压直流断路器及其关键技术
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摘要：在电网规模不断扩大的情况下，高压断路器所发挥的作用越来越重要，当然对它的运行也提出了更高的要求文章分析其断路器技术，探讨其解决方式。
中图分类号：F407文献标识码： A
引言
直流断路器的逆变器采用的调制波只是一种探索方案，可以对其进一步优化，使直流断路器的各项性能更优。
一、断路器常见故障
（一）绝缘故障
据统计的数据得出，高压断路器的绝缘故障发生的次数也是比较多的，其中，内绝缘故障、外绝缘和瓷套闪络故障最为常见。外绝缘故障一般较容易检查和处理，对于高压断路器内部存在异物的内绝缘故障需要专业人士进行检查。
（二）载流故障断路器
载流故障主要是由于触头接触不良过热或者是引线过热造成的，这种状况下应联系电力调度部门减轻负荷。新安装的断路器触头接触不良主要是由于动触头与静触头没有对中，接触不良导致载流或绝缘事故，此时需要加强监视，减少负荷，做好解体检查准备。
（三）泄露故障
对于液压操动机构，可能由于高压放油阀关闭或密封不严、液压油管道回路中接头有漏油等导致的液压机构漏油；对于气动操动机构，可能是压缩空气回路管道接头有漏油、储气罐的放水阀关闭不严等导致的气动机构漏气。发生液压机构漏油故障，应对液压油回路管道进行细致检查，发现截止阀关闭不严的地方立即关好；对于气动机构漏气的情况，对机构的压缩空气回路管道的阀门和连接部位检查是否渗漏，对机构及其回路中的阀体和部件发现异常时退出运行后查明故障。除了以上所述各类故障外，还有高压断路器开断、关合故障以及部件损坏故障等，可以看出，高压断路器故障类型太多，都有可能对其正常运行产生影响，加上断路器数量的不断增多，若依旧沿用传统的计划检修模式，很难满足目前电力系统运行和发展需求，迫切需要实施基于实时运行的状态监测。
二、变电站运行中高压断路器故障解决方式
（一）拒分闸故障
断路器在运行时经常会发生拒动故障，进而导致越级跳闸的现象出现，这样不仅会使停电的范围扩大，更会导致电力系统的解列，继而发生大面积的停电事故，这给我国的电力系统带来了非常严重的危害。因此发生拒分闸故障的时候，要先对跳闸回路进行检查，看看跳闸回路是否是完好无损的、检查跳闸电压的是否出现过低的现象。如果电压正常但是铁芯不动，那么便是电气出现故障；如果跳闸铁芯良好但是断路器拒动，一般是机械发生故障；如果是铁芯卡涩或者是线圈出现故障，但是电源部位良好，这样就是电气与机械二者同时出现故障。处理方式：电气方面的故障主要应集中检查跳闸回路上的各个元件的接触是否存在问题，检查控制回路部位的熔断器是否完全的熔断以及跳闸的线圈是否出现老化短路。机械方面的故障，主要的原因是分闸阀出现卡死的问题或者是分闸的弹簧失灵，还有就是由于触头出现焊接卡涩或者是机械卡涩等，只要找到故障的原因就能够直接对其进行维修与维护。
（二）拒合闸故障
拒合闸故障的出现一般也是由两种故障引起的，电气故障以及机械故障。这同拒分闸故障差不多，首先要检查合闸的电源以及合闸的控制电路，保证电气的回路是正常的时候要检查合闸的铁芯是否出现动作，从而判断是否是机械故障的原因。一般来讲，电气故障要想解决，就要检查控制电源的元件以及控制回路上是否存在着异常，基本都是这两个原因导致电气故障的出现；机械故障的出现，主要是由于合闸的铁芯出现卡涩的现象，进而导致出力不足，或者是由于分闸之后的机构未能够及时的复归到之前的预合位置。还有其他的原因是合闸的弹簧未能够储能、合闸的顶杆空程或者行程不合适等。
（三）误分闸与误合闸的事故
在电气方面，误分闸事故的出现主要是由于电流与电压的互感器回路出现故障、直流系统出现两点接地的现象等原因造成的；在机械故障方面，使得误分闸现象出现，主要是因为液压机械出现异常的现象，进而造成误分闸故障的出现。面对此类问题，在检查时如果发现是人为的错误操作或者是由于保护盘受到外力的碰撞从而产生自动脱扣型的误跳，这样的故障在排除是开关方面的问题的时候可以直接的进行送电的操作。但是如果经过检查发现是电气或者是机械故障的时候，就要切断电源再进行检修处理。误合闸的故障主要表现的是高压断路器没有经过任何的操作就出现自动合闸的现象，此故障主要是由于直流系统出现两点接地的现象或者是自动重合闸的继电器触电出现闭合粘死现象等。另外，在发生振动的时候，弹簧操动机构内部的储能弹簧锁扣如果不可靠的话，也会使高压断路器出现自行合闸的现象。
（四）液压操纵结构出现故障
（1）液压油泵出现频繁起动的现象高压断路器的液压机构经常会出现液压油泵的频繁起动的现象。第一，密封圈的损坏。在液压的系统中，密封圈主要是密封液压油，如果密封不够就会产生更多的泄露，进而影响到电力系统以及相关元件的工作。密封圈主要受到的影响主要有：液压油的工作压力、液压油的冲击力以及粘度特性、在液压油中的水分、杂质、空气等的腐蚀、温度的变化产生的影响等。第二，阀体的密封出现问题。液压油中的灰尘、颗粒等杂质会造成阀体本身的磨损，而且阀体本身的加工不够精准也会造成密封的问题。一般的处理方式是加强分合一级阀、高压放油阀以及逆止阀等的检修工作，从而保证阀体密封不良的问题。
（2）压力出现异常，忽高忽低压力问题的出现主要就是由于微动开关的失灵、储压筒筒壁以及活塞出现磨损、压力表失灵，无法正常发出停止的信号等因素造成的。一般的处理方式是更不换储压筒本身的密封活塞或者是对失灵的微动开关、接触器的触电等进行打磨，从而更好的消除金属锈层等方式。
三、高压断路器状态监测
（一）灭弧室在线监测
（1）SF6气体密度的监测
SF6性能主要取决于它的密度，密度降低会导致其绝缘性能和灭弧性能的降低。另外，由于密度的降低主要是由于气体的泄露引起的，而气体的泄漏将带来外界水分的渗透，最后导致 SF6气体中含水量增多，因此，对实际运行的SF6气体密度进行在线监测是很必要的，但监测气体的密度又是非常困难的。因此，可通过监测气体的压力来反映气体的密度。在此情况下断路器通常设有两级警告信号，即一级补气压力信号和二级闭锁压力信号。通常状况下，补气压力信号低于额定气压约10%，闭锁压力又低5%。另外，在灭弧室没有发生泄漏的情况下，气体的压力还与温度有关，气室的压力随着温度的上升而升高，在工程实践中，根据测量时的温度便可在SF6温度特性曲线上查出当时的气体压力值，然后判断灭弧室的泄漏情况。
（2）断路器微水含量的监测
SF6气体中的水分会使得其绝缘性能和灭弧性能就会显著下降。另外，其工频闪络电压也会随之下降。此外，还会导致断路器触头发生电弧放电时产生有潜在危险的化学物质。综上，对断路器的微水含量在线监测是及其必要的。SF6气体含水量的测量方法有重量法、电解法、露点法、电容法等，不同的测量方法会得到不同的测量结果，建议采用电解法和露点法作为日常的测量方法。
（二）高压断路触头电寿命的在线监测
断路器每次开合都会使断路器触头产生一定的损伤，一般以触头在开断时的磨损来衡量断路器电寿命，它是衡量断路器的重要指标之一，因此，电寿命是断路器在线监测的重要参数。影响断路器电寿命的因素有很多，主要因素是电磨损，包括灭弧室、灭弧介质、触头这三方面，起决定性作用的是触头的电磨损。目前，对电寿命的研究计算很多，如累计开断电流或电弧能量法、累计开断电流加权法、计及燃弧时间加权评估法、触头相对电磨损与相对电寿命法等。这些方法中，只有计及燃弧时间加权评估法可直接计算出触头的电磨损，其他方法均是间接表征电磨损；其次，触头相对电磨损与相对电寿命法可以针对不同种类的断路器进行评估，也可以较准确的表征断路器的电磨损情况。由于另外两种方法中可耗总量也是可以求取的，所以也可以很好地描述电磨损的损耗情况。在此，建议选取触头相对电磨损与相对电寿命法实施在线监测。
结语
综上所述，提出目前直流配电系统保护面临的关键问题，并展望今后直流配电系统保护的发展方向，因此，保障高压断路器的安全、稳定运行具有重要的意义。
参考文献：
[1]胡竞竞.直流配电系统故障分析与保护技术研究[D].浙江大学,2014.
[2]李仁峰.直流真空断路器换流参数设计及磁特性研究[D].沈阳工业大学,2014.
[3]谢文刚.高压直流SF_6断路器电弧特性研究[D].沈阳工业大学,2014.