浅议高压真空断路器重要参量的存线监测

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摘要 高压真空断路器作为电力系统中最重要的一种高压开关电器之一，其性能与可靠性直接关系到电力系统的运行安全。在线监测技术能够实现高压设备在运行状况下的实时监测，有着其他检测方法不可比拟的优势，对早期识别、分析、诊断和处理断路器的故障有着极大的辅助作用。

关键词 高压 真空断路器 在线监测

中图分类号：TM561.2 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）05-0006-02

高压真空断路器是利用“真空”作为绝缘和灭弧介质的，其触头安装在真空灭弧室内。由于真空相对来说不存在气体游离的问题，所以这种断路器在触头开断时所产生的电弧很快熄灭，对触头的损伤较小，延长了高压设备的使用寿命。

一、高压真空断路器的结构

高压真空断路器的结构主要由基座、绝缘支撑、真空灭弧室、传动机构、操动机构等组成。其中，真空灭弧室由静触头、动触头、屏蔽罩、波纹管、法兰盘、玻壳等组成。

二、高压真空断路器的常见故障及现象

1.断路器拒合、拒分

该故障表现为在断路器得到合、分闸命令后，合、分闸电磁铁动作，铁心顶杆将合、分闸掣子顶开，合、分闸弹簧释放能量，带动断路器合、分闸，但断路器灭弧室不能合、分闸。

2.断路器误分

此故障主要表现为断路器在正常运行状态，在不明原因情况下自动跳闸。

3.断路器直流电阻增大

表现为断路器在运行一定时间后，灭弧室触头的接触电阻不断增大。

4.断路器合闸弹跳时间增大

表现为断路器在运行一定时间后，合闸弹跳时间不断增大。

5.断路器机构储能后，储能电机不停

该现象为断路器在合闸后，操动机构储能电机开始工作，但弹簧能量储满后，电机仍在不停运转。

6.断路器触头不能断开

表现为断路器在进行分闸操作后，断路器触头不能断开或非全相断开。

三、高压真空断路器在线功能

高压真空断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备，不仅能通、断正常负荷电流，而且当线路发生短路、过载、失压故障时，通过保护装置能自动跳闸，切断故障电路。

四、高压真空断路器在线监测

对断路器的重要参数进行长期连续的在线监测，不仅可以提供设备的运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断是否存在故障的先兆，从而延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养的费用，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。

1.触头磨损监测

在使用中，不论断路器正常开断还是故障开断，都会使触头在开断电流的作用下表面熔损而变薄，并且操作越频繁，开断电流越大，触头表面磨损就会越厉害。触头磨损在线监测由检测器和显示器来完成。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。其检测器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.行程一时间特性监测

真空断路器动触头的行程-时间特性是表征断路器机械特性的重要参数，据此可计算动触头行程、超行程，平均速度、最大速度等参数，还可以提取动触头运动过程中各个事件发生的时刻。根据事件时间来诊断故障，这种方法可以诊断断路器机械部分磨损、疲劳老化、变形、生锈、阀的缓慢动作等故障。因此它是断路器机械特性监测的一项重要内容。

由于真空断路器在分合闸过程中，动触头的行程与主轴转动角度之间存在一定的对应关系，因此，测得主轴的角位移特性即可间接测得动触头的直线位移特性。采用直线位移传感器和角位移传感器即可测量行程一时间特性，通过主轴角位移和动触头直线位移的良好关系，能很好地反映直线位移的变化情况，进而得到触头行程特性，达到早期诊断断路器各类故障的目的。

3.分、合闸电流监测

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，根据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。

采用霍尔电流传感器来对分合闸电流进行监测，因为霍尔电流传感器抗干扰能力强、精度高、线性度和动态特性好及工作带频宽等优点，且分合闸线圈回路引线穿心而过，不会影响真空断路器主系统的性能，实现分合闸电流精准在线监测。

4.灭弧室电寿命监测

由于电弧对灭弧室内主要部件的烧蚀，一台断路器只能完成一定次数的开断操作，它的电寿命主要取决于灭弧室的触头材料、开断电流的大小、空间结构等情况。而直接检查烧蚀程度在工程上是很困难的。最常用的方法为在线监测并累计开断电流次数（特别是开断故障电流次数），依据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。

5.灭弧室温度在线监测

真空断路器的灭弧室在工作中是否正常，除进行上述内容监测外，通过对灭弧室的温度监测同样可以判断其工作状态，如有触头接触不良，必然导致其接触电阻增加，出现异常发热现象等，可见对其进行在线跟踪监视就可预判潜在的安全隐患。对高压真空断路器的灭弧室的温度监测可以选择以下方法实现：

（1）红外热像仪在高压电气设备的温度监测中已被广泛的应用，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）热敏电阻是近年来出现的一种新型半导体测温元件，常用的是正温度系数热敏电阻PTC，它是在钛酸陶瓷中加入施主杂质形成的，电阻温度系数大，温度特性好，能很好地对高压真空断路器的灭弧室的温度在线监测。

（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。

在线监测技术能够实现设备在运行状况下的实时监测，它能够对运行中的高压断路器进行重点参数的测量，及早发现高压断路器的各种潜在隐患，避免产生严重的电气事故，提高供电的可靠性，保证电网的经济运行。