高压断路器的在线监测和故障诊断

时间：2023-10-13 百科知识版权反馈

【摘要】：在对历年事故的统计和分析基础上建立了高压断路器的监测项目。而对72.5kV以上的单压式SF6高压断路器的事故统计结果表明，操动机构及辅助回路元件的事故占75%，灭弧室及绝缘部分只占20%。可见，对高压断路器中机械故障的在线监测具有重要意义。由于SF6断路器维修时对现场环境的尘埃、湿度等有很高的要求，故近年来采用一种体外检测法，发现故障后再开盖检修，也被称为暂时性状态监测技术。因此检测SF6气体泄漏是一项重要内容。

6.5　高压断路器的在线监测和故障诊断

6.5.1　高压断路器的监测内容

在对历年事故的统计和分析基础上建立了高压断路器的监测项目。国际大电网会议工作组作的一次国际调查表明，在1964年后投运的77　892台断路器中，其中机械性故障占70.3%。而对72.5kV以上的单压式SF₆高压断路器的事故统计结果表明，操动机构及辅助回路元件的事故占75%，灭弧室及绝缘部分只占20%。可见，对高压断路器中机械故障的在线监测具有重要意义。

高压断路器的主要监测内容如下^［16］：

1）断路器和操作机构机械特性的监测

（1）监测合分闸线圈的电流。通过监测合分闸线圈的电流波形可知断路器机械操作系统的工作状态。

（2）断路器行程监测。通过监测断路器合、分操作时的运动速度和时间参数变化来预测故障。

（3）断路器振动信号监测。通过振动传感器检测机械振动波形变化来监测机械运动状态。

2）合分闸线圈回路通路监测

利用电源和高值电阻与合分闸线圈构成通路，通过测量电路电流来判断回路是否有断路。

3）操作机构的储压系统

包括电动机启动时间、电动机转动时间和压力的监测。

4）灭弧室和灭弧触头电磨损监测

通过检测计算分断电流累计值或加权分段累计值，来间接估计电磨损程度。

5）绝缘监测

主要内容是对局部放电进行监测。绝缘故障的前兆现象主要表现在局部放电，发生的原因如下：

（1）绝缘件生产时材料不纯，内部存在空洞或裂痕。

（2）金属或绝缘表面不平或存有尖端。

（3）由于安装不慎或开关分合产生的金属微粒在电场作用下会不断移动或作不规则的跳跃，微粒下落时会产生局部放电。

（4）在金属屏蔽罩固定点位置发生接触不良。

（5）触头间严重接触不良会在局部产生放电。

局部放电监测系统由于现场电磁干扰很强，而实际监测信号很弱，因此难以识别放电类型和确定放电源的位置。目前人们常用电测法和机械振动法来进行局部放电监测。

6）断路器导电部分及主触头监测

（1）壳体温升监测。

监测断路器外壳的温度，判断主触头及内部发热情况。

（2）监测壳体的振动情况。

主触头严重发热会引起壳体机械振动的幅值和频率特性发生变化，以此来判断主触头发热情况。

上述两种方法只适用于有接地外壳的断路器。由于SF₆断路器维修时对现场环境的尘埃、湿度等有很高的要求，故近年来采用一种体外检测法，发现故障后再开盖检修，也被称为暂时性状态监测技术。包括以下3项内容：

（1）检测断路器动作过程中壳体的振动情况。

（2）通过检测断路器灭弧触头的有效接触行程和静态回路电阻，了解灭弧触头的烧损或磨损情况，可进一步预测触头寿命。

（3）通过检测机械机构的驱动力大小来判断触头烧损情况。

6.5.2　开关特性的在线监测

1）测量开关的通电时间和断开、投入时的控制电流

图6－11为该法的原理图。从线圈励磁到主接点“开”为止的时间表示断开时间，如果主触点动作有异常，则相应操动机构的开关时间特性就会发生变化。因此，根据监测控制电流通电时间的变化，就可以得到主触点及操动机构的开关特性。

图6－11　控制电流通过时间测量法的原理

2）根据触头的运动曲线，分析机械机构的工作状态

通过霍尔器件和LEM电压变换器，把分合闸线圈的DC220V电源电压转换为DC4V的信号，通过A/D转换送给微机监测系统，用以监测分、合闸线圈的电压特性。

通过光电轴角编码器测量分合闸过程中光电编码器输出的各个电脉冲信号的脉宽，即可得到断路器的分、合闸速度特性。

根据上面得到的分、合闸线圈电压特性曲线和速度特性曲线，可以分析出断路器的机电操作系统的运行状态；通过分析比较断路器的历次动作特性曲线，可知断路器的运行变化趋势，为实现断路器的“状态检修”打下了基础。

6.5.3　温度特性的在线监测

将温度传感器依次装在U、V、W三相相同位置的测量点上。将测得的标准信号送到数字运算部分，通过比较显示为同相导体连接部分的外壳温度差。其工作原理如图6－12所示。

图6－12　外壳温度测量法原理

6.5.4　SF₆气体泄漏的检测

SF₆是无毒、惰性、不可燃的气体，但它的泄漏会引起环境的污染。易引起温室效应，还可能带有微量的有毒气体。因此检测SF₆气体泄漏是一项重要内容。

根据国际电工协会（IEC）的规定SF₆气体泄漏的上限是每年1%。并建议今后设计标准时每年小于0.1%，凡每年泄漏超过0.5%的设备要进行检查。

检测SF₆气体泄漏的方法下列几种。一是根据内部压力变化来检查泄漏，灵敏度较低；二是用肥皂水检漏需要设备离线，速度慢，灵敏度也不够高；三是体外非接触检测。美国LIS公司生产的TG型红外热像仪（TG－20，TG－30），可用于SF₆气体泄漏检测。设备内部装有一台照相机和CO₂激光器。工作时用红外线照射待测目标并产生电视图像。从断路器里泄漏出来的SF₆会吸收红外线，导致在图像上形成暗区，可以根据暗区的变化情况来判断泄漏的程度。设备灵敏度为0.18cm³/min，也即0.9kg/a（a表示年），而断路器的实际泄漏量在10～100kg/a。现场测试表明，在1～7m的距离内可测到1kg/a的泄漏量。SF₆外形图如图6－13所示。