福建省電力有限公司 漳州電業(yè)局 陳藝鑫

高壓斷路器的在線監(jiān)測方法

福建省電力有限公司 漳州電業(yè)局 陳藝鑫

高壓斷路器是能開斷、閉合和承載運(yùn)行狀態(tài)的正常電流，并能在規(guī)定時(shí)間承載、閉合和開斷異常電流（如短路電流）的電器設(shè)備。其工作特點(diǎn)是瞬時(shí)從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻^緣狀態(tài)或者瞬時(shí)從絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。在電力系統(tǒng)中，有效地運(yùn)用高壓斷路器的控制和保護(hù)功能來保證電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行具有實(shí)際意義。

一、斷路器的狀態(tài)監(jiān)測方法

對斷路器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的方法較多，由最初的停電測試、帶電測試，已發(fā)展到目前適用的在線測試。

1. 巡視檢查。巡視檢查由有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員進(jìn)行，有簡便、直觀和大眾性的特點(diǎn)，是參與狀態(tài)檢修的最基本手段。

2. 常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)。電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)是目前用作掌握設(shè)備狀態(tài)的主要方法。開展?fàn)顟B(tài)檢修必須加強(qiáng)預(yù)防性試驗(yàn)工作，但測試數(shù)據(jù)的可信度常受測試環(huán)境、儀器性能、測試方法和測試人員素質(zhì)等因素影響。

3. 帶電測試。被測設(shè)備不需要停電即可進(jìn)行測試，根據(jù)需要或按預(yù)定周期進(jìn)行，但帶電測試工作的安全性有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

4. 在線監(jiān)測。能使設(shè)備經(jīng)常處于工作參數(shù)的監(jiān)視中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)量實(shí)時(shí)變化趨勢，易捕捉到突變的信息量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在問題，反映設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

二、在線監(jiān)測方法

1. 真空斷路器的在線監(jiān)測。

（1）觸頭磨損的監(jiān)測。斷路器不論正常開斷還是故障開斷都會使觸頭表面熔損而變薄，操作越頻繁開斷電流越大，觸頭表面磨損會越厲害。觸頭磨損監(jiān)測由檢測器和顯示器兩部分組成。檢測器組裝在真空開關(guān)觸頭彈簧旁，顯示器可裝在便于觀察的柜門或控制室內(nèi)。其借助真空斷路器的分、合動作，觸頭彈簧的壓縮或伸長的同時(shí)，通過微動開關(guān)各觸點(diǎn)按規(guī)定超程尺寸實(shí)現(xiàn)相應(yīng)開閉動作對磨損度進(jìn)行監(jiān)測。

（2）滅弧室電壽命的監(jiān)測。真空斷路器滅弧室的電壽命取決于滅弧室的觸頭材料、結(jié)構(gòu)與開斷電流的大小。由于電弧對某些部件（觸頭、噴口）的燒蝕，一臺斷路器只能完成一定次數(shù)的開斷。直接檢查燒蝕程度是困難的， 應(yīng)采用間接方法。最常用方法為監(jiān)測、累計(jì)開斷電流次數(shù)（特別是開斷故障電流次數(shù)），依據(jù)廠家提供的累計(jì)開斷電流次數(shù)與觸頭電弧磨損特性參數(shù)圖表來判斷滅弧室的燒蝕情況。

（3）真空度監(jiān)測。真空壽命是真空斷路器所特有的。真空度在線監(jiān)測是在不改變斷路器主體結(jié)構(gòu)以及帶電條件下，無論斷路器處于合閘還是分閘狀態(tài)，都可隨時(shí)監(jiān)測其真空度的變化。真空度在線測試?yán)秒姽庑?yīng)或位移傳感器來實(shí)現(xiàn)。

（4）絕緣強(qiáng)度監(jiān)測。絕緣強(qiáng)度是衡量電氣設(shè)備安全性能、可靠性的重要指標(biāo)。絕緣損壞是電氣故障的首要原因。斷路器長期使用，絕緣出現(xiàn)老化，性能會下降，絕緣子或瓷瓶表面臟污，會造成局部放電現(xiàn)象。檢測局部放電是預(yù)防絕緣擊穿最好的手段。局部放電監(jiān)測通過射頻傳感器檢測與分析局部放電發(fā)射出的射頻信號（1～20 MHz頻帶），確定出局部放電的嚴(yán)重程度，得到絕緣蛻化信息。

（5）機(jī)械特性監(jiān)測。機(jī)械特性監(jiān)測通過安裝于操作機(jī)構(gòu)操作桿上的位移傳感器（直線型、旋轉(zhuǎn)型、復(fù)合型），利用脈沖計(jì)數(shù)或變電阻等方式，得到斷路器操作過程中的行程——時(shí)間特性曲線，分析計(jì)算行程曲線，可以得到動觸頭行程、超行程、平均分（合）閘速度、剛分（合）速度、分（合）閘時(shí)間、分（合）閘速度等參數(shù)，以此判斷斷路器的機(jī)械性能、機(jī)械壽命。

（6）分合閘線圈電流波形的監(jiān)測。分合閘線圈是斷路器實(shí)現(xiàn)正常操作以及故障保護(hù)時(shí)的重要元件。其電流波形可以識別出卡澀等早期機(jī)械故障，將監(jiān)測波形與斷路器特征值和典型波形比較、分析來判斷是否有異?，F(xiàn)象。

2. GIS 組合電器（SF6封閉式組合電器）的在線監(jiān)測。GIS 組合電器以其優(yōu)良的動作特性在高壓領(lǐng)域中占有絕對優(yōu)勢。但運(yùn)行中由于多種因素共同作用，它的性能會改變，因此對運(yùn)行中GIS 組合電器進(jìn)行在線監(jiān)測不容忽視。GIS 設(shè)備的在線監(jiān)測主要是對其絕緣特性進(jìn)行在線監(jiān)測，分為氣體密度監(jiān)測和局部放電監(jiān)測兩個(gè)方面。

（1）SF6氣體的監(jiān)測。 其監(jiān)測系統(tǒng)由壓力表和密度斷電器（溫度補(bǔ)償壓力開關(guān)）組成。GIS 組合電器設(shè)備的每一個(gè)氣室都裝有壓力表，在運(yùn)行中可直觀地監(jiān)視設(shè)備內(nèi)氣體壓力的變化，這一方法直觀、可靠、成本低廉。SF6氣體的耐壓強(qiáng)度取決于氣體密度，即單位體積內(nèi)SF6氣體的分子數(shù)，而不是氣室壓力。因此為保證氣體絕緣設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，應(yīng)監(jiān)測SF6氣體密度。在工程實(shí)踐中要監(jiān)測氣體的密度是困難的。因?yàn)闅怏w絕緣設(shè)備的容積是一定的，只要沒有發(fā)生泄漏，要保證SF6氣體的密度不會發(fā)生變化。因此常采用壓力表來監(jiān)測SF6氣體的壓力。將監(jiān)測結(jié)果與SF6氣體的壓力——溫度曲線相對照或與其歷史記錄進(jìn)行比較，判斷SF6氣體是否發(fā)生泄漏，GIS 電氣絕緣是否能夠達(dá)到安全性能的要求。

（2）GIS 局部放電的監(jiān)測。局部放電是由于電氣設(shè)備絕緣內(nèi)部存在弱點(diǎn)，會在一定外施電壓下發(fā)生局部的重復(fù)擊穿和熄滅現(xiàn)象。GIS 由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，局部放電概率高，能量小。但如果在運(yùn)行電壓下存在局部放電和由此產(chǎn)生的一些不良效應(yīng)，會慢慢損壞絕緣，日積月累，最后會導(dǎo)致整個(gè)絕緣被擊穿。

超高頻（UHF）法。在高壓力的SF6氣體中，局部放電在很小的范圍內(nèi)發(fā)生，具有極短時(shí)間擊穿的特性，振蕩頻率為MHz級。因此利用安裝在金屬外絕緣縫隙處的雙環(huán)天線接收GIS 局部放電時(shí)發(fā)出的電磁波，可對GIS 內(nèi)部放電源的大小、位置、類型做出判斷。

外殼振動法。由于GIS 內(nèi)部電極不平整、金屬毛刺以及制造安裝過程中遺留下來的雜質(zhì)等因素引起的內(nèi)部擊穿放電而導(dǎo)致的外殼振動具有典型的頻率特性。同時(shí)振動信號與局部放電信號出現(xiàn)的相位相接近，并具有重復(fù)性。

三、結(jié)論

斷路器作為電力系統(tǒng)中最重要的控制設(shè)備，其優(yōu)異與可靠的性能直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。當(dāng)前經(jīng)濟(jì)建設(shè)大幅邁進(jìn)，電力設(shè)備大量增加，對其連續(xù)、安全、可靠、有效運(yùn)行要求越來越高。為加強(qiáng)設(shè)備管理，滿足加強(qiáng)狀態(tài)檢修的需要，應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)已成為一種發(fā)展趨勢。在線監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備在運(yùn)行狀況下的“全真”和實(shí)時(shí)監(jiān)測，有著停電試驗(yàn)不可比擬的優(yōu)勢。