高压断路器故障诊断技术研究综述--中国期刊网

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高压断路器故障诊断技术研究综述

发表时间：2020/7/21 来源：《电力设备》2020年第8期作者：程永颢

[导读] 摘要：随着经济发展，我国的高压电力行业的发展也有了显著的提高。

        (国网山东省电力公司菏泽供电公司山东菏泽 274000)
        摘要：随着经济发展，我国的高压电力行业的发展也有了显著的提高。故障诊断是电气设备进行状态检修的技术基础。高压断路器是电力系统中重要的开关设备，其运行状态直接影响系统的供电可靠性和稳定性。而断路器在使用过程由于潜在的设备缺陷或部件老化会导致其工作可靠性下降，严重时甚至会引起电力系统事故扩大，造成巨大损失。因此，对断路器的运行状态进行在线监测，通过故障诊断技术甄别其潜在缺陷和故障，不仅能够及时判断出设备故障的位置以及部件故障的严重程度，还可以诊断出设备的故障原因，为断路器实现状态检修提供重要决策依据。
        关键词：高压断路器；故障诊断；技术研究综述
        引言
        随着人们的生活质量不断提高，日常生活工作中需要用到电源的地方也越来越多，因此，电网需要不断扩大规模，电力系统的安全标准应该不断提高、维护要求也应该越来越严格。电力公司不仅需要在服务质量上有所提高，同时对电力供应以及日常维护工作也应尽心尽责，保障人们对电能的日常需求。
        1高压断路器的原理
        断路器用于在正常运行时接通或断开电路，故障情况在继电保护装置的作用下迅速断开电路，特殊情况(如自动重合到故障线路上时)下可靠地接通短路电流。高压断路器是电力系统稳定运行的重要控制设备，是在正常或故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。在具体应用的过程中其担负着稳定电流和及时发现和解决电力系统故障的职能作用，它不仅可以切断与闭合高压电路中空载电流与负荷电流，而且当系统在发生故障时可以通过继电器的保护装置。高压真空断路器处于合闸状态的时候，它对地绝缘由支持绝缘子来承受，一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被清除，则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受;各种故障开断时，断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。高压断路器的应用作用主要体现在2个方面。1）高压断路器的控制作用。高压断路器结合电力系统运行在需要会将所有的电气设备以及部门线路投入或者退出运行。2）高压断路器的保护作用。在电力系统运行出现故障的时候，高压断路器会和保护装置、自动装置共同配合来将故障及时从系统中切除，从而减少损害，防止事故扩大。
        2高压断路器的主要故障
        绝缘故障：高压断路器发生的最频繁的故障之一为绝缘故障。造成这种故障的原因主要为爆炸、电压击穿等绝缘问题，其中更以内绝缘和外绝缘故障为主。造成内绝缘故障的原因是断路器在运行过程中内部出现异物所导致断路器放电，因而造成绝缘故障。造成外接的主要原因是瓷套尺寸和外绝缘泄露比距不符合要求，由于断路器和开关柜不匹配、绝缘距离不足、没有加强绝缘措施等多种原因，导致高压开关柜发生绝缘故障，此外开关柜的元件质量好坏也能造成短路故障。载流故障：发生载流故障的因素主要可分为以下两个方面：一是引线过热，二是触头接触不良。触头接触不良主要是由于静触头没有对准或是有偏差，静弧触头和灭弧喷口在操作过程中碰撞后使得喷口断开,从而使开关失灵造成故障。7.2-12kV电压等级开关柜发生载流故障的主要原因是隔离插头接触不良或是触头烧坏导致燃弧而发生故障。拒动故障：一般情况下，高压断路器对电流的控制主要是通过分合操作，一旦发生拒动故障则断路器不进行分合操作，就容易出现越级跳闸的情况，这样会使故障面积变大。一般造成拒动故障的主要原因分为机械和电气两种原因。机械原因主要发生在生产、制造、安装、检修等过程。由于操作机构的传动系统发生故障从而引发断路器发生拒动故障，其中具体的故障可能为零件损坏、移位、变形等。电气原因主要是由辅助回路或电气控制发生故障。

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其具体故障主要为保险丝烧断、二次接线故障、辅助开关故障、操作电源故障等等，其中辅助开关故障虽然表现为二次故障，但实际上是转换接点不灵造成的，二次接线故障主要是断线或二次线接触不良所导致的。
        3优化措施分析
        3.1基于专家系统的故障诊断
        现有研究中基于专家系统的断路器故障诊断方法。对提取的电流信号进行监测，将原子稀疏分解算法应用在断路器故障诊断专家系统中，实现了铁心卡涩、润滑不足等故障的有效诊断。该算法较传统算法诊断精度高，计算时间短。文通过监测振动信号，在改进ＢＲＥＭＤ和ＥＬＭ方法的基础上利用极限学习机ＥＬＭ（Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｌｅａｒｎｉｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅ）进行故障诊断，实现了对断路器故障快速诊断。该方法利用记忆专家系统的知识库知识获取功能，有效识别了铁心卡涩、操作电压过低等故障，准确性可高达９４．８６％，能够更快速地对断路器故障进行定位和诊断。通过对线圈电流及振动信号特征量进行监测和处理，设计了一种多参数规则推理的故障诊断专家系统，该系统能准确诊断出断路器基座螺丝松动、缓冲器弹簧无效超程等多种故障类型。但该专家系统在特征知识获取、知识更新、智能综合分析功能方面仍存在一定的局限性，需做进一步改进。通过对断路器行程、分合闸速度以及振动信号进行监测，设计了基于ＲＢＦ神经网络的故障诊断专家系统，该系统克服了传统专家系统存在的在知识获取和表达上的薄弱环节缺陷，根据系统的运行状态、是否出现故障及故障类型来进行故障的准确诊断。一种改进型神经网络，针对高压断路器这类小样本电力设备有诊断快速性的要求，提出将获取特征量输入到神经网络中对其进行快速精确诊断，这种专家系统适用于与传动机构相关联的故障类型诊断。改进后的混合算法可对多目标寻优且寻优速度也得到了明显提升，因此能快速、有效地对断路器故障进行诊断识别。基于专家系统的故障诊断方法相较于基于解析模型的诊断方法在数据信号处理效率、故障识别分类效率方面有较大提升，相较于基于模式识别的故障诊断方法，这类方法在模型训练时避免了局部最优缺陷，克服了在知识获取和表达上的薄弱环节，能够通过对高压断路器故障的准确定位最终实现其故障的精确诊断。
        3.2拒动故障优化
        高压断路器在正常状态下会通过分合来对电流进行控制，而在出现拒动故障之后则会打乱正常的分合动作，从而引发越级跳闸，使系统故障范围扩大。在一般情况下出现拒动故障的原因包括机械原因和电气原因。1）机械原因。高压断路器由于机械原因所引起的拒动故障突出表现在器械的生产制造、调试安装、检修等存在质量问题，最终使电力系统高压断路器的使用出现机械故障。2）电气原因。因为电气原因所引发的高压断路器拒动故障的触发点是电气控制不恰当、辅助回路故障，表现形式为分合闸线圈的烧毁、辅助开关的操作失误、合闸接地气故障、二次接线故障等。
        结语
        综上所述，随着社会经济的快速发展下，电能已然成为国民经济生产的重要能源之一，怎样实现对电能的高效化利用成为相关人员需要思考和解决的问题。高压断路器是维护和管控电网安全运行的重要基础性设备之一，高压断路器的存在对电网的正常运行起着十分重要的作用。为此，在新的历史时期需要相关人员在工作中利用所学知识及时分析和掌握高压断路器的运行情况和故障类型、故障成因，并采取有效的措施来处理这些故障，旨在能够为电网稳定运行和人们安全用电提供重要支持。
        参考文献：
        [1]彭搏.高压断路器在线监测与故障诊断系统的研究[D].上海交通大学，2013.
        [2]姜华.浅谈高压断路器问题分析及状态检修措施[J].中国新技术新产品，2011(18):103.
        [3]刘士峰，郑麟，王一博.高压断路器常见故障分析[J].科技创新与应用，2013(2):125.