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断路器故障分类及检测技术研究杨亚丽

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：杨亚丽

[导读] 摘要：在电力行业的建设过程中，断路器为电力系统中的重要组成设备，必须具备良好的断流能力与完整的灭弧结构。

        (国网山东省电力公司菏泽供电公司山东菏泽 274000)
        摘要：在电力行业的建设过程中，断路器为电力系统中的重要组成设备，必须具备良好的断流能力与完整的灭弧结构。断路器的功用通常体现在两方面：一方面是根据电网运行的需要，快速准确的进行电路或者电力设备的断开或是连接，使其快速退出或进入运行工作；另一方面，当在运行过程中出现故障时，断路器就能与继电保护系统迅速将故障部分断开，使系统中的其他正常部分可以继续工作，从而达到减少事故影响与危害的目的。本文主要对断路器的故障类型和检测技术进行了综合性的分析。
        关键词：断路器；故障分类；检测技术研究
        引言
        当前我国电力系统受城市化建设的影响,积极地对行业内部进行优化调整，地域内供电系统变电站的应用范围也不断扩大,断路器作为变电站内使用范围最广。统计数据表明，断路器80%左右的事故是由机械原因造成，因此正确判断液压机构的故障原因、部位对及时排除故障尤为重要。
        1断路器的分类
        按照控制与保护对象的不同进行断路器类型划分时，通常可将其分为发电机断路器、控制断路器、输电与配电断路器等。然而，在实际中更多的时根据灭弧介质与方法的不同来划分断路器的类型，通常可分为三种常见类型。油断路器：这类断路器是最早期的类型，其灭弧介质为绝缘油，并且通常按照断路器使用灭弧介质量的多少将其划分为多油断路器与少油断路器。油断路器在我国以往较为常见使用，但因存在较高的安全隐患，现今较常使用的通常为无油或少油断路器。压缩空气断路器：20世纪30年代最早由德国AEG公司生产，原理为通过压缩后压力增大的空气吹灭电弧，其最显著的优势在于压缩迅速、灭弧能力强。具体的工作流程通常为：首先在存储罐里加入高压空气，当触头断开产生电弧时，储存罐内的高压空气吹出，其散热冷却的作用能使弧柱热电离并且减弱至消失。SF6断路器：20世纪50年代美国西屋公司最早推出SF6，直至70年代后开始被广泛应用，其灭弧介质通常为SF6等惰性气体。SF6气体具备绝缘特性，且作为灭弧介质性能优良。SF6断路器的优点在于开断能力强且能连续开断，安全因素高、寿命长，缺点在于结构复杂、成本较高，在我国的高压和超高压电网中被常见使用。
        2断路器工作原理
        断路器处于正常运转的工作状态中时，整个电路中的电流数值为额定电流数值，主要开关的闭合与断开工作也可正常实现运转。但一旦断路器中的电流无法由电力系统正常提供时，在电网中极容易出现短路电流，短路电流的出现导致电动力成倍增加，进而干扰触头的工作，导致其无法完成正常的开关闭合操作，严重情况下还会导致触头的损坏，所以针对操作结构提出了新的功能要求，即克服线路中的短路情况。操动机构在断路器工作状态下的主要特点与分类情况如下。手动操动机构：常被应用于12V以下电压以及开断电流较小的情况下。简单化的操作可完全不需要合闸电源的参与，生产相对容易，前期投入成本数额少。但是此操作系统在操作中的安全性较差，难以完成自动的合闸。电磁操动机构：适用范围是油断路器，其操作电压范围为126kV，这一结构在实践中的应用时间较长，有大量的操作经验，且相比于其他操动机构有更加简单的结构，但是工作的前提条件是必须拥有功率较大的直流电源。弹簧操动机构：常适用的断路器型号为中小型，对电源的容量要求较低，即使在电流供应不足的情况下依然可以为断路器提供一次操动机会。但是相比于其他操动机构，其结构更加繁琐且投入成本巨大。
        3断路器检测技术
        3.1断路器的开合过程
        断路器的正常工作状态在实质上就是触头在不断移动的过程。

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非正常状态的电力系统工作状态情况下，故障电流的开关作用由断路器开关完成，断开的时间较短，因为故障多为暂时的。断路器在正常工作状态情况下，电流大则速度快，操动系统的要求也会相应加大。在小电流工作状态时，为避免此种情况常会采用缓冲器装置保护触头并实现缓冲。上文中知悉存在故障的时间是极短的，为实现电网的稳定运行，目前主要使用自动重合闸的操作方式，在断开之后的较短时间内实现再次的闭合，降低了损失，当短暂断开的闭合之后故障仍未排除，那么开断操作进入第三次的运行开断。
        3.2断路器振动信号检测点的选择
        振动信号在断路器结构中的传播较为复杂，不仅需要考虑其传播的途径、过程等，另一方面还要考虑振动波的类型以及衰减情况。因此，在测量过程中检测位置不同相应的结果也不同，这说明对断路器检测点的选择十分重要。例如，通常情况下断路器的桶内触头传动连杆的工作振动仅会体现在灭弧桶上，而在支架上则不易检测到振动信号。一般检测点选择方式分两种：一是将传感器安装在其动触头连接杆上，且为了保证振动波形的保真效果，要求尽量贴近动触头，从而获得较为准确的振动信号，时间及强度均能对振动情况真实反映。但是这需要将传感器在断路器内部进行安装，这一安装方式属于侵入式，十分容易影响到断路器部件的正常操作；二是将传感器安装在断路器基座，这一种安装方式属于非侵入式，并不会造成断路器的内部结构的损坏，因此更为方便且能真实的反映断路器的振动情况，目前将振动信号传感器安装在断路器基座上的方式更为常见。
        3.3断路器振动信号特征分析
        断路器操动机构故障占总故障比例一半以上，且呈逐年上升趋势，我国为71%左右。对断路器在运行过程中的检测通常分为机械特性、开断能力、绝缘性与操作回路完整性四个方面。断路器触头是受操动机构动作且经连杆部件推动的，在操动机构的动作过程中，不同形态的振动发生在不同部位上。就振动波形而言，其通常经结构部件传递，且在传递的过程中会不断的造成衰减，因此在断路器上采集到的信息波形往往都为非线性的衰减后的冲击波。断路器的机械特性通常通过振动信号来进行反映，振动信号的不同对应不同机械部位故障，通常包括分合闸铁芯卡滞松动、轴销脱断、脱扣失灵以及部件变形损坏等。当故障发生时，部件上的振动信号发生变化，通过对不同部件振动信息的采集后，进行进一步的对比分析就能判断故障的位置及类型，从而实现多部位在线检测。另外，仅需确保振动源头与传递路径不变，就能获得较为平稳的振动信号。对规格相同的断路器来说，其产生的振动信号具备较大的相似性，因此使由振动信号的不同进行故障类型与位置的判断成为可能。
        结语
        综上所述，针对配电线路因长时间工作导致的频繁跳闸，电路瘫痪的拒分拒合问题，具体的处理方法应对问题产生的原因进行精准的定位，并对产生问题的材料配件进行及时的更换。在检查过程中还应充分考虑环境因素的影响，对断路器周围潮湿环境应进行及时的改善。我国居民对用电需求的普遍增加，使得断路器液压机构为满足居民的用电需求不断的进行自身的优化转型，只有加强对断路器液压机构故障的诊断处理，才能充分提高断路器液压机构运行的稳定性。望此次研究的内容与结果能够得到现今电力部门的广泛关注，为确保电力运输的稳定。
        参考文献:
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        [2]王奥飞.不同驱弧方式下直流空气断路器全动态电弧特性研究[D].沈阳工业大学,2019.
        [3]程亭婷,高文胜,等.高压SF6断路器动态回路电阻测量中的扰动现象[J].高电压技术,2018,44(11):3604-3610.
        [4]张晓芳,袁学兵,等.小型断路器分断过程动态仿真分析和试验验证[J].电器与能效管理技术,2018(18):58-62.