王继东、李开平
云南电网有限责任公司文山供电局
摘要：在高压电气运维系统中，断路器主要起保护、控制的作用，对电网运行状态的稳定性、安全性有着直接的影响。机械故障是断电器的常见故障发生类型，尤其是操作机构的机械发生频率相对较高。通过带电检测对断路器的性能与运维状态进行检测，可以有效排查潜在故障风险，对故障问题进行系统、准确的诊断。基于此，本文从高压断路器运行状态检测的机械特性出发，对电气保护系统的带电检测与诊断技术应用进行具体的分析。
关键词：机械故障；超声波检测；振动信号
当前，断路器运维状态监测主要分为两种模式，即带电检测以及在线监测。带电检测主要是在设备处于运行状态下，采用专业的检测设备、仪表等，对断路器构件的电流、声波、振动与温度等机械特性变化进行诊断，并基于检测结果确定设备是否需要检修、替换等处理，是现阶段电气设备检测的重要技术。
1.断路器状态检测带点技术的主要应用类型
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在机电系统保护系统中，断路器按照应用形式的不同，可以分为带电箱壳结构与接地结构两种，具体构成如图：主要由①动作元件②绝缘支柱③机座④操作与传动机构⑤套管等构成。常见的带电检测包括局放测试、超声波检测与红外线、紫外线检测模式等。
1.1局放检测
现阶段，断路器的局放检测根据测试方式的不同，分为电测与非电测两种形式，其中，电测法主要适用断路器局放定量的状态测量中，以脉冲电流、无线电干扰等技术方法为主。
1.2超声波检测法
利用超声并波对电气设备进行检测时，主要是采集断路器运转过程中电弧、电晕等出现的噪音，然后通过外差法将高频噪声编译特定的声音频次，便于技术人员分析。经由仪器检测超声波的强度、位置、信号音质等信息，对断路器的实际运行状态进行判断，如，当断路器内部绝缘构件出现破损、断裂等情况时，利用检测设备发射对特定位置发射超声波，则超声波会在绝缘介质界面产生发射、折射现象，根据折射和反射的结果可以判断故障情况。由于超声波能够有效穿透断路器的外壳，且对缺损部分的反应较较为明显，设备轻便，因此具有准确性高、便于携带、故障排查效果好等特点。但与之相对应的，设备操作人员需要具备较强的专业能力，才能保证检测数据分析的可靠性与准确性。
1.3红外线状态检测
红外线状态检测是基于红外线成像原理，利用电力设备表面温度的检测数据，通过红外辐射将温度分布、差异等信息，以图像的形式传输到光敏系统中，经由探测设备将辐射信息转化为电信号，形成热像图，让技术人员可以直观判断断路器温度的分布情况。当设备内部有故障发生时，红外辐射呈现出来的颜色就会有变化从而可以判断有异常或者故障产生。
1.4紫外线状态检测
紫外线状态检测主要应用于断路器管线损坏、污染、绝缘缺陷等故障类型的检测领域中，当断路器出现局放问题时，会引发管线电蚀、碳化等问题，需要通过紫外线放射技术对该类问题进行判断。但是紫外成像法检测结果容易受到外界环境的干扰，同时，没有形成有效的参考标准，对故障的判断有很大难度。
2.基于机械特性诊断断路器机械故障的技术方法
2.1行程-时间状态诊断
当断路器的运转状态与机械性能发生转变时，会导致相关特性指标的连带变化，具体包括动触头行程-时间、线圈电流、声波与振动信号等，通过研究断路器各项指标的变化，可以及时、准确的得出故障诊断结果。其中，行程-时间机械特性指标的诊断主要是根据断路器开闸与断闸的时间与运动轨迹，测出动触头的行程、时间关系，然后按照行程、时间、速度的物理关系可以计算出断路器的分闸速度和合闸速度。基于机械特性分析动触头运动行程中的具体参数数据，并选择合理的计算方法，能够得出动触头运动的平均速度、运动时间等检测结果。该种技术容易受环境影响，测量结果的准确性有待加强。
2.2线圈电流诊断技术
当前，断路器主要使用电磁铁作为基础控制元件，因此，断路器根据控制指令进行合闸、分闸操作时，需要用电磁铁进行具体控制。当电磁铁处于通电状态时，线圈会产生电流，进而产生电磁力，铁心吸合控制下，动触头运动完成指令。基于能量运动层面分析，电源的电能先通过分合闸线圈转化成磁能，当动铁心在电磁力作用下运动时，就完成了电能到机械能的转化输出。根据断路器接入电源进行电能转换运动的过程分析，通过设备采集电流波形不同阶段的变化数据，可以及时了解断路器的具体工作状态，为状态检测与故障诊断提供支持。
2.3振动信号诊断技术
高压机电设备运行系统中，断路器是重要的保护装置，利用传动、操动机构以及动静触头等构件，实现分闸、合闸操作。这些设备机械部件在操作的过程中，会出现摩擦与碰撞现象，进而引起设备表面出现机械振动，这种振动信号的特性变化也是状态诊断的重要指标。振动信号根据断路器运行状态的变化，会出现多个激励源，通过系统叠加，构成信号检测数据。与此同时，机械振动运动具有快速性、多变性的特征，信号的捕捉难度较大。一旦断路器的运转状态出现变化，相同位置测得的振动信号会有很大差别，基于此表明可以利用测量振动信号来判断断路器状态变化。在具体的检测过程中，对振动信号进行收集、分析与处理时，应采用专业的振动传感设备，保证安装的规范性，避免对断路器正常运行产生影响。
此外，还有声波信号与图像测量诊断等技术，主要的技术原理是根据信号与图像传输形式、内容等方面的差异性，对断路器具体运转状态与机械性能进行检测、诊断。
结语：在电气设备保护系统中，断路器指令响应的时间、分闸与合闸的速度、程度、电压等都会对设备机械性能产生影响。为保证断路器的运行状态平稳，采用局放检测、超声波、紫外线与红外线等带电状态检测技术对处于运行模式下的断路器进行测试，基于声波、振动、电流等检测的变化数据对断路器运转状态进行诊断，可以有效判断故障情况，从设备的机械特性出发，排除故障隐患，从而为电气设备的高效、平稳运维提供保障。
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