蒋延磊 梁璐 王锦博 张宁 钢 张文钢 曹心怡
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摘要：本文通过对目前电力系统中高压断路器控制线圈检测的方法的现状分析，提出找到一种合适的测试线圈安全可靠的变电站高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测方式，主要研究分合闸线圈电流的高压断路器检测原理、分合闸线圈电流故障波形曲线、高压脉冲法，得到一种测试电压高、安全有效、检测准确的变电站高压断路器控制线圈匝间绝缘故障检测装置及其检测方法,可以反映出控制线圈的匝间绝缘水平及匝间绝缘老化水平。
关键词：；绝缘故障；高压脉冲法；高压断路器
0引言
目前，检测断路器（开关）分合闸控制线圈是否正常只有采用万用表量线圈直阻一种检测手段，即线圈内部若绝缘下降严重，直阻会降低，但没有检测高压断路器电磁铁线圈回路匝间绝缘性能下降幅度较小或者接近绝缘临界区的技术及方法。针对断路器（开关）往往是由于线圈内部绝缘老化导致线圈驱动力下降，参照电缆故障查找方法中使用最为广泛的脉冲法和直流电桥法，经过分析筛选，本文采用高压脉冲直流控制技术实现被测电磁铁线圈的V/A特性曲线的绘制及结果对比输出[1]。
1现状
目前电力系统中,对高压断路器控制线圈检测的方法主要有3种:1断路器的在线监测系统; 2分合闸线圈的电流带电检测; 3分合闸线圈的电流停电检测。第一种方法为高压断路器的在线监测系统,其利用分合闸线圈处的电流检测模块(霍尔线圈)来对线圈电流进行实时检测,其缺点是断路器分合闸次数较少,该方法暂时只能作数据采集,如果想在实际中进行应用,还需要大量数据的支持。第二种方为依据国家电网发布的 《开关设备分合闸线圈电流波形带电检测技术现场应用导则》 采用带电检测的方式对分合闸线圈进行检测。第三种方法为在设备停电的情况下,使用仪器设备对断路器线圈进行检测的方式。三种检测方式都有各自的优缺点,目前第一种方法在电网中已经有所应用,第二种已在研究应用阶段,第三种还未有相关标准,应用较少。通过控制线圈的电流波形检测技术,我们能够直观、准确、快速的发现高压断路器内部的潜在故障;并对可能出现的故障类型进行分析判断,进行故障定位[2]。
2研究内容
本文的研究的目标为找到一种合适的测试线圈安全可靠的变电站高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测方式,将理论研究设计成为可实际应用的装置（变电站高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测仪）,对理论分析进行实际验证,达到检测断路器分合闸线圈匝间绝缘水平的目的,由于高压断路器控制线圈都是极细的导线缠绕而成的,若通过控制线圈的电流过大、时间过长会造成控制线圈的发热导致控制线圈烧毁。 在研究过程中,需要尽可能的使用电压等级很高的实验电压(线圈工作电压为直流电压220V),才能超前性的测试出控制线圈的匝间绝缘的老化水平。
本文通过高压脉冲法得到一种测试电压高、安全有效、检测准确的变电站高压断路器控制线圈匝间绝缘故障检测装置及其检测方法,可以反映出控制线圈的匝间绝缘水平及匝间绝缘老化水平[3]。
（1）研究分合闸线圈电流的高压断路器检测原理
电磁铁是高压断路器操动机构的重要原件之一。当线圈中通过电流时，在电磁铁内产生磁通，铁心受到电磁力作用吸合,使高压断路器分闸或合闸。在高压断路器中都会有相应的分合闸线圈电流波形，它包含很多信息，反映了电磁铁本身以及所控制的锁门或阀门以及连锁触头在操作过程中的工作情况,分合闸回路的电磁铁电路等值电路图如图所示：
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（2）研究分合闸线圈电流故障波形曲线
线圈电流波形对应的特征参数有：时间量(以t0为时间零点)t1、 t2、t3、t4、t5和电流量I1、I2、I3。由前述波形分析可知,波形中的时间参数对应着铁心的运动事件。
下面是几种典型的线圈电流波形。如下图2所示，某状态完好的断路器合闸线圈电流波形。以线圈开始通电为时间原点，该断路器在其他情况下的合闸线圈的电流波形。首先利用二次B祥条小波函数尺度变换对各波形进行变换 然后从分析结果中很容易得到波形的畸变点。从4幅图中可以石到畸变点位置的一致性,从而得到断路器分合闸线圈各事件变化的准确时刻。
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（3）研究高压脉冲法
高压脉冲法是对测试线圈直接施加脉冲电压的一种方法。在LC的振荡电路中,如果断路器分合闸线圈有匝间短路的现象,则由于分合闸线圈的匝数会随之变化,这就会影响整个分合闸线圈的电感值,反映出 LC振荡电路的振荡频率也会随之变化; 而断路器分合闸线圈短路匝内的环流也会造成改分合闸线圈的损耗增加,使整个LC振荡电路的电压和电流衰减速度变快。因此,通过比较断路器分合闸线圈在额定电压下某点的电压波形变化图,可以判断出分合闸线圈是否存在匝间绝缘下降的缺陷。对于单个断路器分合闸线圈,在线圈两端分别施加标定电压和试验电压进行试验;标定电压一般不超过试验电压的35%。通过比较标准电压和试验电压测得的电压波形,观察过零点的变化和衰减速度的快慢来判断绝缘是否完好。对于两个相同的断路器分合线圈,可以通过对他们之间的电压波形变化来判别绝缘是否完好。此外,若断路器分合闸线圈有匝间绝缘问题存在,在加压试验过程中通常会同时出现异响、烟雾以及爬电等现象,这些可以作为断路器分合闸线圈健康状况的判断依据。
3结语
通过本文的研究，得出结论：通过高压脉冲法得到一种测试电压高、安全有效、检测准确的变电站高压断路器控制线圈匝间绝缘故障检测装置及其检测方法,精准的记录了高压断路器的分合闸线圈匝道故障，实时分合闸线圈电流匝道的波形曲线，分析高压断路器动作特性，显示高压短路器操作系统的性能状态，为高压断路器检修提供一种有效的技术手段。
参考文献：
[1]韩辰龙. 关于变电站高压断路器的控制线圈匝间绝缘故障检测的研究[D]. 华北电力大学.
[2]王昭雷, 赵士建. 断路器控制线圈匝间绝缘故障检测仪的研发及应用[J]. 电工技术, 2020, No.512(02):121-122.
[3]孙嗣友. 高压真空断路器的操作过电压使电机绝缘击穿的事故分析及防范[J]. 高压电器, 1994.