断路器检测系统与诊断系统研究

邢亮+刘葱柏+卢洪军+李东有

摘 要

在电力系统中，高压断路器的运行状态对直流输电系统的运行状态会造成影响，相比较于常规交流断路器而言，强化了高压断路器的检测量和复杂性。本文主要讨论的是断路器的检测系统与诊断系统的研究。

【关键词】断路器 检测系统 诊断系统

随着我国电力技术的不断发展，高压直流输电技术和输变电设备的检测技术都得到了发展，高压断路器是在电力运行状态中换流站设备的关键，因此，越来越多的专业人士加入到高压断路器相关检测设备的研究与开发。高压断路器在辅助回路上增加了振荡、吸能等，相比较于常规的交流断路器而言，其检测和复杂性都增加了不少，除了对于一些常规项目的检查，还要增加对于振荡、吸能等辅助回路的检测。同时在不同的环境条件下以及高压断路器元件由于时间过长造成的老化，这些都会对元件的参数发生变化，导致检测出现失误。所以为了减少误差，一些相关性的检测环节是必不可少的，例如对振荡回路容抗、吸能回路等。

1 结构特性

高压断路器在打开或者断开电流时没有可以直接熄弧的自然零点，所以为了制造出有熄弧的零点，采用了强迫零点法，在断路器的直流电流上迭加高频振荡电流。零点法的开断有强迫电流过零阶段、断口介质强度恢复阶段以及避雷器动作吸能阶段。根据不同高频振荡电流的产生方式，又有无源式和有源式两种不同的种类。

无源式的高压电流断路器通过电弧的负阻特性，通过自激振荡，使流经断口的直流电流在迭加上增幅振荡电流之后，从而达到电流过零。有源式的高压电流断路器通过在振荡回路的电容器上增加直流预充电设备，電容器放电会引起高频反向振荡电流与直流电流迭加产生电流零点。

电磁式高压电流断路器、真空式高压电流断路器以及油式高压电流断路器的开断功能与振荡器回路设备的参数以及吸能回路氧化锌避雷器运行性能之间紧密相连，一旦在电力运行的过程中出现问题，例如电容值等设备之间配合故障，那么避雷器会停止运作，使高压电流断路器无法继续正常开断。因此对高压断路器震荡回路参数与吸能回路避雷器性能的检测功能需要进一步的加强。

2 检测系统的应用

高压断路器辅助回路的参数值对于断路器的性能作用影响较大，因此在换流站进行检测和维修时，对于高压直流断路器振荡回路的电容、电抗和阻尼电阻以及避雷器运行参数等的检测不容忽视。目前众多的科研机构和专业人士对高压断路器的检测系统展开了丰富而详细的研究，也获得了一些喜人的成果。

2.1 常规性离线检测

对于高压断路器中的振荡回路的检修与维护，在常规的检测方法中，主要是对电容器、空心电抗器的按时检查以及对于阻尼电阻数值的测量。对于电容器与空心电抗器的检测与在交流使用的情况下是相同的，但是阻尼电阻的测量则需要离线状态下电容器的充放电试验。

常规离线检测系统利用串接的电阻分流计将振荡回路放电电流波形获取到，对已经测量到的电容值，与电流波形的振荡周期以及衰减系数相互联系，从而可以得到电感值与阻尼电阻数值。

常规性的检测方法设计原理简单，可操作性强，因此工作人员在进行检测时广泛应用，但是还是存在一点问题：在进行电容值的测量时，一般情况下是采用万用表对电容值进行估测，对于电感值和电阻值的计算，需要首先测得容抗值，这些都可能导致在进行测量的时候出现误差；电感值和电阻值的准确性十分重要的，但是在进行高压直流短路器辅助回路的安装时，需要搭建一个绝缘平台，在进行试验回路时，需要从电容器的两端引出接线，但是还需要在振荡回路的连接口拆除一根导线，目的是为了电阻分流计串接到回路上。这样的操作方式需要工作人员在高处进行拆接线，导线自身的电阻和电感，都会对其的准确性造成影响；因为整个检测的过程都是在离线的状态下进行的，因此这样的测量数值与实际情况之间可能存在一定差距，对于断路器的状况不能及时作出反应，参考数值的意义不大。

2.2 在线监测

高压断路器的系统结构主要是分层和分布式，在设计中包括主站系统、通信系统以及分布式监测等装置。分布式的监测装置主要是由单片微机系统组成，在每个断路器的监测处进行安装，这样可以对断路器的数据，包括电气参数以及机械参数进行收集，并且需要利用通讯系统总线，将具有一定规律性的通信规约的数据上传到主站系统。通信系统的建设主要以485总线和以太网为基础，利用下位机和主站系统之间的连接尽心通讯联络。主站系统的任务主要包括与下位机之间的联系，对于数据内容的处理分析，显示运行参数的波形曲线，显示打印报表，根据这些数据内容进行综合性的分析，并且监视下位机等等作用。

2.3 基于GPRS技术检测

基于GPRS技术检测系统的存在，能够对于信号电流直接反应，对于信号采集得到的数据进行无线传输，实现GPRS模块与后台处理系统之间网络通讯的无线连接；对于信号内容的处理速度加快，更加及时和准确，实现对于高压直流断路器运行状态的准确评估。

基于GPRS技术检测系统，目前还有一些问题：对于吸能回路的检测和评估存在一定缺陷，吸能回路氧化锌避雷器组会造成转换出现部分的问题；缺乏综合性的性能参与研究。

3 总结

高压断路器的检测系统与诊断系统的研究目前已经有了多种系统应用方式，随着电力系统的不断发展，检测系统和诊断系统还将不断发展与强化，对于断路器的运行状态能够及时有效的做出反应，并且对电力设备系统中的故障展开判断，为电力工作人员进行查看和检修提供有效的信息。

参考文献

[1]刘全志，师明义，秦红三，李喜桂，胡文斌，王章启.高压断路器在线状态检测与诊断技术[J].高电压技术，2001（05）：29-31.

[2]汪永华.真空断路器的状态监测与故障诊断探析[J].电气试验，2005（01）：35-37.

[3]许大宇，李祖明，李先允，毛晓桦.高压断路器状态在线监测系统研究[J].南京工程学院学报（自然科学版），2006（03）：35-39.

[4]徐卫东.真空断路器的状态检测、诊断与处理[J].电世界，2007（10）：9-11.

[5]孙银山，张文涛，张一茗，李少华，刘晓清.高压断路器分合闸线圈电流信号特征提取与故障判别方法研究[J].高压电器，2015（09）：134-139.

作者单位

1.国网吉林省电力有限公司长春供电公司 吉林省长春市 130000

2.陕西意联电气设备有限公司 陕西省西安市 710000