摘要：随着电网规模的增大，高压断路器在高压电网中有着愈来愈重要的影响，在高压电网的运行过程中，它是必不可少的。但是，在高压电网中，高压断路器又是容易出现故障的组成部分。目前，我国对高压断路器的状态监测还存在不足，但是，为了提高电力系统的安全、稳定性，对高压断路器进行故障检修和状态监测的研究是必须的。
关键词：高压断路器；故障检修；状态监测
对电力设备进行故障检修及状态监测，是实现设备预知性维修的重要前提，是保证设备安全可靠运行的关键，也是对传统预防性试验的重大补充与发展。高压断路器是电力系统中最重要、最复杂的电气设备之一，它对电力系统的安全运行起重要作用。当它发生故障或事故时可能引起电网事故，甚至扩大事故，造成严重的经济损失。高压断路器所造成的事故在电力设备故障中占较高比例。因此，对高压断路器进行故障检修及状态监测，及时了解高压断路器的工作状态对提高供电可靠性有着十分重要的意义。
1高压断路器概述
1.1高压断路器的分类
高压断路器在高压电网中具有重要作用，工作人员应根据实际情况选择适合的断路器，确保电力系统运行安全。根据断路器的工作原理可将其分为以下几类，其一是油断路器，以油作为灭弧介质，目前市场上存在多油断路器和少油断路器两类，尽管价格低廉，但消耗油与金属材料较多，应用较少。其二是压缩空气断路器，以压缩空气为灭弧介质，但可靠性较差，已经逐渐被新型断路器取代。其三是真空断路器，利用抽真空后的稀薄气体空间作为灭弧介质。其四是SF6断路器，以SF6为灭弧介质，具有性能强、强度高、易维护、寿命长的优势，已经广泛应用于高压电网建设。
1.2高压断路器的组成结构及工作原理
根据高压断路器功能，一般可以被分为导电部分、绝缘部分、解除系统和灭弧装置以及操作系统。为了确保高压断路器功能正常，必须确保其能够依靠机械部件发生正常动作，因此，要求各个机械部件都具备较高的牢固性和可靠性。断路器的基本结构包括操动机构、绝缘支撑、传动机构、导电回路、灭弧室以及支架这六部分。断路器的传动链构成部分主要包括机构传动连杆、拐臂、主轴、绝缘推杆、三角拐臂和触头弹簧装置等。利用绝缘拉杆、触头弹簧等同真空灭弧室的动导电杆连接操动机构，使其带动导电杆运动完成合、分闸操作。
1.3高压断路器的用途
第一，高压断路器根据电网运行的需要，能够切断、接通电路以及各种电气设备的空载电流和负载电流，使部分电力设备、线路投入或退出运行；第二，当线路或电力设备发生故障时，高压断路器能够配合继电保护系统，迅速的切断过负荷电流与短路电流，将故障部分从电网快速切除，保证电网中的没有发生故障的部分正常运行，防止事故范围进一步扩散。
2高压断路器故障检修分析
2.1直观检测法
直观检测法是通过伴随故障出现的各种物理和化学现象直接检测故障，直观检测方法直观、快速，十分有效，但是只能检测部分故障。
2.2征兆预判法
征兆预判法首先分析设备运行中所获取的各种信号，提取信号的各种特征信息，从中获取与故障相关的征兆，进行诊断。征兆预判法是最常用、最普遍的方法，但是由于故障与征兆之间并不存在一一对应的关系，用此诊断方法需反复求解。
2.3阈值诊断法
阈值诊断法是将监测到并经数据处理后的实际数据与规程中的阈值进行比较，从而判断故障阈值诊断法方法简单、方便，但是判据不够全面、准确性不高。
2.4指纹诊断法
指纹诊断法是将得到的数据统计处理后，所得的特殊谱图与一致的标准图形比较，判断故障。指纹诊断法较阈值诊断更加全面，采用目测比对，其准确性取决于有关人员经验。
2.5模糊理论诊断法
模糊理论诊断法是建立好故障集、故障征兆集合模糊关系矩阵后，经过最优的模糊算子计算后，可以参照一定的诊断原则诊断。此故障诊断方法使用方便、可信度高，模糊关系通过专家经验获得，并不完全精确，在应用过程中需要进行修正。
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2.6人工神经网络诊断法
人工神经网络诊断法是在对故障征兆和故障分析的基础上建立神经网络模型，通过大量的训练样本训练神经网络，从而通过训练好的网络进行诊断。人工神经网络诊断法具有较高的正确率，且方法相对简单，但是需要获得大量的训练样本。
2.7专家系统诊断法
专家系统诊断法是在一定程度上模拟人类专家经验及推理过程进行诊断。专家系统诊断法易于学习、模拟专家经验性知识，提高判断的准确性，具有解释功能，但是专家系统诊断法获取全面的专家知识比较困难。
2.8统计过程控制（SPC）诊断法
统计过程控制（SPC）诊断法是通过分析设备长期运行和多次动作中各个特征信号的分布及趋势运用统计学原理进行诊断。统计过程控制（SPC）诊断法简单、方便，可信
度高，但是不能作为主要的诊断手段。
3 高压断路器的状态监测
3.1高压断路器触头电寿命的在线监测
断路器长期使用后，其磨损往往体现在断路器的触头上，因此，触头的磨损程度成为衡量断路器使用寿命的重要指标与参数。高压断路器的触头在不断合过程中会产生一定磨损，一般以触头的磨损程度判定断路器的使用寿命。监测高压断路器触头电寿命的方法主要有累计开断电流法、累计电弧能量法、接触电阻法、多变量寿命预测四种，每一种测量方法都有其特点与适用范围，工作人员应加大研究力度，结合电力系统运行情况选择合适的在线监测方法。另外，工作人员还应注意影响触头寿命的因素，尽可能确保高压断路器在优良的环境中运行，从而延长设备的使用时间。
3.2高压断路器灭弧室的在线监测
高压断路器具有良好的绝缘效果和灭弧性能，因此，其在电力系统中得到广泛的应用。但是，在实际运行过程中，由于会受到多种因素的影响，因此，高压断路器的灭弧性能与绝缘效果比较低。一旦高压断路器的灭弧室发生此类状况，就很容易出现泄漏、微水超标等故障问题，因此，必须加强对于灭弧室的在线监测，尤其针对其中可能发生的泄漏问题，可以通过检测室内气体压力、密度等方式进行监测。
3.3高压断路器气体密度监测
高压断路器气体密度能够直接决定高压断路器气体的性能，如果密度降低，则断路器绝缘性能、灭弧性能也会减弱。而高压断路器气体密度降低的原因是气体泄漏，带入外来水分，增加了含水量。因此，需要对实际运行过程中的高压断路器气体密度进行在线监测，采取间接的监测方式，通过对气体压力的监测结果来反应实际气体密度。可以为断路器设置两级警告信号，分别为一级补气压力信号与二级闭锁压力信号。在没有发生泄漏问题的正常状 态下，气室中的气压会随温度的升高而升高。而在实际电力系统运行中，还可以通过测量，结合高压断路器气体温度特性曲线，得到气体压力值，从而判断气体泄漏。
3.4高压断路器气体微水含量监测
对断路器的实施状态进行监测，主要是对其内部气压、密度、露点值、温度、气压变化频率、微水含量等进行监控和测试。例如，当气体中的水分含量过高时，就会影响到断路器的灭弧性能，以及绝缘效果，明显降低工频闪络电压。因此，断路器气体微水含量监测至关重要。测量气体微水含量的方法有重量法、露点法、电解法与电容法，不同方法所得测量结果也是不同的，一般建议采用电解法与露点法。而在实际使用高压断路器时，导致气体微水含量超标的因素有很多种，因此，需要通过对检测工艺规定排除测量仪器中，原有空气的取样检测和分析结果，通过对比才能够确定超标原因。
4 结束语
随着经济和科学技术的发展，电已经跟人们的生活分不开了。高压断路器作为能够影响电力系统的重要部分，其故障检修及状态监测工作应该引起充分的重视，将现代信息技术与高压短路器故障处理相结合，提高故障检修工作效率，促进电力系统的稳定性和安全性。
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论文作者:李和臣
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/16
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