刘洋 高天宇
（国网河北省电力有限公司检修分公司 河北石家庄 050070）
摘要：文中介绍了高压断路器机械特性测试、导电回路电阻测量的相关内容，列举了常用的高压断路器机械特性、导电回路电阻的测量方法，从在线测量和分析系统建立和测量分析工作开展方面做了论述，最后对断路器灭弧室的结构和工作原理进行了详细探讨，文章对电力企业高压断路器测量的工作模式建立和工作开展具有指导意义。
关键词：高压断路器；机械特性；导通回路电阻；测量；分析
1高压断路器机械特性测试、导电回路电阻测量相关内容介绍
1.1高压断路器机械特性测试内容介绍
高压断路器机械特性测试是开关生产、安装、调试过程中不可缺少的一项内容，对于检测、鉴定断路器的机械特性有重要的意义。固定分（合）闸时间、速度和行程、操纵电源质量是高压断路器能否可靠工作的重要参数。
1.2高压断路器导电回路电阻测量内容介绍
回路电阻值是一个体现导电回路的联接质量好坏的参数，所有类型产品都规定了一定的公差范围。若回路电阻超过规定值时，表明导电回路某一连接处存在接触不良。在大电流通过时接触不良处的部位温度过高，严重时甚至造成氧化烧损，对用于大电流运行的断路器尤需加倍注意回路电阻指标。回路电阻不允许采用电桥法测量，而必须采用GB763规定的直流压降法测量。高压断路器导电回路电阻的大小，通过正常工作电流时直接导致是否产生超标的发热，影响通过短路电流时开关的开断性能，它是反映安装检修质量的重要标志。
1.3 断路器导电回路电阻的组成和取决因素
断路器导电回路电阻主要取决于断路器动静触头间的接触电阻。接触电阻又由收缩电阻和表面电阻组成。
1.3.1 收缩电阻。在两个导体接触时，其表面并非绝对的光滑平坦，使导体中的电流在接触处剧烈收缩，实际接触面积缩小，从而使电阻增加，这时引起的接触电阻就是收缩电阻。
1.3.2 表面电阻。各导体的接触面因氧化、硫化等各种原因会形成一层薄膜，该膜使接触过渡区域的电阻增大，这时引起接触电阻称为表面电阻。
2高压断路器机械特性、导电回路电阻的测量方法、高压断路器故障诊断方法。高压断路器故障诊断方法主要有三种。
2.1以分析模型为基础的方法
实现该方法的前提是建立一个适合于该系统的残差模型，借助该模型得到模型的残差，并根据该准则对残差进行分析，从而识别和确认设备的故障。由于大多数诊断对象是大功率系统，模型的建立总是存在一些误差，因此这种方法不适用于非线性系统。
2.2以专业检测知识为基础的方法
该方法不需要精确模型，是一种基于建模和信号处理的先进诊断形式。根据方法细节的不同，该方法可分为基于症状的诊断方法和基于定性模型的诊断方法，克服了传统方法在大型电力系统故障诊断中的不足，但也还有一些缺陷。
2.3在信号处理技术为基础的方法
该方法利用数值计算对传感器采集的数据进行处理，并根据处理结果对故障类型进行分析。这个方法是目前常见的故障诊断方法。
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3在线测量和分析过程
在线测量与分析系统分为三个子系统：信号转换、数据采集、处理和诊断。首先，信号传输系统包含电气设备和传感器。传感器的主要功能是采集物理信号并将其转换成可由后续系统识别的电信号。其次，数据采集和预处理系统包括信号预处理模块和数据采集模块，其能够承载传感器发送的电信号。放大、滤波、隔离等处理以帮助信号采集模块测量这些信号；最后，测量数据信息通过数据传输模块进入主控制室，以进一步处理和判断数据，使数据平滑化。并对处理后的数据进行了判断，确定了设备的故障发生的位置。
3.1高压断路器在线监测参数的对应故障分析
3.1.1分断线圈电流对应故障
我们知道，分断线圈结构和主要原理如下：当电路连接时，在电磁铁中产生磁通，磁芯在磁力作用下改变位置，连接操作电路，然后通过高电压的间接操作，实现了TAG断路器。闭合线圈的特殊结构决定了电流波形的丰富信息。通过对波形的监测和分析，能够判断开关电路的状态，并预先判断高压断路器的性能。例如，根据铁芯的行程和铁芯是否卡住，可以判断高压断路器操作机构的工作状态。
3.1.2储能电机电流信号对应故障
高压断路器弹簧操动机构中最重要的部分是储能弹簧。高压断路器的故障诊断需要获得内部存储弹簧的机械性能，但很显然，测量力的大小直接是不现实的。因此，有必要通过分析储能电机的电流波形来检测和估计存储能量，判定弹簧的状态是不是正常的。
3.1.3温度信号对应故障
在电力系统中，温度信号对故障诊断和检测更为直观。电流通过导体的结果使热量导致局部温度升高，温度高的后果是电路的氧化加剧，接触电阻进一步增加，温度继续升高，这可能导致绝缘的损坏或击穿。因此，有必要对高压断路器内部的温度进行监测，并采取及时的措施。降低温度，保证断路器的稳定运行。
3.2高压断路器在线测量与分析系统的设计
一个完整的在线监测和故障诊断系统需要包括传感器、信号调理和采集、数据传输和数据处理四个单元。在设计过程中，设计者应根据电力系统的特点选择合适的部件。首先，传感器包括温度传感器和电流传感器。温度传感器主要用于铂电阻。可用于中低温区。在电流传感器的选择中，当电流传感器打开且需要测量电流传感器时，选择基于霍尔效应的开环测量模块、闭环测量模块。数据传输单元使用GPRS无线传输模块将数据传输到上位机。传输结构可以采用点对点模式。当系统包含多个高压断路器时，也可以采用星形网络结构。主要用PLC进行信号调理和采集单元远程采集。PLC抗干扰能力强，测量精度高。它可以在高压断路器附近工作。此外，还可以使用基于PCI总线采集卡的Ni-M系列。与PLC采集相比，可以大大提高数据采集和传输效率。数据处理单元主要完成对采集数据的处理和分析，并提取有用信息来诊断高压断路器的故障。同时，数据处理单元往往包含故障数据库，为未来数据的识别和专家系统的建立提供了帮助。
4断路器灭弧室的结构和工作原理：
4.1灭弧室结构
断路器的灭弧室采用具有可变开距的单压喷式结构。在正常状态下，只有一个压力SF6气体处于正常状态。在该过程中，气缸与可动触点同时移动，并且腔室中的气体被压缩。当接触触点开始分离时，电弧被高速空气吹走。其打开距离就是触点的打开距离。随着压力室的向下运动，它也逐渐增大，这是一个单向的吹气，其特征是充分利用空气室中的气体，并在吹气开始后的所有冲程中吹入空气。
4.2工作原理
4.2.1当断路器处于闭合状态时，电流从上端子板出发通过静态触摸指、活动触点、压力缸和中间触指最后流向下端子板。
4.2.2灭弧室开关操作及动作原理。在开关操作中，绝缘操作杆在弹簧机构的运动下运行，使活动触点和与之连接的气缸迅速下降。气缸与活塞杆之间的SF6气体被压缩，静触头与活动触头分离，电流转移到电弧触头和静弧触头。当动触头继续向下运动时，动态和静态电弧触头分离并产生电弧，电弧在喷嘴喉部燃烧以堵塞喷嘴喉部，电弧被上游区域的压力吹到活塞杆。当喷嘴喉部迅速离开电弧接触时，压缩的SF6气体处于临界压力，并以声速从喉部喷出。它产生强烈的吹气效应，电流通过电流过零点迅速熄灭。电弧熄灭后，由于动触头的向下运动而继续进行吹风，保证断开后及时去游离，介质迅速恢复强度。
结束语：
高压断路器的故障相对严重，可以导致发生漏电故障、元器件损坏，特别严重时可能造成大面积停电事故。而高压断路器机械特性测试、导电回路电阻测量能及时掌握高压断路器动态，出现隐患时测量参数都会发生变化。因此，建立实时在线测量和分析系统，开展测量和分析，及时解决性能变化问题，对提高保障高压断路器性能，提高供电可靠性具有重要意义。
参考文献：
[1]卞皓玮.高压断路器在线测量与分析系统研究[D].扬州：扬州大学，2012.
[2]彭搏.高压断路器在线测量与分析系统的研究[D].上海：上海交通大学，2013.
论文作者:刘洋,高天宇
论文发表刊物:《河南电力》2018年6期
论文发表时间:2018/9/10
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