摘要：高压断路器其控制和保护作用对电力系统的持续安全供电具有重要的意义，当其发生故障将直接影响电力系统的正常供电，产生损失，而通过振动监测可以对其有可能发生的故障准确预测或准确判断已经发生的故障，极大降低故障发生所带来的损失，所以对高压断路器振动监测与故障诊断的研究仍需要不断地深入。
关键词：高压断路器；振动监测；故障诊断
一、高压断路器在线监测以及故障诊断的重要意义
在高压电网中，断路器的数量较多并且关系重大，因此应该进行及时的在线监测以及故障维修。大量的资料以及调查显示，断路器出现故障的频率较高，所需要的花费也较高。另外，在很多调查中还发现断路器的故障以及检修不及时给高压电网的运行带来一定威胁，很多故障是由于检修不及时以及检修质量不过关引起的。断路器的更换以及大修会牵涉到大量的时间和费用，引起不必要的浪费。在这些问题存在的情况下，高压电网的在线监测以及故障维修便显得尤为重要，可以减少不必要的损失，保证断路器的故障在出现早期便可以及时排除，这是提高高压电网使用质量以及使用安全性的重要措施。在使用时间不断延长的情况下，高压断路器会出现老化以及损坏等现象，在出现问题时则不能够发挥作用，因此对断路器进行及时的在线监测以及高质量的故障诊断是极为重要的。
在通常情况下，断路器的检修方式主要为事后维修、定期检修和状态检修三种，事后维修主要发生在故障已经出现之后，具有极强的滞后性，严重影响其使用质量与使用安全性。在目前的检修形式中，功能较为重要的是状态检修。断路器的状态检修是发生在故障出现之前的一种检修方法，主要是根据其使用的状态进行相应的判断，根据所判断的结果对异常情况作出判断进行及时的排查以及维修，将故障及时的解决，以保证不对正常的使用产生不利影响，这是一种具有预防性特征的检修方式，可以做到防患于未然。断路器状态监测与故障诊断可以为状态检修提供重要的依据。状态检修对电力设备的检修是主动的，备的故障是带有预见性的，也是经济实用的设备检修维护方式。
二、高压断路器在线监测及故障诊断方法分析
2.1高压断路器故障诊断方法
高压断路器故障的诊断方法主要有三种：
2.1.1基于解析模型的方法
该方法实施的前提是要构建适合该系统的残差模型，借助模型获得残差，并根据准则对这些残差进行分析，从而对设备故障进行识别和确认。但是由于诊断对象多为大型的电力系统，而模型的建立往往存在一定的误差，因此该方法并不适用于非线性系统。
2.1.2基于知识的方法
该方法不需要精确的模型，是一种基于建模处理和信号处理的高级诊断形式，根据方法细节的区别，可以将该方法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弊端，但是依然存在部分缺陷。
2.1.3基于信号处理的方法
该方法利用数值计算，将传感器采集得到的数据进行处理，根据处理结果分析故障类型，是目前较为常用的故障诊断方法。
2.2在线监测与故障诊断的过程
在线监测与故障诊断系统分为信号变送、数据采集、处理和诊断三个子系统。首先，信号变送系统中包含电气设备和传感器，传感器的主要作用是采集物理信号并将其转化为后续系统可以识别的电信号；其次，数据采集与预处理系统包括信号预处理模块和数据采集模块，能够将传感器输送的电信号进行放大、滤波、隔离等处理，以利于信号采集模块对这些信号进行测量；最后，经过测量的数据信息通过数据传送模块传递到主控制室进行数据的进一步处理与判断，做平滑处理提高信噪比，并根据处理后的数据判断设备故障发生的位置。
2.3高压断路器在线监测的主要参数
2.3.1分合闸线圈电流
通过对图1的分析，我们可以认识到，该结构的主要工作原理如下：当电路接通后，电磁铁内产生磁通，铁芯在磁力作用下发生位置变化，接通操作回路，进而实现对高压断路器的间接操作。分合闸线圈的特殊结构决定了电流波形隐藏着丰富的信息，通过对波形的监测和分析能够判断分合闸电路的状态，从而对整个高压断路器的性能进行预判。例如，根据铁芯的行程以及铁芯是否卡涩能够判断高压断路器的操作机构的运行状态，进而判断故障发生的原因。
2.3.2储能电机电流信号
高压断路器中弹簧操作机构最核心的部件是储能弹簧，对高压断路器故障的诊断需要获取储能弹簧内部的力学性质参数，但是很显然直接进行测量力的大小是不切实际的，因此需要通过分析储能电机的电流波形来检测推算储能弹簧的状态是否正常。
2.4高压断路器在线监测及故障诊断系统的设计
一套完整的在线监测及故障诊断系统需要包含传感器、信号调理及采集、数据传输、数据处理四个单元，设计人员在设计的过程中，需要根据电力系统的特点，选择合适的组件。首先，传感器包括温度传感器和电流传感器，温度传感器主要选用铂电阻，能够在中低温区使用，在电流传感器的选择方面，需要测量开断电流时选择基于霍尔效应原理的开环测量模块，需要测量分合闸线圈电流时选择基于霍尔闭环原理的测量模块。数据传输单元采用GPRS无线传输模块向上机位传送数据，传输结构可以采用点对点的方式，当系统中包含多台高压断路器时，也可以采用星型网络结构。信号调理及采集单元中主要采用PLC远程采集方法，PLC具有较强的抗干扰能力和较高的精度，能够在高压断路器附近工作，此外，还可以采用NIM系列基于PCI总线的采集卡，相比于PLC采集，能够大大提高数据的采集、传输效率。数据处理单元主要完成对采集得到数据进行处理和分析，从中提取有用的信息作出高压断路器故障的诊断，同时，数据处理单元中往往还包含故障数据库，为今后数据的识别和专家系统的建立提供帮助。
三、结语
随着电力容量的不断增加，电力系统的安全保障要求也越来越高，为了提高电能输送的稳定性和安全性，需要将高压断路器应用到电气设备与电力之间的链路上。目前，由于高压断路器的技术还不够成熟，由于高压断路器故障带来的设备故障在电力系统安全故障中占大部分，因此需要对高压断路器进行在线监测，做好设备的预知性维修工作，减少设备故障所带来的大面积停电等事故。
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论文作者:乔鑫
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/13
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