浅析断路器状态监测

一、引言

在电力系统的一次设备中，就单台设备而言，断路器仅次于发电机和变压器等大型电力设备，但就需要数量和所占电站设备的投资大小而言，它又排在两者之前；另外断路器在电力系统中担负着控制与保护的双重功能。因此，为了确保断路器运行的可靠性，减少浪费，提高设备的可用率，科学化管理断路器检修是实现最佳经济效益和社会效益的最好途径。

二、断路器状态监测的主要方法

状态监测的任务是了解和掌握设备的运行状态，包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别的方法，结合系统的历史和现状，考虑环境因素，对开关运行状态进行评估，判断其处于正常或非正常状态，并对状态进行显示和记录，对异常状态做出报警，以便运行人员及时加以处理，并为开关设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和准备基础数据[5]。

对断路器的状态进行监测的方法很多，并且随着科技的发展和研究的深入，状态监测的方法会更多，手段会更先进、更科学、精确度会更高，效果也会更好。目前，主要有以下几种方法。

1）巡视检查 巡视检查是由有经验的专业人员进行的，有简便、直观和大众性的特点。显然，认真仔细的巡视检查能及时发现很多故障前兆和有价值的线索，例如异常声响及振动、漏油、漏气、过热等，是参与状态检修的一项重要手段，也是最基本的监测手段。

2）常规的预防性试验 电力设备的常规预防性试验是常规性试验，是目前用作掌握设备状态的主要方法。开展状态检修，必须从加强常规性试验开始。

3）带电测试 带电测试与常规的预防性试验不同的是被测的设备不需要停电即可进行测试。与在线监测不同的是在线监测是随时随地地进行实时监测，带电监测则是根据需要或按预定周期进行测试。

带电测试技术的优点是方便、灵活、针对性强，但进行带电测试工作的安全性和测试的精度还有待于进一步的研究。目前，比较广泛开展的项目有红外线成像技术、氧化锌避雷器阻抗电流测试、GIS内部放电监测技术。可以预料，随着科技的进步，设备故障的内部机理的被揭示，新原理、新测试仪器和新工具的问世，带电测试技术的应用将会越来越广泛。

4）在线监测装置 在线监测装置能使设备处于正常工作参数（电压、气压、温度）的监视之中，能及时发现设备的状态量的实时变化及变化趋势，易于捕捉到突变的信息量，及时发现设备存在的问题。在线监测装置反映设备的实时状态，使对设备的状态参数一目了然。在线监测比常规停电试验更有效、更及时地发现设备早期缺陷，更好地了解设备已有的或潜在的问题，它比带电监测更及时、更直观，因此，它是设备实行状态检修的重要基础之一。

断路器的在线监测工作，无论是国内还是国外，都没有通用的在线监测装置标准产品，各研究机构或制造厂家根据不同的断路器装置和用户要求而生产不同的产品。国外由于起步较早，产品相对比较成熟；国内尚在不断的探索之中。

在线监测技术的开展与运用，推动了电力设备运行维护水平的提高，为改变传统的周期性检修为状态检修提供依据。另一方面，由于在线监测的全新技术中引进了先进的传感器技术、电子技术、信息处理技术及传输技术，使在线监测技术更具有先进性、实用性，加快了设备运行状态信息的反馈，有利于故障的诊断和处理，推动了检修制度的变革[3]。

三、 断路器的故障诊断

电力系统中设备，大的如发电机、变压器、断路器、保护装置或通信远动设备，小的如检测装置、二次连接端子都会发生故障；而且这些装置中任意一个部件误动作或者误操作都会导致一些不正常的现象产生。对于一个正常运行的系统、设备或者装置，根据出现的任何不正常现象寻找出故障的设备装置及其故障的部位，这就是通常所指的故障诊断。故障一旦确诊，找到故障部位，即可采取诸如切除故障设备、装置等措施，以使故障影响降到最低，恢复系统的正常运行。

故障诊断是一门综合学问，它必须在深入了解设备的设计、制造、结构材质等资料的基础上，全面掌握安装、运行、检修的情况，结合电气的、化学的、物理的试验进行综合判断，进行设备的全过程的系统分析，才能正确识别故障类型并对故障部件的正确定位。

故障诊断根据其诊断范围的不同。大致可以分为两类：

1）系统诊断 系统诊断是检查电力系统的某些部分，而该系统通常是由一组联系紧密的部件的集合体，要确定故障发生的时间、范围、故障的精确位置，由于系统的庞大、部件数量的繁多，所以系统诊断较为复杂。

2）装置诊断 装置诊断比系统诊断相对要简单，它要诊断出故障元件及其发生故障的原因，断路器的故障诊断就属于这一类诊断。

断路器的故障诊断就是利用由各种状态监测的方法所获得的断路器的状态信息而进行的，这些信息可分为静态状态量和动态状态量。静态状态量也就是原始信息量，它包括设备的基础参数、结构特征、主要部件和材料，特别是原始材料，包括出场的试验报告、现场安装调试记录、调试报告、交接验收资料等，如果这些资料不全，数据不掌握或不准确（如测试温度、湿度、环境干扰、主要部件调整更换等）就难以和检测的动态状态量进行比较分析，也就很难得出正确的结论。

动态状态量就是在运行条件下和停电时测得的信息量，它包括在运行中监测发现的和试验中发现的电量、非电量的状态信息量，更应对表征不同类型断路器特征的状态量，如油断路器中溶解气体的数值、油的耐压、SF6断路器气体密度、微水分解物，真空断路器灭弧室的真空度、触头接触电阻、触头的磨损量等准确详实地记录，以便为正确的故障诊断和评估提供可靠的依据。

在具备断路器的准确、完整、详实的状态信息资料后，就可以进行全面的、科学的状态综合分析评估和故障诊断。目前，这方面工作主要还是采用“三对照法”。即：

1）对照规程、导则和规定 它们是实践经验的总结和理论科学的结晶，但是也要看到，仅靠现行的规程、导则和规定还是不完全的，因为现行的规程、导则和规定并没有包括随着科技发展而采用新技术、新材料、新工艺生产的新设备，所以还必须对照新设备的新标准。

2）对照历史资料 将它作为对照规程的有效补充。对照历史资料包括对照历史测试数据及静态状态量，即进行纵向比较，以便考察设备状态的变化趋势和变化速率。

3）对照同类设备因结构、制造工艺方面的差异而带来的硬性，即进行横向比较。

四、 现有的状态监测系统中存在的问题

状态监测是实施状态检修的基础，以科学的方法对设备运行状态进行监测和诊断是实施状态检修的关键。我国对于电力设备状态检修的研究多集中于变压器、发电机一类的大型设备，对断路器的状态监测和诊断的研究还处于起步阶段，现有的实时状态监测系统中普遍存在以下问题：

1）监测量少，功能单一 多数系统只局限于研究断路器的电气或机械某一方面的特性，如监测开断电流、累计跳闸次数、累计开断电流等。

2）缺乏系统性和综合性 对断路器的监测功能只作为微机保护或录波装置的一个功能模块加以开发。

3）可采用的诊断分析方法少 对断路器的运行状态的识别缺乏有效的数学方法和技术手段。

五、结束语

对高压断路器实施状态检修一直是运行人员关注的问题。为实现这种新的状态检修方式，需要进行大量的设备参数的监测，从而提高设备运行的可靠性。此外，当电力设备由定期检修转变为状态检修时，断路器实时状态监测对设备的重要参数能进行长期连续的监测，提前发现断路器的异常状态，避免发生事故，保证电力系统的安全可靠运行。