一种高压断路器机械特性分闸时间带电检测技术 何位经，

廖钊，陈新

（广西电网有限责任公司南宁供电局，广西 南宁 530000）

摘要：变传统的断路器检测采用的是离线检修，需要大量的人力物力。而断路器的带电检测又面临很多技术瓶颈，断路器带电分合闸时间和停电的分合闸时间有很大的区别，需要考虑到灭弧室内触头的燃弧熄弧的过程，这也是带电测试需要解决的第一个测试要点，目前欠缺此类技术，本文为吻合状态检修针对性研发的一种断路器带电测试技术，可以实现测试断路器带电分合闸的时间的检测，实现实时在线检测断路器运行参数，在断路器正常运行时，对其分闸时间进行监测，实时掌握其分闸运行状态，并在出现异常时第一时间进行预警，保证断路器的安全稳定运行。

关键词：变电站；断路器；分闸时间；带电检测

1. 引言

断路器测试研究的方向主要集中在断路器电气、机械和非电量方面。目前我国国家电网实际生产力的情况，虽然进入了状态检修的时期，但是在断路器的动特性测试方面，技术方向仍主要以离线测试为主，断路器在线监控的技术还不是很成熟，需要进一步完善。下面的陈述将从现有技术的两种类型断路器离线测试设备和断路器在线监测设备进行陈述。

（1）离线测试仪器即采用开关测试仪对高压断路器进行动特性试验。这种试验方式必须在断路器停电后，才能开始对断路器电气、机械和非电量进行测试。测试结果和评判依据都是检修导则和断路器出厂数据为标准，忽视产品运行环境、运行状态、负荷和保养情况，从而使得评判标准范围较宽，无法真实评判被测断路器实际运行情况。

（2）断路器在线监测是以数字波形采集和处理技术为核心的微机多功能断路器测量产品。利用先进的传感器技术、计算机技术、数字波形采集和处理等高新技术。这种监测系统可以实时连续的巡回监测各种被测量，因此，监测内容丰富，信息量大，处理速度快，对监测结果可显示、存储、打印、远传及越界报警。但是，现有的断路器在线监测产品设计理念借鉴于断路器离线测试设备，没有充分考虑到安装现场电磁电场的干扰情况和设备接地，使得很多产品无法正常工作，即使能正常工作的产品在采集数据时却因为现场电磁和电场干扰无法正常获取真实数据，直接影响后期故障分析。另外，断路器在线监测在故障数据获取方面，因被测断路器很少动作影响无法捕获断路器动作数据，所以无法建立故障数据库，更无法验证故障数据分析算法。

（3）未来发展方向：断路器离线测量技术和在线监测技术均有自己的弊端，不能吻合状态检修的现状，未来的发展方向是根据现有的状态检修现状提出一种断路器带电测试技术，这也是本文研发的价值。

1. 高压断路器的结构

高压断路器是电网中的关键设备，它对12kV及以上电压等级线路起到两方面作用。 控制作用，根据电力行业生产要求，将部分或全部设备投入或退出生产，起到控 制电网的作用；保护作用，当部分电网或者设备发生短路时，高压断路器能够瞬间切断电路，特殊情况下（如自动重合到故障线路上时）可靠地接通短路电流， 将该 故障部分从电网中切除，缩小停电范围，保护电网中其他设备不受损坏。

断路器的开启和关闭通过操动机构控制，执行过程中需借助开断元件。操动机构在控制断路器的过程 中，要保证断路器的运动时间和运行速度。这个过程也被称为分闸操作和合闸操作，核心部分是传动机构和动静触头。开断元件包括灭弧室、导电单元和动静触头。绝缘支柱由绝缘瓷瓶和绝缘拉杆组成，是断路器的支撑单元。基座是断路器固定的部分。

1. 高压断路器分闸时间带电检测原理

高压断路器的分闸时间是一项重要参数，若分闸时间过长，则会影响系统灭弧效果，造成触头烧毁；若分闸时间过短，则会对断路器的分断能力产生影响，直接导致操动机构因受到巨大的撞击力而损坏。 断路器分闸时间是指断路器从接到分闸指令开始到所有极触头都分离经历的时间。在断路器的动静触头刚分离后，分闸的速度是一直增加的，但加速度是在减小的，根据这个特征，利用行程曲线采集加速度信息和速度信息，从而求得分闸时间。断路器分闸时间是非电量信号，无法直接通过检测电流和电压来计算 。考虑到触头运动过程中的分合闸时间与主轴转动直接关联，同时静触头处于相对固定的位置，因此采用角位移传感器来实现。通过角位移传感器获取位移信号，然后通过轴套型增量式旋转编码器输出脉冲信号。传感器 输出信号如图所示，通过旋转方向可判断是分闸还是合闸操作，同时通过输出脉冲数量和位置之间的关系，根据线性变化得到触头行程时间等参数。

图2 位移传感器输出信号图

1. 分闸时间带电检测系统设计与实现

3.1 传感器选择

本设计通过位移传感器带电检测断路器分闸时间信息，替代传统的离线检修。考虑到断路器触头运动特点，编码器需要便于安装，而且精度要满足要求，因此选择kubler轴套型增量式传感器，该传感器具有安装方便，结构紧凑坚固，而且供电电压范围广。传感器实物图如图所示。该信号传感器功耗低，运行电流小于90mA，分辨率高达5000p/r,系统响应频率范围为0-300kHZ， 脉冲个数高达2000个，满足本设计断路器分闸时间采集要求。

3.2电源方案

带电检测系统电源通过现场动力箱获取。现场电源为AC220V，而传感器、核心处理电源及外围电路需要的电压为直流小电压，因此需通过电源转换模块和板级电源芯片进行电压转换。电源方案如图4所示，现场AC220V电源通过AC-DC电源模块转换成直流正负12电源和直流5V电源。直流5V电源通过板级电源芯片转换成直流3.3V电源。直流3.3V电源再通过板级电源芯片转换成直流1.8V电源。

3.3软件方案

高压断路器接收到分闸操作信号后，处于合闸状态的高压断路器开始进行分闸操作。此时，软件系统启 动AD中断，对断路器线圈电流的阈值进行判断。若线圈电流大于阈值，则说明断路器进行了分闸操作，此时开始记录时间，并通过位移传感器记录触头位置信息，得到行程曲线，最后计算得到分闸时间。

1. 结束语

本文对高压断路器分闸时间带电检测技术的设计与实现进行了介绍。该设计可替代传统离线检修，实现高压断路器分闸时间的带电检测，实时在线检测断路器的分闸运行状态，为断路器的安全稳定运行提供可靠的数据保证。

参考文献

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[作者简介] 何位经（1979年11月），男，广西南宁人，高级工程师，研究方向：一次设备。