低压断路器故障监测与诊断研究

低压断路器故障监测与诊断研究

于成

辽宁省鞍钢集团本钢设备工程技术公司  117000

摘要：在低压电力系统中，断路器是确保其正常运行的重要元件。在其执行命令的过程中，不仅是实现对电力系统供电故障进行准确判断的依据，同时也是实施故障检修和指标测量的重要辅助设备，在电力系统检修频次较高的状态下，断路器的重要性更为明显。近年来，电气设备受社会经济快速发展的影响，对于供电质量的控制效果得到了显著提升，这也是顺应新时代电力资源应用需求发挥的基本要求。为了确保电力系统运行的稳定性，建立完善的监测管理措施是十分必要的。基于此，本篇文章对低压断路器故障监测与诊断进行研究，以供参考。

关键词：低压断路器；故障监测；诊断

引言

伴随着新兴技术的发展，人们对用电要求更加严格，断路器是人们日常安全用电不可缺少的部分，它在电力系统中可以断开和闭合线路，对人们安全用电有着至关重要的作用。低压断路器在工作过程中，会存在多种不确定的因素，因此对其进行故障监测和诊断的研究十分必要。

1断路器概述

（1）断路器分类1）按使用类别分类A类断路器：非选择型断路器，一般作为分配电柜的进线或者终端断路器，有过载长延时、短路瞬时的二段保护，没有承载短路电流的要求。B类断路器：选择型断路器，主要用作低压进线总开关，有过载长延时、短路瞬时和短路短延时的三段保护特性。通过短路短延时，在发生短路时和下级断路器配合，做到电流选择性，需要承载短时短路电流。2）按设计分类框架式断路器（ACB）：电流范围630~6300A，主要用于低压供电系统的进线、母联及其他大电流回路的通断。塑壳断路器（MCCB）：电流范围80~1250A，主要用于低压配电系统的进出线、电动机保护等。微型断路器（MCB）：电流范围1~125A，主要用于终端配电箱/柜。（2）断路器分断技术指标1）极限短路分断能力（Icu）：断路器可以安全切断电路的最大电流，在此次分断后，断路器不允许再使用。2）运行短路分断能力（Ics）：在此次分断后，还能继续承载其额定电流的分断能力，对应短路瞬时保护电流。3）短时耐受电流（Icw）：是指在一定的试验参数条件下，承受0.1-1s而断路器不允许脱扣的能力，主要针对B类断路器，对应短路短延时保护电流。在设置短路短时延时保护时，可根据需要选择时间，上下级时间级差取0.1~0.2S，以此实现断路器选择性。

2低压直流系统的接地型式及故障类型

低压直流系统可以分为不接地系统和接地系统，对接地系统进行分类又可以分为电源中点接地和一个极接地，也就是负极接地或者正极接地。图1为不接地系统图，图2为负极接地系统图，图3为电源中点接地系统图。大多数时候造成不接地系统短路故障的原因是正负极间短路，这一情况的出现让全部电压产生故障电流。这时候，保护短路的一般措施为将两极间的全电压作为基础，对分段能力进行选择。不接地系统出现接地故障，对于正常运行而言，不会造成任何影响，其原因是不具备故障回路的返回通路。不接地系统出现双重故障，则有可能出现故障电路的闭环回路。针对这一情况，建议在安装的过程中，将地绝缘下降的报警设备或者接地故障报警设备的安装纳入考虑范畴。除此之外，还需要注意的对于不接地系统的双重故障所形成的回路，断路器单极目前还没有做到将故障进行分段。单极接地故障从字面上来说，是非常容易理解的，主要指的是正负极间短路，这一情形所产生的故障电流主要来源于电压。针对这一情况对断路器进行保护，其基础是两极间全电压，需要在此基础上对分断能力进行选择。

图1不接地系统

图2负极接地系统

图3电源中点接地系统

3低压断路器的在线监测与诊断系统

3.1系统功能设计

在检索国内外相关数据及文献后，本文对自动空气断路器在线监测诊断系统设计将具有以下功能。（1）状况监控：监控断路器开合状态，辨别具有典范的信号讯息，提取典范的标准值，推测出相应的妨碍正常运作的典型故障类型为范例。（2）数据保存：低压电路断路器根据工作时间随时保存电流线圈信号，为数据服务。（3）历史查询：汇总并记录低压电路断路器的异常时间和类型，以确保可以快速调用曲线和状态数据。（4）故障检测：低压电路断路器故障的具体算法和类型由所采集的运动特性的大小确定。（5）通讯报警：当成套配电装置运行轨迹异样时，警示设备运作非正常模式，红色报警按钮发出报警噪音视作提醒，应予以警惕。

3.2接线极性、保护脱扣器及装置的选择

断路器运用的场合繁多，因此许多场合中，尤其是低压电等场合，为了让短路分断能力在各种场合的实现得到进一步保障和提升，元器件的生产厂家会根据实际的使用要求，制定具有针对性的措施。例如某塑壳断路器为了保证在某一区间内分断能力达到50kA，对磁吹弧技术进行了采用。该技术充分利用相关原理，使电弧与磁场之间产生相互作用，这种相互作用能够强力将电弧吹入灭弧罩，从而让灭弧的目的得以实现。因此，在直流系统中，不论是采用塑壳断路器还是万能式断路器，其接线都必须按照生产厂家所表示的极性进行，或者在生产或者订货之前，向生产厂家提出特定要求。在大多数情况下，小型断路器以及塑壳断路器在运用的过程中，尤其是在直流系统的运用过程中，其采用的保护方式最为主要的就是热磁式保护。在对断路器进行选择的过程中，应该针对不同的情况进行选择，不能无视实际情况一概而论，所以在选择的过程中，需要对几方面进行注意：①接地型式，接地型式可以对故障的条件进行分析，从而让断路器的极数得以确定。②系统额定电压Un，系统额定电压Un能够对断路器的额定电压Un进行确定。③额定负载电流Ib，额定负载电流Ib能够用对脱扣器的额定电流进行确定。

3.3系统的流程

首先在空气断路器中收集对于检测故障具有高效作用的信号，如分合闸线圈电流信号、设备的振动波形、电流冲击状态等，收集相关数据，并将数据输入调节电路中处理，以便系统分析，模拟量将通过A/D输入到FPGA芯片转换为数字量，数字传感器将用于收集相关信息，例如低压断路器的使用寿命和数量等。FPGA芯片为工作的主要芯片，其作用是收集和分析信号并将其传输到上位机。收集到的信号在下位机时就做出处理并传送至上位机，输入信号将变换波形分析与模糊神经网络相联系，显示检测结果和真实状况，即故障检测信号。最后，系统发现自己能够正确监控和诊断低压断路器的故障。

结束语

本文首先介绍了低压断路器使用过程中可能出现的几种故障。其次采用小波分析法，对自动空气断路器故障进行诊断分析，以波形分析为前提，引用模糊神经网络模型，结合模型所独有的优势进行研究，使故障判测更具有灵活性，其结果更精确与真实情况更为相近。加强低压系统管理，在新建改建项目中增加B类断路器使用频次，尽量实现保护跳闸的选择性。最后建立了低压断路器故障监测与诊断的研究系统，希望能够为安全用电研究提供一定的参考价值。

参考文献

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