低压断路器故障监测与诊断

低压断路器故障监测与诊断

刘文祥 杨晓腾 蒋政

浙江天正电气股份有限公司 325600

摘要：随着电力系统的发展和智能化程度的提高，低压断路器在电力配电系统中的作用日益重要，然而，由于工作环境恶劣以及保护设备的老化等原因，低压断路器存在故障的风险也在不断增高，如果其故障未能及时发现和排除，将会导致电力系统发生故障而不能正常运行，甚至损坏其他设备，给生产和用电带来严重影响，因此，对低压断路器的故障进行监测和诊断，成为电力系统运维的重要环节。本文以低压断路器故障监测与诊断为主题，通过对断路器故障的原因进行分析，旨在提高故障的发现效率和诊断准确性，从而提高电力系统的安全运行。

关键词：低压断路器；故障；检测诊断

前言：随着电力系统的不断发展和扩大规模，低压断路器作为电力系统中重要的保护设备，发挥着至关重要的作用。然而，由于长期运行和不可预见的因素，低压断路器可能会发生故障，给电力系统的安全稳定运行带来严重的威胁，因此，对低压断路器的故障进行及时监测和诊断至关重要。通过监测和诊断低压断路器的故障，可以在故障发生前进行预警和预防措施，避免故障对电力系统的损害，加速故障的处理和修复过程。

一、低压断路器的工作原理与故障类型

低压断路器是一种重要的电力保护设备，其主要工作原理是在电路中发生过载或短路故障时，通过断开电路来切断故障电流，从而保护电力系统和电气设备不受损坏。低压断路器通常由一个操作机构、一个触头系统、一个灭弧装置和一个脱扣器等部分组成。当电路中的电流超过断路器的额定电流时，脱扣器会动作，使得操作机构执行切断电路，从而实现故障保护。低压断路器的故障类型主要包括过载故障、短路故障和操作故障等。过载故障是指电路中的电流超过断路器的额定电流，但未达到短路电流的程度[1]。短路故障是指电路中发生两点或多点之间的直接电气连接造成线路短路，导致电流瞬间升高。操作故障是指由于操作不当或保护设备故障导致的断路器无法正常切断电路或无法恢复正常运行。在低压断路器的运行过程中，可能会出现一些常见的故障现象，如：跳闸、滑扣、熔焊、噪音、接触不良、灭弧失败等，这些故障可能会导致断路器无法正常工作或损坏，甚至可能引发火灾、触电等安全事故，因此，对低压断路器进行定期的故障监测与诊断非常重要。可以通过观察断路器的运行状态、检查触头和灭弧装置的磨损情况、测量电路中的电流和电压等方法来监测断路器的工作状况，如果发现异常现象，可以及时进行维修或更换故障部件，确保低压断路器的正常运行和电力系统的安全稳定。

图1 低压断路器的工作电气原理图

二、故障监测与诊断技术

（一）振动信号处理技术

在断路器操作时，机械部件的振动会受到电气和机械故障的影响。利用先进的信号处理技术，如时域、频域和时频域分析，可以提取出反映设备状态的特征量，这些特征量通过模式识别算法，如支持向量机、神经网络等，与正常工作状态下的数据进行比对，从而实现对故障的诊断。

（二）温度监测技术

温度是设备负载、散热条件以及潜在故障的综合反映。利用热像仪和温度传感器等设备收集温度数据，通过数据分析和热像分析，可以发现过热现象，进而定位故障点，比如，通过比较实时温度分布和历史温度分布，可以诊断出是否存在接触不良、电磨损和绝缘老化等问题[2]。

（三）故障诊断算法

故障诊断算法综合了上述监测技术获取的数据，通过算法模型来分析、决策并给出故障诊断结果。故障诊断算法通常包括预处理、特征提取、模型训练和故障识别几个步骤。在预处理阶段，对采集到的数据进行清洗、滤波等操作以减少噪声的影响；特征提取则是对处理后的数据进行结构化，提取有助于故障诊断的信息；模型训练阶段，使用历史数据对诊断模型进行训练，使其能够识别并区分不同故障类型；在故障识别阶段，实时数据经过特征提取后与模型进行匹配，判断设备是否存在故障，并给出具体的故障诊断报告。

图2 基于低压断路器故障诊断的流程

三、低压断路器故障监测与诊断方法

（一）电流监测法

低压断路器的电流监测通常通过测量线圈的电流来识别短路故障。当电路发生短路时，电流会突然增大，这个变化会被安装在断路器上的电流互感器检测到。电流互感器将大电流转化为小电流，使得断路器可以正常工作。当电流超过预设的阈值时，断路器会断开，从而保护电路。电流监测法通常用于监测电路的短路故障，对于过载故障的监测效果有限。

（二）温度监测法

温度监测法是一种常用的低压断路器故障监测方法。通过在断路器上安装温度传感器，可以实时监测电路的工作温度，当电路过载时，电流过大，会导致电路温度升高[3]。温度传感器可以检测到这个温度变化，并将信号传递给控制单元，控制单元接收到信号后，会判断电路存在过载故障，并采取相应的措施，如断开断路器，保护电路。温度监测法对于过载故障的监测效果较好，但无法准确判断故障原因。

（三）状态监测法

状态监测法通过综合运用温度、压力、湿度、振动、噪声等多种传感器，以及先进的信号处理算法，来实时监测低压断路器的运行状态，并及时发现潜在的故障风险。通过选择合适的传感器进行安装，包括温度、压力、湿度、振动、噪声传感器等，这些传感器可以分别监测低压断路器的温度、压力、湿度、振动、噪声等状态参数，为故障诊断提供丰富的数据支持，并且采用先进的信号处理算法对采集到的数据进行处理和分析，这些算法可以实现对低压断路器运行状态的实时监测和故障预警，当发现异常数据时，可以及时进行故障排查和维修，以避免潜在的故障风险。

四、结语

低压断路器是电气配电系统中必不可少的设备，它起着保护电路和设备的重要作用。故障监测与诊断对于确保断路器正常运行和及时修复故障至关重要。通过总结了当前常见的低压断路器故障监测与诊断技术，希望能为相关领域的专业人士提供参考。在日常工作中，我们应该加强对低压断路器的定期检测和维护，及时发现并解决问题，确保电路的正常运转和设备的安全使用，只有不断提升技术水平，才能更好地保障电气系统的稳定运行，实现工业生产的安全高效，愿大家在工作中不断学习进步，为电气行业的发展贡献自己的力量。

参考文献：

[1]盛慧,蔡韧,李佳文. 低压智能断路器检测与维护方法的探讨 [J]. 电气技术与经济, 2024, (04): 144-147.

[2]张桂林,李杰,汪浩. 某型断路器故障改进方法研究 [J]. 船电技术, 2024, 44 (04): 53-56. DOI:10.13632/j.meee.2024.04.014.

[3]吴宇红, 低压配电设备早期故障精准诊断控制技术及应用. 浙江省, 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司, 2022-01-16.