带自动重合闸功能的塑壳断路器常见故障及预防

范立奎

（国网山东省电力公司冠县供电公司，山东聊城，252500）

1 带自动重合闸功能的塑壳断路器常见故障

1.1 剩余电流动作死区

在实际的运行过程中，保护器却经常出现失效的现象，这时由于剩余电流互感器检测出电网正常运行时存在的剩余电流与故障漏点电流的矢量和，这个矢量和所显示的剩余电流幅值，往往会小于动作值，从而导致保护器失灵，出现故障漏点保护动作死区。

1.2 短路故障

短路故障时电力系统运行过程中最为常见的故障之一，其产生的瞬间会释放巨大的能量，往往会对整个电网和电力设备造成巨大的损伤。一般来说，带自动重合闸功能的塑壳断路器会设置短路延时保护和瞬时保护两种方式：短路延时保护分为定时限保护和反时限保护，可以通过控制器来设置；瞬时保护是为弥补延时保护功能的缺陷而设置的，要求当短路故障爆发时，断路器能够在20ms内产生通断动作（图1）。但是，如果相应的短路保护装置能正常分断短路电流，轻则引起上级保护开关延时保护，造成较大范围的停电，重则引发的水灾、火灾风险，给生命财产安全带来隐患[1]。

1.3 电压故障

电压故障主要包含了过压故障、欠压故障和失压故障。过压故障是指电力系统中的产生内部过电压和大气过电压，从而导致电力设备内部电压过大，绝缘体失效，造成机械设备的损失；欠压故障是指，在低电压状态下，电力设备出现转矩缩小，转速下滑的现象，从而使得运行电流增大产生多电流的现象，长此以往将产生大的热效应缩短电动设备的寿命；失压故障是指电动设备的运行过程中，其接触器线圈电流消失，而失去电磁力的失压脱扣器或控制器难以吸住动铁心，而造成了主触头的断开。

图1 典型的短路保护原理图

2 预防带自动重合闸功能的塑壳断路器常见故障的措施

2.1 完善断路器维修决策

完善断路器维修决策需要着重考虑带自动重合闸功能的塑壳断路器在电力系统的重要程度，以调节维修资源的倾斜程度。首先，可以基于风险矩阵思想综合考量维修决策（图2）。依旧设备状态和设备的重要程度两个指标进行计算，以衡量维修决策的合理性和科学性，但这种决策模型本身信度和效度都存在缺陷， 并且缺乏物理意义明确的比较指标，因而很难降低系统的故障风险。

其次，可以通过制定断路器维修决策图，将断路器自身状态和对系统的影响程度结合起来，以制定维修计划，其断路器i的维修决策指标为：

对带自动重合闸功能的塑壳断路器进行预防性维修能够有效降低系统风险，为用户提供良好的电力服务。因而，在进行设备状态检修时要依照断路器运行的正常状态、注意监测、适时维修、紧急维修四种情况合理安排维修活动，并将其与维修指标M进行对应，明确这四种情况在维修决策图中的边界，通过计算以确定维修水平和维修的先后顺序（图3）。另外，值得注意的是，如果断路器自身的状态已经很差了，即使它在系统中的重要程度较低，也应该安排技术人员进行维修，以避免带来安全隐患。

图2 基于风险矩阵思想的维修决策

图3 断路器的维修决策图

最后，要完善维修决策步骤。将断路器i的各项指标进行归一化处理，并对其状态进行综合评估，通过计算获取断路器状态指标的概率分布和异常状态概率。随后将异常状态概率与初始门槛值进行比较，建立电力系统的风险评估模型并进行维修决策[2]。

2.2 优化硬件电路设计

带自动重合闸功能的塑壳断路器的硬件电路是由开关电源电路、剩余电流检测电路、电压检测电路等多项结构所组成的，对电流的流畅运行具有重要的作用。首先，电源电路能够对为电力的流畅运行提供工作电压，带自动重合闸功能的塑壳断路器的可以采用反激式的开关电源，其电源的拓扑结构相对简单，功能稳定性强并且对器件的要求不高，具有较强的性价比；其次，对于剩余电流检测电路的设计上，可以通过设计反向二极管对电压信号进行线性放大，并设计基于反向放大电路的改进型信号放大电路图，与此同时，需要注意的是，运算放大器的选择应该尽可能的小，以减少失调电压和失调电流的额度。再次，设计电压检测电路时，应该包含分压电路和电压信号调理电路两个部分。对于分压电路建议采取星形解法，以串联的方式将电压信号进行分压并传递到电压信号调理电路。此外，在设计电流检测电路时，要设计限流电阻器和限压二极管以维持电流的稳定，无源滤波器的设置也是十分有必要的，它能够过滤掉高噪音信号，以降低噪音干扰。最后，还需要设计脱扣器驱动电路，以防备特大短路电流故障的爆发。对脱扣器驱动电缆厂进行模拟能够弥补数字脱扣驱动电路的缺陷。例如，可以采用可控硅驱动器MOC3083传输脱扣信号，以实现对后端线路的保护（表1）。

表1 MOC3083电气特性

2.3 优化软件电路设计

图4 显示按键流程图

首先，对于信号采集程序的编写要依据有效值算法进行计算和分析，可以采用定时器，设定合理的采用周期和采样点，以固定的采样频率对剩余电流信号、电压信号和电流信号进行采集。其次，是设置故障判断处理程序，将采样处理完毕的电信号与事前设定的故障阈限进行比较，以辨别故障存在的可能性，如果判定线路存在故障，可以通过保护系统进行自检并对故障进行切除。再次，要设定按键与显示程序，通过串联的方式将液晶显示器（Liquid Crystal Display 简称LCD）与微处理器进行连接，以保障技术人员和操作人员能够通过LCD直观的获取线路参数以实现实时监控。此外，优化延时处理系统，以消除按键的抖动和干扰也是十分有必要的（图4）。最后，要完善通讯模块程序设计，可以选用给予标准RS485接口的通信模块，将带自动重合闸功能的塑壳断路器与上位机以串口的方式进行通信，并采取不定长数据收发方式，以满足Modbus网络协议的需求。随后要将所接收到的信息存储至缓冲区，通过启动串口发送数据函数完成一次通信。