状态监测在高压断路器操动机构状态检修中的应用

曹新

摘 要：介绍了电网发展过程中的四种检修模式及其优缺点。结合本人在变电检修行业的工作，探索了目前针对断路器操动机构的状态检修方法，提出了断路器操动机构状态监测的应用并分析了其对提升“状态检修辅助决策系统”中断路器状态检修效能的作用。

关键词：状态监测;状态检修;断路器操动机构;检修决策

引言

随着国家电力工业的发展，电力生产的检修模式也在逐渐发生变化，检修方式已经从目前的定期检修（TBM，time based maintenance）与故障检修（FBM，failure based maintenance）发展为电气设备的状态检修（CBM，condition based maintenance）与基于可靠性的检修（RCM，reliability centered maintenance）。在笔者的变电检修工作当中，定期检修还在被广泛采用，针对设备状态的状态检修也在积极开展。状态检修无疑是一种非常先进的检修方式，它的开展会解决我们变电检修行业的很多疑难问题，比如设备的“重复检修”与“过度检修”问题。状态监测与状态检修的结合将会使的状态检修发展为“基于可靠性的检修”，将会大大提高设备的运行可靠性，减少停电事故的发生。

1电网的几种检修模式优缺点

目前电网变电检修中还广泛采用着定期检修的方式。当设备数量少、种类单一并且设备质量水平较一致时，定期检修的检修方式会起到很好的效果[1]。但是随着电网规模的扩大与设备种类的增多，如果定期地安排检修计划，人力和物力的不足会逐渐体现出来。而且设备制造质量的不同和运行条件的差异，也可能造成设备本身的故障发生概率不尽相同。如果仍然按照固定周期对设备进行固定模式的维护或检修，对这些设备将产生“过度检修”的弊端，将会浪费大量的人力物力;而对某些设备则有可能造成失修，因为有些早期的故障隐患往往可以通过提早的停电检修发现并消除，避免了电网事故的发生。电网设备的故障检修即等到电网设备的故障发生之后再进行的检修，即为我们日常工作中的抢修工作。这种检修方式弊端很明显，这时设备故障已经不可避免的发生了。鉴于这些检修工作当中存在的问题，开展状态检修就显得极为必要了。

2高压断路器日常维护中常遇见的问题以及状态检修的开展情况

在本人所接触的110kV及以下电压等级的高压断路器中，断路器的操动机构主要采用弹簧储能机构。操动机构主要由分闸机构、合闸机构、储能机构等几部分组成。在断路器运行检修当中，常常会出现：断路器分合闸线圈烧毁、储能电机烧毁、合闸位置不能保持、储能弹簧断裂、手车底盘闭锁功能异常、断路器绝缘下降等故障。

我们日常检修中大多采用预防性维修，即定期检修。这种检修方式将会被目前正在实行的状态检修所取代。日常开关检修遵循的是“逢停必修”的检修策略，开关小修标准流程主要包含断路器本体检修、断路器操作机构检修、断路器本体及操作机构参数测量[2]等几个方面。其中，断路器机械特性试验需要测量的数据有触头合闸弹跳时间、固有分合闸时间、相间分合闸不同期时间、分合闸线圈电阻、最低分合闸电压等。

目前开展的状态检修是基于“状态检修辅助决策系统”实现的。该系统主要由基于模型的数据管理系统与数据服务总线组成[3]。模型数据管理系统以电网设备的实时与历史数据为基础，采用相关的方法进行数据处理与电网监测与预警，并最终提出针对电网设备的状态评估与检修决策建议。其中状态检修中需要采集获取的数据由断路器各部件的状态量构成，主要包括：本体、操动机构两大部分。操动机构状态量有：分合闸线圈的操作电压、分合闸线圈的直流电阻、分合闸时间、相间合闸不同期、相间分闸不同期、储能电机损坏、分合闸弹簧损坏、弹簧储能、弹簧机构操作卡涩、油缓冲器渗油等。这些状态量最终根据各自权重进行公式计算获得断路器的操动机构的状态分值，并最终进入决策生成的模型中，得出检修决策和建议。因此，我们检修人员在日常开展状态检修的过程中，所需要做的就是断路器设备的状态录入工作。根据定期检修当中所发现的设备问题，对状态检修辅助决策系统进行人工维护，更新设备的状态信息，为状态检修的开展提供最基础的数据信息支持。

3目前高压断路器状态检修中存在的问题以及状态监测的应用

在前面所提到的断路器操动机构状态检修中涉及的不同部件的状态量的获取必须等到断路器改为检修状态，检修人员到现场实际检测之后才能获得。如果发现某项指标异常，可以在状态检修系统中进行“人工干预”维护，生成检修策略。系统将会提前预测设备状态，给出检修建议。预测的准确性与所获得的基础数据息息相关。根据目前的开展情况，所能提供的断路器操动机构数据只有在断路器停电检修时才能获取，数据十分有限，这是阻碍断路器状态检修的一大障碍。本文所提出的断路器操动机构在线监测将弥补并解决目前状态检修开展中遇到的问题。它将采集每一次断路器操作过程中的状态信息，上传到决策系统中。这将成倍提高数据信息的录入量，大大提高状态检修开展的效能。

针对高压断路器操动机构的状态在线监测主要有：断路器的分合闸时间监测、断路器的分合閘线圈状态监测、储能电机状态监测、储能弹簧状态监测等几个方面的监测。通过先进的电子技术获得断路器合闸分闸过程中的分合闸时间、分合闸线圈通流的大小、储能的时间、储能电流的大小，可以对断路器操动机构进行一个状态判断，直接获取断路器各部件的状态量。再将状态量数据传入状态检修辅助决策系统，获取检修决策。这样的方法，主要优点在于数据实时性强。断路器的每一次动作过程都会产生这些数据，及时地上传到系统中，让系统保存并处理这些数据，将能获取最有效的决策建议，避免电网事故的发生。

状态监测实施中，可以通过硬件系统采集操动机构在分合闸过程与储能过程中的电气量参数来对状态量进行获取。比如，一个典型的合闸线圈的动作电流，在合闸过程中对合闸电流进行采样，获取电流波形中几个关键点的采样数值并处理，与标准试验数据进行比对，从而获得开关分合闸线圈的状态量。

对于弹簧储能时间的测定也可将会监控储能电机的工作情况，在电机出现绝缘不良，匝件短路时，必将影响电机功率的输出，从而改变电机的储能时间。将开关每次储能的时间采集并上传至状态检修辅助决策系统将获得有效的开关储能状况的状态评判量。

4结束语

本文介绍了电网变电设备检修的四种模式，论述了针对高压断路器操动机构的状态监测方法。提出了通过监测分合闸时间、分合闸线圈通流的大小、储能的时间、储能电流大小来获得断路器的断路器的分合闸线圈状态、储能电机状态、储能弹簧状态等状态量。采集完成后实时地将数据上传至目前使用的状态检修辅助决策系统，进过运算获得检修建议，这将显著地提高断路器操动机构的状态检修效率，提高电网运行可靠性。

参考文献：

[1]南通供电公司.SF6高压断路器状态检修导则编制说明[M].2008.6

[2]南通供电公司.固定式开关柜标准化作业指导卡[M].

[3]国家电网公司.输变电设备状态检修辅助决策系统建设技术原则（试行）[M].2008.4