断路器状态评价方法改进

摘要：对断路器设计合理的检测方法，建立设备工况评价体系，并根据评价结果制定对应检修策略，对断路器运维管理显得尤为重要。通过一起合闸储能装置故障事件表明现有断路器状态评价管理仍存在改进空间。本文在现有评价体系中增加合闸储能装置检测手段，实现对评价方法改进，使得断路器操动机构状态评价更符合设备实际情况。

关键词：断路器;状态评价;改进

10kV断路器多以弹簧真空断路器为主，其弹簧操动机构内部部件繁多，随着使用次数增加、运行时间增长，机构内部机械部件磨损、传动部件间摩擦增大等情况不可避免发生。没有人为修复的情况下，10kV断路器的电气及机械性能必然下降。当性能下降至一定程度时，部件功能失效，使操动机构系统不正常运行，进一步导致其它部件损坏，导致断路器故障，引发电网设备非计划停运事件，影响电网稳定运行。根据2015年度高压断路器专业工作总结报告表明[1]：2015年度10kV断路器相关缺陷共发生270起。10kV断路器设备故障失效率与运行时间的关系如图1设备状态运行缺陷率时间变化曲线所示，可知随着10kV断路器运行年限增加，设备渡过平稳期后，其发生故障几率近乎以指数形式上升。而及时对10kV断路器进行检修，在设备性能下降时对设备进行修复，可以有效避免设备故障发生。根据工作报告表明[1]：当前达到设备A类检修的10kV断路器占总量的28.1%，因此运维部门承受的检修压力非常巨大。

2现有10kV断路器状态评价方法

状态评价就是通过合适的检测手段获取能的设备，通过不同检测方法对10kV断路器进行检测，获取能表征其电气或机械状态的各项设备参数来反映其自身健康程度。当设备健康状态主要参量发生改变时，设备状态也将动态进行评价，重新确定设备健康度[2-5]。有效建立10kV断路器的状态评价方法，为检修计划制定提供有效的判断依据，从而减少检修不足或者过度检修问题，对保证设备稳定运行起到重要的作用。

3一起故障反映10kV断路器状态评价方法存在问题

今年110kV园洲站#3电容器组5C3断路器一起操动机构储能装置故障反映出现有断路器状态评价方法仍存在改进空间。

3.1故障现象及原因

通过倒闸操作隔离故障设备，检查故障情况发现，此时故障断路器在合位，后台监控机报弹簧未储能、控制回路断线信号，调度端无法遥控分闸。断路器位置指示牌显示机构在合位，弹簧储能指示牌显示在未储能状态。拆开断路器操作机构检查发现，如图2（1）所示机构一侧弹簧断裂成两段，并且上半段断裂弹簧卡死在斷路器主传动轴上。如图2（2）所示另一侧弹簧储能拐臂发生明显变形，如图2（3）所示破损故障拐臂轴套，储能拐臂上的轴套破损，轴套内滚珠已脱落。此时机构储能装置的传动轴卡死，轴上的凸轮和连杆机构已卡死，导致断路器机构分合闸均无法完成操作。检查断裂弹簧断口，有明显的新旧断痕，同时在断裂弹簧的下半段，检查出一处贯穿性裂纹。机构储能电机严重烧毁，无法带动储能链条。同时，储能轴上的滚轮和储能保持轴上的储能保持掣子始终处于脱开状态，弹簧无法储能，并且控制回路分闸线圈已烧毁。

通过分析可知，正常状态下当断路器机构接到合闸命令，合闸储能机构释放合闸弹簧能量。此时行程断路器动作，储能控制回路接通，储能电机动作，带动储能传动轴上的传动机械连杆对合闸弹簧进行储能。此次故障机构由于断路器机构右侧合闸弹簧断裂，断路器机构在合闸状态，指示牌显示断路器在合位，由于真空断路器在自由状态下是合位，在一侧合闸弹簧断裂的情况下，断路器合闸力不足，断路器本体处于合闸但压紧力不足状态;同时该侧合闸弹簧断裂，断裂的上半部分弹簧在储能过程中正好转动至与断路器主传动轴卡死位置无法动弹，储能轴被卡死无法转动，套在储能轴上的凸轮正好转动到与推动断路器主传动轴动作的机械传动部件无法继续动作，储能装置部件处于空转状态，储能失效。同时，由于储能保持滚轮和储能保持掣子始终无法达到保持位置，储能轴上连板无法带动储能指示牌到已储能位置，行程开关无法断开，电机回路一直处于接通状态，电机持续转动，储能控制回路中只有储能超时报警无储能超时断储能电源空开的功能。因此，电机长时间带电动作，直至烧毁。同时由于弹簧未储能，断路器拒分，辅助开关无法实现切换，线圈长时间带电，导致分闸线圈烧毁。

3.2现有10kV断路器有待改进地方

这起电机故障，主要的原因是操动机构储能装置故障导致的。10kV断路器状态评价效果主要取决于检测方法。现有10kV断路器操动机构检测方法主要包括：对断路器的合、分闸时间检测;分、合闸各相的同期性对比;合闸弹跳次数检测;断路器合闸接触器及分、合闸线圈动作电压测量;合闸接触器和分合闸线圈的直流电阻测量;辅助及控制回路绝缘电阻检测或辅助及控制回路交流耐压测试。其中涉及到断路器机构储能装置主要为二次辅助回路和控制回路绝缘电阻及交流耐压试验，而对于表1中现有10kV断路器操动机构储能装置常见故障类型缺少有针对性的检测手段。

4对10kV断路器状态评价方法的改进

储能电机是断路器操动机构储能装置动作过程中核心部件，在储能动作过程中其电流值不仅受自身电机参数的影响，而且受负载波动的影响。因而通过分析电机电流在不同阶段的变化情况，可以判断电机自身是否存在故障，也可以了解断路器操动机构储能装置工作状况是否正常。为便于更全面对断路器操动机构各重要部件进行定量分析，确保断路器操动机构储能装置的正常运行，增加电机电流试验项目，以便更全面对断路器操动机构各重要部件进行定量分析，确保断路器操动机构正常运行。通过储能电机电流典型的储能电机电流波形如图3所示，储能电机电流信号变化过程可以分为如下几个阶段[2-5]：

（1） T1时刻接通电源，储能控制回路接通，储能电机开始工作。此时，电机尚未带动储能装置工作，可以认为做无负荷启动。在这阶段储能电机电流可以近似为指数函数曲线。其峰值电流I1电可以作为判断其电机线圈电阻状态的依据。

（2） T2时刻开始，储能电机内部电流平稳开始变得稳定，但此时合闸弹簧未开始拉伸，储能电机依然处于无负荷运行状态。储能电机此刻平稳电流值I2可以反映控制电源电源状态。

（3） T3到T4时刻，储能电机开始带动合闸储能弹簧拉伸，这一时间长度与合闸弹簧自身变化有关。

针对上述分析，表征储能电机的特征量总结如下表2：

上述特征量能反映电机电源电压等故障定量分析各个影响因素与特征量变化对应关系后，将这些对应关系转化为储能电机故障诊断参数，这个参数可以作为是断路器储能电机状态评价的依据。

5 结语

近年10kV断路器屡屡发生的故障，导致非计划停电事件常年居高不下，其中对机构合闸储能系统没有对应的检测方法。论文对通过增加对机构合闸储能系统电机控制回路电流检测，来判断10kV断路器操动机构储能装置运行状态，对现有10kV断路器评价方法进行改进。为检修人员提供检修依据，以减少断路器发生故障导致非计划停电，从而实现电力系统的安全可靠运行。

作者简介：江景祎（1987年-），男，汉族，广东省惠州市，工程师，本科，工程硕士学位，主要从事变电设备管理、运检及智能化改造工作。

[1] 2015年度高压开关专业工作总结[R].广东电网有限责任公司，2016.

[2]国连玉，李可军，梁永亮等.基于灰色模糊综合评判的高压断路器状态评估[J].电力自动化设备，2014，34（11）：161-167

[3] 陈伟根， 魏延芹， 廖瑞金等.高压断路器运行状态的变权模糊综合评判方法[J].高压电气，2009，45（3）：73-77

[4] 黄道姗，林韩，林济群等.电力设备状态检修实施策略研究[J].福建电力与电工，2001，21（4）：44-47.

[5] 钟隽.基于设备老化失效和系统风险的断路器资产管理策略[D].重庆：重庆大学，2017