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高压断路器在线监测及故障诊断方法分析

高压断路器指的是额定电压3kv以上的断路器，其具有良好的灭弧结

构和断流力量，能够依据需要掌握电路的通断以及依据电气设备的负

载电流状况使电气设备投入或退出运行，此外，高压断路器还能够同

继电爱护装置一同工作，切断电网系统中的故障部分，防止电力事故

进一步集中。高压断路器可以依据灭弧介质和方法分为油断路器、sf6

断路器、10kv真空断路器、压缩空气断路器、磁吹断路器。其中油

断路器在我国电力系统中的应用最为广泛，sf6断路器主要应用在超

高压电力系统中，10kv真空断路器的额定电压为12kv，具有重量轻、

体积小、平安的优点，主要应用在操作频繁的场所，压缩空气断路器

具有灭弧力量强、速度快的优点。目前，为了削减高压断路器的故障，

灭弧的方式多为无油或少油，将来随着科技的进展，10kv真空断路

器将得到进一步完善，在高电压电力系统运营中发挥更大的作用。

1、高压断路器故障诊断方法

高压断路器故障的诊断方法主要有三种：

1.1基于解析模型的方法该方法实施的前提是要构建适合该系统的

残差模型，借助模型获得残差，并依据准则对这些残差进行分析，从

而对设备故障进行识别和确认。但是由于诊断对象多为大型的电力系

统，而模型的建立往往存在肯定的误差，因此该方法并不适用于非线

性系统。

1.2基于学问的方法该方法不需要精确的模型，是一种基于建模处理

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和信号处理的高级诊断形式，依据方法细节的区分，可以将该方法分

为基于症状的诊断方法和基于定性模型的诊断方法，克服了传统方法

在大型电力系统故障诊断中的弊端，但是依旧存在部分缺陷。

1.3基于信号处理的方法该方法利用数值计算，将传感器采集得到的

数据进行处理，依据处理结果分析故障类型，是目前较为常用的故障

诊断方法。

2、在线监测与故障诊断的过程

在线监测与故障诊断系统分为信号变送、数据采集、处理和诊断三

个子系统。首先，信号变送系统中包含电气设备和传感器，传感器的

主要作用是采集物理信号并将其转化为后续系统可以识别的电信号；

其次，数据采集与预处理系统包括信号预处理模块和数据采集模块，

能够将传感器输送的电信号进行放大、滤波、隔离等处理，以利于信

号采集模块对这些信号进行测量；最终，经过测量的数据信息通过数

据传送模块传递到主掌握室进行数据的进一步处理与推断，做平滑处

理提高信噪比，并依据处理后的数据推断设备故障发生的位置。

3、高压断路器在线监测的主要参数

3.1分合闸线圈结构的主要工作原理如下：当电路接通后，电磁铁内

产生磁通，铁芯在磁力作用下发生位置变化，接通操作回路，进而实

现对高压断路器的间接操作。分合闸线圈的特别结构打算了电流波形

隐蔽着丰富的信息，通过对波形的监测和分析能够推断分合闸电路的

状态，从而对整个高压断路器的性能进行预判。例如，依据铁芯的行

程以及铁芯是否卡涩能够推断高压断路器的操作机构的运行状态，进

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而推断故障发生的缘由。

3.2储能电机电流信号高压断路器中弹簧操作机构最核心的部件是

储能弹簧，对高压断路器故障的诊断需要猎取储能弹簧内部的力学性

质参数，但是很明显直接进行测量力的大小是不切实际的，因此需要

通过分析储能电机的电流波形来检测推算储能弹簧的状态是否正常。

3.3温度信号在电力系统中，温度信号对故障的推断和检测而言更具

直观性。电流经过导体会产生热量导致局部温度上升，温度上升的后

果是电路连接处氧化加剧，使得接触电阻进一步加大，温度持续上升，

可能带来绝缘件损坏或击穿的事故，因此需要对高压断路器内部的温

度进行监测，准时实行措施降低温度，保证断路器稳定工作。

4、高压断路器在线监测及故障诊断系统的设计

一套完整的在线监测及故障诊断系统需要包含传感器、信号调理及

采集、数据传输、数据处理四个单元，设计人员在设计的过程中，需

要依据电力系统的特点，选择合适的组件。首先，传感器包括温度传

感器和电流传感器，温度传感器主要选用铂电阻，能够在中低温区使

用，在电流传感器的选择方面，需要测量开断电流时选择基于霍尔效

应原理的开环测量模块，需要测量分合闸线圈电流时选择基于霍尔闭

环原理的测量模块。数据传输单元采纳GPRS无线传输模块向上机位

传送数据，传输结构可以采纳点对点的方式，当系统中包含多台高压

断路器时，也可以采纳星型网络结构。信号