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能力，能够根据需要控制电路的通断以及根据电气设备的负载电流情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保护装置一同工作，切断电网系统中的故障部分，防止电力事故进一步扩散。高压断路器可以根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、安全的优点，主要应用在操作频繁的场所，压缩空气断路器具有灭弧能力强、速度快的优点。目前，为了减少高压断路器的故障，灭弧的方式多为无油或少油，未来随着科技的发展，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，并根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一定的误差，因此该方法并不适用于非线性系统。
1.2基于知识的方法该方法不需要精确的模型，是一种基于建模处理和信号处理的高级诊断形式，根据方法细节的区别，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，但是依然存在部分缺陷。
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，根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；最后，经过测量的数据信息通过数据传送模块传递到主控制室进行数据的进一步处理与判断，做平滑处理提高信噪比，并根据处理后的数据判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。分合闸线圈的特殊结构决定了电流波形隐藏着丰富的信息，通过对波形的监测和分析能够判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，根据铁芯的行程以及铁芯是否卡涩能够判断高压断路器的操作机构的运行状态，进而判断故障发生的原因。
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获取储能弹簧内部的力学性质参数，但是很显然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，温度信号对故障的判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升高，温度升高的后果是电路连接处氧化加剧，使得接触电阻进一步加大，温度持续升高，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，及时采取措施降低温度，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，需要根据电力系统的特点，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。数据传输单元采用GPRS无线传输模块向上机位传送数据，传输结构可以采用点对点的方式，当系统中包含多台高压断路器时，也可以采用星型网络结构。信号调理及采集单元中主要采用plc远程采集方法，PLC具有较强的抗干扰能力和较高的精度，能够在高压断路器附近工作，此外，还可以采用NIM系列基于PCI总线的采集卡，相比于PLC采集，能够大大提高数据的采集、传输效率。数据处理单元主要完成对采集得到数据进行处理和分析，从中提取有用的信息作出高压断路器故障的诊断，同时，数据处理单元中往往还包含故障数据库，为今后数据的识别和专家系统的建立提供帮助。
高压断路器故障往往会导致泄漏故障、部件损坏、大面积停电等事故，因此建立实时的在线监测及故障诊断系统对于提高供电的可靠性具有十分重要的意义。目前常用的系统主要通过对电气参数的采集和处理来判断高压断路器的工作状态，尽管已经能够投入到实际应用中，但是依然存在些许不足需要做进一步的完善。