高压断路器控制回路常见问题分析及改进

发布时间：2020-05-26

　　摘要：断路器的机械结构在动作过程中会产生包含丰富信息的振动信号，并且这种振动信号在断路器各部件间进行传播时不会发生太大的损耗，十分有助于传感器的高效捕捉，除此之外，还可灵活的选择传感器的安装点，为安装提供便利。鉴于此，本文对高压断路器控制回路常见问题分析及改进进行分析，以供参考。

　　关键词：高压断路器;控制回路;分析处理

　　引言

　　要重视高压断路器控制回路的常见问题，制定可能的改善措施，尽量避免分站、闭路电气部件和保护装置部件的燃烧现象，在合理的范围内控制变电站维护费用，实行节约原则，为设备的安全运行创造良好的条件，满足变电站的内部要求。其中，保护装置制造商必须合理化设计断路器控制电路，以满足用户的要求。

　　1断路器的结构

　　从工作内容形式上看，断路器主要由四个部分组成[1]，分别为导电、绝缘、接触系统和灭弧装置部分以及操作系统，断路器在工作中的正常运转形态正是依托于以上部分。导通电流作用的承担者是导电部分，其主要作用不只是保证电流长时间的流通，在功能上与承担压力上要经受超负荷与短路电流以及其他不正常的电流等，保证正常断路器正常工作状态;用于工作维修人员人身安全保护的措施主要依靠绝缘部分完成，绝缘在形式上包含了端口、对地与相间绝缘等;断路器在运行过程中开合操作由接触系统和灭弧装置完成，这两部分也可用于衡量开合闸的能力;在断路器中的控制触头的断开与接通操作主要是由操作系统完成，其保障了断路器的正常运转的速度与时间。

　　2断路器工作原理

　　断路器处于正常运转的工作状态中时，整个电路中的电流数值为额定电流数值，主要开关的闭合与断开工作也可正常实现运转。但一旦断路器中的电流无法由电力系统正常提供时，在电网中极容易出现短路电流，短路电流的出现导致电动力成倍增加，进而干扰触头的工作，导致其无法完成正常的开关闭合操作，严重情况下还会导致触头的损坏，所以针对操作结构提出了新的功能要求，即克服线路中的短路情况。

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　　3特征提取方法

　　3.1时域法

　　时域法是指在时间域内直接对采集数据的分析，主要研究系统的动态性能，能够将如幅值等特征参量的指标提取。通常情况下，信号包络会随着振动信号的改变相应发生变化，当振动信号发生突变时相应的信号包络随之发生显著变化。因此，常常通过包络分析进行振动事件的信息提取。我国西安交大的著名学者张国钢等人在分析采集数据时通过经验模态分解，将较好时间分辨率的模态分量进行提取，再利用分量包络提取时间信息，最后将其与标准值比对，从而完成断路器的故障诊断。

　　3.2时频法

　　时频法同样不在时间域内对采集数据直接进行分析，而是将其转换到时频域，然后从时域和频域两方面同时进行分析，从而完成故障诊断。通常时频法在断路器的机械故障诊断中被广泛使用，这是因为其相较于时域法和频域法诊断更全面，不仅能保留信号中的局部特征，且在进行非平稳振动信号的分析时更具优势。

　　3.3数据序列法

　　数据序列法主要是分析采集到的数据序列。通过这种方式能够直接获得代表数据特征的数值或数学模型，并不要求具有明确的物理意义。1982年此领域著名学者Mandelbrot提出分形理论，研究几何的自相似性方面受到广泛应用。一般来说，系统的状态与分形维数间是相对应的，就同一台断路器而言，其信号的分形维数会随着机械状态的不同而差异较大，而状态相同时其维数则会保持相对稳定状态。北京交大的吴振升等相关学者在小波变换分析的基础上对信号的分形维数进行提取，并以此作为特征量诊断断路器故障。

　　3.4断路器的开关电弧

　　断路器工作的基本形态与操作就是在规定的时间内完成电路的开断。开断电流主要依靠触头完成，在断路器的正常工作形态下，当工作电压范围处于12~20V时，电流在数值上的范围是0.25~1A，断路器的触头之间会产生电弧，即拥有导电性能的气体，此气体拥有明亮的颜色且十分炙热。开断操作就是当电弧熄灭时顺利完成。导电特性的原因使存在电弧情况时系统的工作状态为导通且延时开断，触头在高温度环境状态下极容易造成磨损，导致绝缘效果变弱。电流经过零点位置之后，等离子体作为电弧的一项重要性质发挥着作用[5]。

　　4高压断路器控制回路常见问题分析

　　4.1跳闸操作箱误发跳闸信号

　　对于跳闸操作框中的错误跳闸信号问题，值班人员必须确定断路器跳闸的原因是正常运行跳闸还是事故跳闸。对这个问题负责的职员必须经过深入的分析和讨论。图2是在220kV以上断路器控制电路中广泛使用的特定工厂生产的相位分割工作框原理布线图的一部分，但是在断路器跳闸手动正常工作的情况下，保护动作出口跳闸信号容易发送错误。例如，如果手动操作断路器跳闸时手动继电器STJa励磁、其触点STJa关闭并且跳闸回路已连接，则断路器极有可能发生跳闸。在此过程中，对于“防跳”继电器的自保护电路，连接保护动作出口跳闸信号继电器TXIJa电流线圈电路会导致该励磁动作影响工人的正常操作和操作。

　　4.2断路器拒动不能及时断开回路

　　对于具有220kV等级牵引变电所的高压断路器，大部分设计为安装两组跳闸线圈，手动跳闸时只有一组连接的跳闸线圈，连接两组跳闸线圈以满足自动装置跳闸的保护要求，保证断路器动作跳闸的稳定性和可靠性，防止故障范围的扩大，最大限度地降低电力系统故障的风险，促进电力系统的健康运行。

　　5改进措施

　　5.1合闸回路中增设超时时间继电器

　　断路器分割，在闭路电路中分割，添加闭路限时继电器SJ是很重要的。在断路器关闭过程中，打开闭路线圈后，启动正常闭路时间不长的继电器SJ，很有可能因继电器SJ延迟触点动作而延迟超时。如果闭路电路发生故障，如果闭路保持时间与断路器正常工作时间不同，则开关辅助针上发生断开的概率很高。

　　5.2合理选择继电器

　　对于时间继电器，继电器必须保证更高的精度，由于时间继电器的访问，无法保证分段、闭路电路参数的准确性，因此，由于分段、闭路线圈的动作电压和功率下降的原因，必须结合控制电路电压水平来确定时间继电器的电压水平。

　　结束语

　　断路器是铁路牵引变电所的重要电气设施。特别是在牵引供电系统发生短路故障的情况下，断路器能否快速运行，消除故障点，与断路器的电气、机械性能有一定关系，与控制、保护和二次电路布线的合理性有关。