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[摘 要]高压断路器对于提高电力与电气之间链路的稳定性具有十分重要的意义，因此对高压断路器进行在线监测十分必要。本文主要分析高压断路器的在线监测和故障诊断排除系统的设计。
[关键词]高压断路器；机械特性；导电回路电阻；测量
中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0117-01
1 高压断路器在线监测及故障诊断方法分析
1.1 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：
1.1.1 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。
1.1.2 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。
1.1.3 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。
1.2 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。
1.3 高压断路器在线监测的主要参数
1.3.1 分合闸线圈电流
我们可以认识到，该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。
1.3.2 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。
1.3.3 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，溫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。
1.4 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NI M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。
2 断路器灭弧室结构及工作原理：
2.1 灭弧室结构
断路器的灭弧室采用变开距单压式喷气型结构，所谓单压式即在常态时，只有单一压力的SF6气体，分闸过程中，压气缸与动触头同时运动，将压气室内的气体压缩，当触头分离后，电弧即受到高速气流纵吹。变开距就是触头开距在分闸过程中，随着气压室向下运动而逐渐加大，为单向吹弧，特点是压气室内的气体利用比较充分，在开始气吹后的全部行程内都对电弧进行气吹。
2.2 工作原理
断路器在合闸状态时，电流由上接线端子板（3—1）通过静触指（3—4）、动触头（3—12）、压力缸（3—14）和中间触指（3—16）流至下接线端子板（3—1）。
b分闸操作及灭弧室动作原理
分闸操作时，绝缘操作杆（3—18）在弹簧机构的操动下，使动触头（3—12）及与之相连的气缸（3—14）一起快速向下运动。压气缸（3—14）与活塞杆（3—7）之间的SF6气体被压缩，静触指（3—4）与动触头（3—12）分离，电流被转移至动弧触头（3—6）与静弧触头（3—3）上。随着动触头（3—12）继续向下运动，动、静弧触头分离，并产生电弧，电弧在喷口（3—5）喉道内燃烧堵塞喷口喉道，电弧被上游区的压力吹向活塞杆（3—7）内。当喷口喉道快速离开静弧触头时，被压缩的SF6气体处于临界压力并以音速从喉道喷出，产生强烈的喷吹作用，电流过零瞬间使电弧迅速熄灭。电弧熄灭后由于动触头继续向下运动，吹喷作用持续进行，保证了开断后的去游离，使介质恢复强度迅速增强。
3 结束语
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。
参考文献
[1] 卞皓玮.高压断路器在线监测与故障诊断系统研究[D].扬州：扬州大学，2012.
[2] 彭搏.高压断路器在线监测与故障诊断系统的研究[D].上海：上海交通大学，2013.
