【正文】 故障時，將故障部分從電網(wǎng)中快速切除，保證電網(wǎng)無故障部分正常運(yùn)行。早在1992年，ALSTOM在美國的Grizzly變電站第一次在500KV的斷路器上使用了控制和監(jiān)測系統(tǒng)，在今后的幾年中，這套裝置廣泛使用在加拿大Hammer變電站的型號為FX32D的500KV的高壓斷路器裝置上。目前，國內(nèi)外對 斷路器狀態(tài)監(jiān)測與診斷技 術(shù)的研究包括以下幾個方面：（1）記錄分合閘操作的行程、時間特性曲線，提取機(jī)械運(yùn)動參數(shù)，并借之判斷機(jī)械故障；（2）監(jiān)測分、合閘線圈電流、電壓波形，可有效地判斷拒動、誤動等故障；（3）斷路器的機(jī)械振動信號包含豐富的信息， 通過監(jiān)測分析振動信號，診斷斷路器機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)；（4）測量斷路器絕緣拉桿、提升桿的泄漏電流以監(jiān)測其絕緣狀態(tài)；（5）測量靜態(tài)電阻和動態(tài)電阻以檢測觸頭的燒損情況；（6）通過測量滅弧室和控制箱內(nèi)的溫升情況以判斷觸頭的燒損情況以及分合閘線圈回路的完整性情況；（7）監(jiān)測氣體的壓力、濕度、溫度，判斷氣體的絕緣狀態(tài)。（3）試驗(yàn)時間集中、工作量大。因此如果能夠了解設(shè)備的狀態(tài)，減少過早或不必要的停電試驗(yàn)和檢修，做到該修則修，就可以顯著提高電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。對斷路器實(shí)行的定期檢修制度盲目性大， 并且容易引入新的故障隱患，降低設(shè)備的可靠性。（4）設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程診斷和網(wǎng)絡(luò)化跟蹤。選擇能表征高壓斷路器工作狀態(tài)的多種信號是十分必要的， 這些信號一般由不同的傳感器獲取。（4）維修決策。通常，按照斷路器所采用滅弧介質(zhì)和滅弧方法的不同，可將斷路器劃分為如下幾類：（1）油斷路器：以絕緣油為滅弧介質(zhì)。 利用高壓力的惰性氣體吹拂、 冷卻電弧使之熄弧，用較低壓力的氣體作絕緣，而較高壓力的氣體作吹弧用。（5）磁吹斷路器：磁吹斷路器在切斷電路時利用分?jǐn)嚯娏魉a(chǎn)生的磁場對觸頭分離時產(chǎn)生的電弧的作用，把電弧推入柵式滅弧裝置內(nèi)使其熄滅，對大地的絕緣是靠支持絕緣件來保持。高壓斷路器還可以在電力線路或設(shè)備發(fā)生故障時將故障部分從電網(wǎng)快速切除，保證電網(wǎng)中的無故障部分正常運(yùn)行。沸點(diǎn)為。其中與水繼續(xù)反應(yīng)還會生成，C ，的固態(tài)金屬氟化物，呈粉末狀沉積在滅弧室底部， 而和在電弧作用下、還會再次反應(yīng)成。 高壓斷路器的發(fā)展過程根據(jù)斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)的變化，斷路器的發(fā)展過程可劃分為以下三個階段：（1）第一代斷路器 第一代斷路器是沿用壓縮空氣斷路器的原理，配置壓縮機(jī)將氣體壓縮到高壓罐（～）內(nèi)。它具有開斷能力強(qiáng)，操動機(jī)構(gòu)功率小的優(yōu)點(diǎn)，有利于新型操動機(jī)構(gòu)的小型化，應(yīng)用前景廣闊。3）開斷容量大，額定開斷短路電流可達(dá)40～63kA，最大的已達(dá)到了80kA。（2）斷路器的缺點(diǎn)1）價格昂貴，一次性投資達(dá)。2）單壓式：單壓式斷路器只有一個氣壓系統(tǒng)，滅弧室的可動部分帶有壓氣裝置， 靠分閘過程中活塞氣缸的相對運(yùn)動， 造成短時間的氣壓升高，產(chǎn)生吹弧作用來熄滅電弧。（2）絕緣部分。觸頭的分合操作是靠操動機(jī)構(gòu)來帶動的，常用操動機(jī)構(gòu)有電磁操動機(jī)構(gòu)、彈簧操動機(jī)構(gòu)、壓縮空氣操動機(jī)構(gòu)和液壓操動機(jī)構(gòu)等。操動機(jī)構(gòu)的機(jī)能簡單的說就是如下四項(xiàng)并成一體的反復(fù)操作： （1）接受合閘指令關(guān)合觸頭。斷路器的分閘緩沖一般都采用油緩沖器，合閘緩沖可用彈簧緩沖器。另一方面，從斷路器導(dǎo)電回路的布置以及觸頭結(jié)構(gòu)來看，電動力方向又常常是阻礙觸頭關(guān)合的。 （5）防跳躍使斷路器關(guān)合短路而又自動分閘后，即使合閘命令尚未解除，也不會再次合閘。 3）彈簧操動機(jī)構(gòu)中的位置連鎖。（3）額定短時耐受電流（，kA），又稱額定熱穩(wěn)定電流，是指在規(guī)定的使用和性能條件下，在確定的短時間內(nèi)，斷路器在合閘位置所能承受的電流有效值。因此開斷時間是高壓斷路器的一個重要參數(shù)。上述性能指標(biāo)中，高壓斷路器的各項(xiàng)電流幅值大小于斷路器電磨損量有關(guān)，各時間參數(shù)則反映斷路器機(jī)械操動機(jī)構(gòu)的狀況。（5）測量斷路器的分、合閘時間。（14）密度表、密度繼電器、壓力表、壓力繼電器、壓力釋放閥、安全閥的校驗(yàn)。（4）斷路器并聯(lián)電容的試驗(yàn)按照GB501501991《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》及產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)項(xiàng)目如下：1）測量絕緣電阻2）測量絕緣介質(zhì)損耗和電容值。（9）測量斷路器的分、合閘線圈絕緣電阻及直流電阻分、合閘線圈的絕緣電阻值不應(yīng)低于10。第一次世界性大調(diào)查是1974年至1977年，主要是對1964年1月1日后安裝運(yùn)行的63KV以上的高壓斷路器進(jìn)行調(diào)查，全世界22個國家102家電力公司參加，共得到了20000臺斷路器的資料及77892開關(guān)表33中國電力科學(xué)研究院調(diào)查的故障類型及其原因序號故障類型故障原因1拒動故障機(jī)械卡澀分、合閘線圈鐵芯配合精度差，運(yùn)動過程中阻力大；線圈及傳動部件發(fā)生機(jī)械變形或損壞；液壓機(jī)構(gòu)閥體內(nèi)閥桿等部件銹蝕部件變形移位；分合閘鐵心卡澀；鎖扣失靈；拉桿斷裂；液壓機(jī)構(gòu)失靈軸銷松斷絕緣拉桿與金屬接頭連接處軸銷斷裂或松脫二次回路故障 分合閘線圈燒毀； 輔助開關(guān)及合閘接觸器故障； 二次線接觸不良、斷線及端子松動2誤動故障二次回路故障 端子排受潮而使絕緣降低，引發(fā)合閘回路和分閘回路接線端子之間放電； 二次電纜破損； 繼電保護(hù)裝置誤發(fā)動作信號液壓機(jī)構(gòu)故障 油泄漏； 機(jī)構(gòu)泄壓彈簧機(jī)構(gòu)故障 操動機(jī)構(gòu)分合閘挈子尺寸調(diào)整不合適； 彈簧預(yù)壓縮量不當(dāng)3絕緣故障內(nèi)絕緣對地閃絡(luò)放電；絕緣拉桿閃絡(luò)；雷擊過電壓；外絕緣對地閃絡(luò)放電；套管污閃；相間絕緣閃絡(luò)4載流故障觸頭接觸不良過熱造成；引線過熱5漏油漏氣故障 安全閥動作值不準(zhǔn)確，環(huán)境溫度升高后安全閥易誤動作； 安全閥動作后不復(fù)歸，造成機(jī)構(gòu)泄壓6部件損壞故障 傳動部件機(jī)械強(qiáng)度不足； 密封件質(zhì)量差操動機(jī)構(gòu)包括2個部分，一是機(jī)械傳動部分，包括絕緣拉桿、提升桿；二是控制機(jī)械部分，包括合、分閘操作的控制回路和輔助回路，如接線端子、接觸器、輔助開關(guān)、分合閘線圈、氣體繼電器、安全閥等二次元件，控制機(jī)械部分簡稱二次部分。通過控制線圈的帶電與否而使電磁鐵鐵芯的吸合，使斷路器的脫扣機(jī)構(gòu)的被扣件釋放，從而實(shí)現(xiàn)分、合閘、重合閘等動作。在鐵心吸力不足以使鐵心動作時，為常數(shù)，即鐵心的運(yùn)動速度為ν=0。由式(32)，電流微分方程變?yōu)椋? (36) 為時，線圈的電感。為線圈中電流、磁通上升到足以驅(qū)動鐵心運(yùn)動，即鐵心開始運(yùn)動的時刻。電流又呈指數(shù)上升。從以后是機(jī)構(gòu)通過傳動系統(tǒng)帶動動觸頭合、分閘的過程，即動觸頭運(yùn)動的過程；為斷路器的輔助觸點(diǎn)切斷的時刻；時間電流的變化可以反映機(jī)械操動機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)的工作情況。它另外一個優(yōu)點(diǎn)是可以測量直流、交流和脈動電流，所以，不論線圈電流是交流還是直流的都能很好的測量。振動波經(jīng)過結(jié)構(gòu)部件傳遞、衰減，只要傳感器安裝在斷路器合適的部位就能測量到的是一系列衰減的沖擊加速度波形。本文采用壓電式加速度傳感器安裝在操動機(jī)構(gòu)垂直方向上。如圖33所示。但是大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，從斷路器累計電磨損的角度考慮，雖然燃弧時間的長短對單次開斷是隨機(jī)的，但是對多次開斷，其平均燃弧時間則是趨近的即隨機(jī)因素對燃弧時間分散性以及是否為首開相的影響從累計的角度來考慮可以忽略不計，也就是說，斷路器的電磨損可以用開斷電流作參照量。 斷路器在斷口動、靜觸頭之間的絕緣介質(zhì)有瓷套和氣體，其對地絕緣包括氣體、絕緣瓷套、絕緣拉桿。 當(dāng)絕緣拉桿通過圓柱銷和動觸頭裝配連桿之間接觸不良時，因絕緣拉桿上端的金屬桿和圓柱銷處于帶電的動觸頭及連桿的交變電磁場中， 它們就帶有懸浮電位，動觸頭裝配連桿下端會通過間隙對絕緣拉桿上端的金屬銷孔、圓柱銷、墊片和彈性擋圈等處放電， 放電釋放的能量緩慢地使銷孔變形、尺寸變大，使圓柱銷直徑變小、形狀變異。熱源產(chǎn)生的熱量使開關(guān)設(shè)備的溫度升高，同時以不同的散熱方式向周圍介質(zhì)散熱。故障點(diǎn)的熱量可以通過熱對流與故障點(diǎn)周圍的導(dǎo)體或絕緣材料發(fā)生熱量傳遞，引起這些部位的熱量升高，特別是與之有電器連接的導(dǎo)體也是熱的良導(dǎo)體，而會有顯著的溫升和形成周圍表面溫度場的變化。氣體狀態(tài)監(jiān)測傳感模塊包括濕度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器。故障診斷的困難在于故障和征兆之間不存在簡單的一一對應(yīng)關(guān)系，同類型的故障其對應(yīng)的征兆是多樣的，不同類型的故障可能表現(xiàn)出征兆的相似性。首先通過系統(tǒng)地積累斷路器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和故障情況不斷完善和充實(shí)知識庫；其次通過綜合引入先進(jìn)的故障診斷方法提高系統(tǒng)的診斷水平。在故障診斷技術(shù)的發(fā)展過程中，除了基于傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)和在線檢測等診斷方法的不斷改進(jìn)、發(fā)展和完善，同時，還不斷地借鑒、吸收和應(yīng)用數(shù)學(xué)、人工智能、信息技術(shù)等領(lǐng)域的新理論和新方法，如模糊數(shù)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、小波分析、證據(jù)理論等。本文采用了露點(diǎn)傳感器，該傳感器穩(wěn)定性好，測量精度高，測量維護(hù)簡單。主觸頭行程、超程及速度計算中位移量的動態(tài)測量，一般有光柵法、轉(zhuǎn)角法、滑阻式位移傳感器以及光電位移傳感器等，各種方法有各自的特點(diǎn)，比如光柵法測量位移操作復(fù)雜、響應(yīng)速度及穩(wěn)定性不夠理想，轉(zhuǎn)角法測量機(jī)械性能不夠理想，相比較而言滑阻式位移傳感器和光電位移傳感器比較適合現(xiàn)場的測量要求，其中光電位移傳感器由十體積小、抗干擾能力強(qiáng)而更具競爭力，本文采用了光電位移傳感器。表34為斷路器觸頭及可觸及部位溫度和溫升極限。 綜上所述，檢驗(yàn)直流泄露電流能夠反映斷路器絕緣拉桿的絕緣情況，有效地檢出絕緣拉桿分層開裂的缺陷；同時，對絕緣拉桿直流泄露電流的監(jiān)測，可以預(yù)防出現(xiàn)絕緣拉桿接頭斷裂事故出現(xiàn)，有效地提高了斷路器運(yùn)行的可靠性。 斷路器在運(yùn)行時，承受運(yùn)行比壓的絕緣是絕緣拉桿和氣體。然后根據(jù)不同斷路器的N曲線，求得任意大小開斷電流對應(yīng)允許開斷次數(shù)N，則對應(yīng)的單次開斷的絕對電磨損為M，相對電磨損為1 /N（定義為Q）。 （2）隨著激磁電流中直流分量的衰減，二次電流逐漸增大。 一般來說，對開斷電流信號的采集主要用于高壓斷路器電壽命的計算。從而可知，機(jī)械振動波在斷路器結(jié)構(gòu)中的傳播過程、波的類型、傳播途徑、衰減、折反射情況等是十分復(fù)雜的，因此在不同的測量位置以及同一過程所測量的響應(yīng)波形差別很大。這樣強(qiáng)烈的沖擊振動提供了更為敏感的診斷信息，易于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。還可以計算操動機(jī)構(gòu)的啟動時間、拉桿運(yùn)動時間、線圈通電時間等。電流開斷階段。在這一階段，鐵心運(yùn)動，電流下降。圖32操作線圈電流曲線（1）階段I。的初始條件得微分方程（33）的一個特解： (35)因此，在鐵心運(yùn)動之前，線圈電流i呈指數(shù)上升。合、分閘線圈等值為一個電阻R和一個電感線圈。因此，對處于工作電壓的元部件進(jìn)行監(jiān)測對判斷斷路器的運(yùn)行狀況也是非常重要的。兩次調(diào)查大事故率分布情況對比如表32所示，主要說明導(dǎo)致大事故發(fā)生的部位。（12）密封性試驗(yàn)?zāi)曷饴蕬?yīng)小于1%。只有在測量分、合閘時間的結(jié)果出現(xiàn)較大異常時，才要求復(fù)測平均分、合閘速度。（3）交流工頻耐壓試驗(yàn)1）應(yīng)在斷路器合閘狀態(tài)下，且氣體壓力為額定值時，在新的、潔凈和干的整臺斷路器的分離相上進(jìn)行。（9）測量斷路器的分、合閘線圈絕緣電阻及直流電阻。根據(jù)GB501501991《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，斷路器交接驗(yàn)收試驗(yàn)的項(xiàng)目，應(yīng)包括下列內(nèi)容：（1）測量絕緣拉桿的絕緣電阻。（7）關(guān)合時間(，s) s，是指斷路器接到合閘指令瞬間起到所有相觸頭都接觸瞬間的時間間隔。（6）開斷時間（，s），是指斷路器接到分閘指令瞬間起到所有各相中電弧最終熄滅的時間間隔。（1）額定電壓() kV，斷路器的額定電壓是指在規(guī)定的正常使用和性能條件下，能夠連續(xù)運(yùn)行的最高電壓。常用的連鎖裝置有： 1）分合閘位置連鎖。（2）保持合閘由于合閘過程中，合閘命令的持續(xù)時間很短，而且操動機(jī)構(gòu)的操作力也只在短時內(nèi)提供，因此操動機(jī)構(gòu)中必須有保持合閘的部分，以保證在合閘命令和操作力消失后，斷路器仍能保持在合閘位置。因此，斷路器能否開斷短路電流的前提是其操動機(jī)構(gòu)的每一組成部分都能正確無誤的動作。(保持開路)斷路器的分合閘要靠一定的能源和機(jī)械操動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。開斷元件放在接地的箱殼中，其間的絕緣依靠氣體來承擔(dān)，導(dǎo)電部分經(jīng)套管引入，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，常在額定電壓高的電壓、超高壓和特高壓斷路器中使用。（4）操動機(jī)構(gòu)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在進(jìn)出線套管上裝設(shè)電流互感器，以提供電流信號，和利用出線套管的電容制成電容式分壓器，以提供電壓信號，還能與隔離開關(guān)、接地開關(guān)、避雷器等融為一體，組成復(fù)合式開關(guān)設(shè)備。5）安裝、檢修、試驗(yàn)時，對水分含量的要求特別嚴(yán)格，處理方法復(fù)雜。6）模塊化結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，安裝、調(diào)試方便，適用于各種不同的地理和環(huán)境要求。 高壓斷路器的特點(diǎn)（1）路器的優(yōu)點(diǎn)1）氣體絕緣強(qiáng)度高。（2）第二代斷路器 隨著各國對斷路器的不斷研制和開發(fā)，設(shè)計出了單壓式滅弧室，產(chǎn)生了單壓式斷路器。在電場作用下負(fù)離于的移動速度比電子小得多。純凈的氣體是穩(wěn)定和無毒的介質(zhì)，但是高溫分解出來的低氟化物卻具有劇毒。因而在高壓斷路器中，既可作為滅弧介質(zhì)，又可作為絕緣介質(zhì)。高壓斷路器應(yīng)該做到能夠開斷、關(guān)合及承載運(yùn)行線路的正常電流， 也能在規(guī)定時間內(nèi)承載、關(guān)合及開斷規(guī)定的異常電流，如過載電流和短路電流。（4）壓縮空氣斷路器：以壓縮空氣為滅弧介質(zhì)，由德國AEG公司在1930年首先推出。油斷路器是在絕緣油中切斷電弧的，對大地的絕緣是靠支持絕緣件和絕緣油來保持的。2 高壓斷路器的基礎(chǔ)知識高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一， 它使用數(shù)量多、范圍廣，應(yīng)用在電力系統(tǒng)的各種電壓等級中。特征參量是否滿足狀態(tài)檢測的需要依賴于數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展。隨著傳感技術(shù)、微電子、計算機(jī)軟硬件和數(shù)字信號處理技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊集理論、證據(jù)理論