【正文】 由于設(shè)備故障的復(fù)雜性和設(shè)備故障與征兆之間關(guān)系的復(fù)雜性，形成了設(shè)備故障診斷是一種探索性的反復(fù)試驗(yàn)的特點(diǎn)。表35 SF6斷路器觸頭及可觸及部位溫度和溫升極限序號(hào)部件名稱(chēng)部件材料最大值溫度()周?chē)諝獠怀^(guò)40時(shí)的溫升（K）1觸頭裸銅或裸銅合金10565鍍銀或鍍鎳10565鍍錫90502可觸及部位在正常操作中可觸及的7030在正常操作中不需觸及的8040動(dòng)觸頭的“行程一時(shí)間”曲線(xiàn)能夠反映超行程、剛分后和剛合前l(fā)0ms的動(dòng)觸頭速度平均值等斷路器的重要參數(shù)指標(biāo)。長(zhǎng)期如此，會(huì)使絕緣拉桿接頭出現(xiàn)斷裂。從統(tǒng)計(jì)平均和累計(jì)效應(yīng)，可認(rèn)為該斷路器的允許磨損總量為。斷路器在開(kāi)斷有電流的電路時(shí)，觸頭分離后，觸頭間會(huì)出現(xiàn)電弧，只有使電弧熄滅，電路的開(kāi)斷任務(wù)才能完成。高壓斷路器分合閘操作是一種瞬動(dòng)式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，動(dòng)作時(shí)，具有高強(qiáng)度沖擊、高速度運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。這一階段時(shí)階段III的延續(xù)，電流達(dá)到近似的穩(wěn)定。典型的線(xiàn)圈電流曲線(xiàn)如圖32所示。因此，合、分閘線(xiàn)圈的電流波形中包含著很多反映斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的重要信息，它可以反映電磁鐵本身及控制的鎖門(mén)或閥門(mén)以及連鎖觸頭在操作過(guò)程中的動(dòng)作情況。年的數(shù)據(jù)。（5）測(cè)量斷路器的分、合閘時(shí)間在斷路器的額定操作電壓、額定氣壓或額定液壓下進(jìn)行，測(cè)量值應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定。（7）測(cè)量斷路器主、輔觸頭分、合閘的同期性及配合時(shí)間。燃弧時(shí)間是指某相中首先起弧瞬間起到各相中電弧最終熄滅的時(shí)間間隔。（8）重合閘 斷路器在自動(dòng)分閘后，保證在接到重合閘指令后可靠重合閘?？傊?，就合閘操作而言，操動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠能力來(lái)帶動(dòng)斷路器可靠關(guān)合電路。(保持合閘)（3）接受分閘指令使觸頭分離。（3）滅弧部分。3）試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等要求嚴(yán)格，試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜、精確度高，要求操作人員技術(shù)水平較高。隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不斷提高，人們迫切需要和尋求一種體積更小、性能更好、維護(hù)更簡(jiǎn)單的高壓電氣設(shè)備，又研制和生產(chǎn)出了一種氣體絕緣金屬封閉式組合電器（GIS）。（3）氣體的電負(fù)性不僅氣體，通常鹵素元素及其化合物氣體，都具有電負(fù)性，即分子或離解原子具有生產(chǎn)負(fù)離子的傾向，而氣體的這種傾向非常強(qiáng)。 高壓斷路器的發(fā)展及其特點(diǎn) 氣體的性質(zhì)近年來(lái)，氣體作為斷路器的滅弧介質(zhì)得到了迅速的發(fā)展。此斷路器在五十年代開(kāi)始使用，七十年代后大量使用而且發(fā)展為全封閉式組合電器，成為超高壓等級(jí)電力斷路器的最主要的品種。（1）六氟化硫斷路器的基礎(chǔ)知識(shí)：六氟化硫氣體具有優(yōu)良的滅弧性能，因此，六氟化硫斷路器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中。同時(shí)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與繼電保護(hù)將有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，尤其在分布式的監(jiān)控系統(tǒng)中。為了確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，最大限度地降低事故率，迫 切改變現(xiàn)行的預(yù)防性維修制度，實(shí)行在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷。 長(zhǎng)期以來(lái)，堅(jiān)持預(yù)防性試驗(yàn)對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到了很大的作用。同時(shí)，高壓斷路器也是電力系統(tǒng)設(shè)備中維護(hù)工作量最大的設(shè)備之一， 根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)高壓斷路器維護(hù)費(fèi)用占整個(gè)變電站總維護(hù)費(fèi)用的一半以上，由于不當(dāng)檢修引起的故障占斷路器故障的10%。在此基礎(chǔ)上，了解 SF6高壓斷路器的預(yù)防性試驗(yàn)方法、在線(xiàn)檢測(cè)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法；并針對(duì)某一具體類(lèi)型，設(shè)計(jì)相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、研究其故障診斷方法。高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開(kāi)關(guān)設(shè)備，在電力系統(tǒng)中肩負(fù)著控制和保護(hù)雙重作用，即根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要用它來(lái)可靠的投入或切除相應(yīng)的線(xiàn)路或電氣設(shè)備。不過(guò)，就斷路器故障診斷系統(tǒng)的研究已經(jīng)開(kāi)始，并取得了一定的成果，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、模糊理論的信號(hào)分析和診斷方法的研究已經(jīng)開(kāi)始用于試驗(yàn)。而由于沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，某一部件出現(xiàn)缺陷而導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故的情況也時(shí)有發(fā)生。（3）多功能、多狀態(tài)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將得到進(jìn)一步發(fā)展。隨著專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯和證據(jù)理論等先進(jìn)理論的發(fā)展，對(duì)高壓斷路器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確地識(shí)別逐漸成為可能，這個(gè)領(lǐng)域是目前高壓斷路器狀態(tài)檢修研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，也是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。（3）斷路器：以六氟化硫等惰性氣體作為滅弧介質(zhì)，由美國(guó)西屋公司于1956年推出。另一方面，保護(hù)作用。 斷路器開(kāi)斷電路時(shí)，在電弧的高溫作用下，氣體與觸頭材料（W，Cu）和金屬材料(A1)會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，主要為 （21）其他還有 （22） （23） （24）此外，氣體還可能與石墨（C）、絕緣材料（）和聚四氟乙烯（）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生HF和。（3）第三代斷路器 第三代斷路器是指具有“自能”滅弧功能的斷路器。9）技術(shù)含量高，制造工藝精良，機(jī)械、電氣特性好，使用壽命長(zhǎng)。它包括動(dòng)、靜弧觸頭和主觸頭或中間觸頭以及各種形式的過(guò)渡連接等，其作用是通過(guò)工作電流和短路電流。對(duì)此操動(dòng)機(jī)構(gòu)，要求具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和機(jī)能，以滿(mǎn)足斷路器的使用目的。因?yàn)閿嗦菲麝P(guān)合時(shí)，電路中出現(xiàn)的短路電流可達(dá)幾萬(wàn)安以上，斷路器導(dǎo)電回路受到的電動(dòng)力可達(dá)幾千牛以上。當(dāng)氣體或液體壓力低于或高于額定值時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)不能進(jìn)行合、分操作。在超高壓電力系統(tǒng)中，縮短斷路器開(kāi)斷斷路故障的時(shí)間可以增加電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而保證輸電線(xiàn)路的輸送容量。（4）斷路器并聯(lián)電容的試驗(yàn)。2）耐壓試驗(yàn)，只對(duì)110kV及以上罐式斷路器和500kV頂開(kāi)距瓷柱式斷路器的斷口進(jìn)行。3 高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容高壓斷路器的故障統(tǒng)計(jì)和分析是確定狀態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的基礎(chǔ)。濕度，不僅直接影響絕緣強(qiáng)度，而且在濕度較高時(shí)，容易引起SF6氣體的水解，生成腐蝕性有害物質(zhì)，影響火弧室以及周邊環(huán)境；還會(huì)生成難以去除的硫化物附著在觸頭上，嚴(yán)重影響觸頭接觸電阻、合閘線(xiàn)圈電流監(jiān)測(cè) 電磁鐵是高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的重要元件之一，它一般作為高壓斷路器電的一級(jí)控制元件。這一過(guò)程直到鐵心吸合，鐵心停止運(yùn)動(dòng)，ν=0。在這一階段鐵心運(yùn)動(dòng)停止?；魻杺鞲衅骶雀摺⒕€(xiàn)性度好，具有很好的動(dòng)態(tài)特性和電氣特性。根據(jù)前人的大量的試驗(yàn)成果表明，在下面的位置安裝傳感器能滿(mǎn)足要求：（1）滅弧室（垂直方向）；（2） 操動(dòng)機(jī)構(gòu)（垂直方向）；二者之間位置（如彈簧機(jī)構(gòu)的緩沖器附近）。圖33 互感器深度飽和時(shí)的開(kāi)斷電流波形在電壽命的預(yù)測(cè)中應(yīng)考慮開(kāi)斷電流和燃弧時(shí)間。當(dāng)絕緣拉桿絕緣層完好，且絕緣拉桿通過(guò)圓柱銷(xiāo)和動(dòng)觸頭裝配連桿緊密接觸，斷路器帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷電流從上接線(xiàn)端子到靜觸頭、動(dòng)觸頭和下法蘭上的中間觸指，最后經(jīng)過(guò)下接線(xiàn)端子形成回路，絕緣拉桿與動(dòng)觸頭裝配連桿的連接處并不通過(guò)負(fù)荷電流，動(dòng)觸頭及其連桿帶有電力系統(tǒng)對(duì)地電位，二者為同一電位，在連接處不會(huì)形成懸浮電位并產(chǎn)生金屬表面放電，絕緣拉桿也不會(huì)出現(xiàn)超過(guò)5μA。但是由于與斷路器觸頭部分的發(fā)熱時(shí)間長(zhǎng)而且比較穩(wěn)定。4基于SF6高壓斷路器的故障診斷方法研究 由于高壓斷路器故障的復(fù)雜性和故障與征兆之間關(guān)系的復(fù)雜性，形成了故障診斷是一種探索性的過(guò)程這一特點(diǎn)?，F(xiàn)有常用的故障診斷方法如表41所示。通過(guò)光電位移傳感器將連續(xù)變化的位移量變成一系列電脈沖信號(hào)，記錄該脈沖的個(gè)數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)觸頭全行程參數(shù)的測(cè)量；同時(shí)，記錄每個(gè)電脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻值，就可以計(jì)算出動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度和平均速度。 通常將其直流泄露電流的判斷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為不大于5～8μA。則可求出任一次開(kāi)斷電流時(shí)的相對(duì)電磨損量： (37)根據(jù)觸頭的絕對(duì)電磨損總量一定，則有： (38)所以有： (39) (310)即可求出該斷路器的相對(duì)電壽命： (311)式中，L為斷路器的相對(duì)電壽命；為斷路器觸頭電壽命的初始值，是一個(gè)小于或等于1的百分?jǐn)?shù)，其值由斷路器的運(yùn)行決定，剛投運(yùn)的或經(jīng)過(guò)大修后的斷路器值為1。研究表明，斷路器觸頭的磨損與斷路器的開(kāi)斷電流有著直接的關(guān)系。 機(jī)械振動(dòng)總是由沖擊受力、運(yùn)動(dòng)形態(tài)的改變引起的。此階段輔助開(kāi)關(guān)分?jǐn)?，在輔助開(kāi)關(guān)觸頭間產(chǎn)生電弧并被拉長(zhǎng)，電弧電壓快速升高，迫使電流迅速減小，直到熄滅。線(xiàn)圈在時(shí)刻開(kāi)始通電，到時(shí)刻鐵心開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。圖31合（分）閘線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)示意圖及等值電路假設(shè)鐵心不飽和，電感L不隨i變化。表31兩次調(diào)查大事故率特征特征每百開(kāi)關(guān)年的大事故率（%）第一次大調(diào)查第二次大調(diào)查拒合拒分誤合誤分無(wú)電流不能切斷電流不能載流對(duì)地?fù)舸┫嚅g擊穿開(kāi)路相內(nèi)擊穿開(kāi)路相外擊穿分閘或合閘位置閉鎖其他表32兩次調(diào)查大事故率分布情況對(duì)比相關(guān)元件故障率第一次第二次工作電壓的元件部分48%21%電氣控制及輔助回路19%29%機(jī)械部分33%43%其它7%總失效率100%100%中國(guó)電力科學(xué)研究院高壓開(kāi)關(guān)所也對(duì)我國(guó)斷路器的運(yùn)行情況作了統(tǒng)計(jì)，在1999～2003年全國(guó)電力系統(tǒng)110（66）kV及以上高壓斷路器運(yùn)行中的事故和障礙以及事故原因的統(tǒng)計(jì)中，拒動(dòng)及開(kāi)斷關(guān)合事故等占25%，%，%，%，%。（7）測(cè)量斷路器的同期性測(cè)量同期性包括：斷路器主、輔觸頭三相及同期各斷口分、合閘的同期性和配合時(shí)間。（10）斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)。關(guān)合時(shí)間是合閘時(shí)間與預(yù)擊穿時(shí)間之差()。同時(shí)斷路器工作時(shí)還應(yīng)耐受高于額定電壓的各種過(guò)電壓，而不會(huì)導(dǎo)致絕緣的損壞。（3）分閘操動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅要求能夠電動(dòng)(自動(dòng)或遙控)分閘，在某些特殊情況下，應(yīng)該可以在操動(dòng)機(jī)構(gòu)上進(jìn)行手動(dòng)分閘，而且要求斷路器的分閘速度與操作人員的動(dòng)作快慢和下達(dá)命令的時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。合分閘能源可以是彈簧能、氣體或液體的壓縮能等；一般，斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)分為壓縮空氣操動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)以及液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)。主要指各種型式的操動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器規(guī)定的操作程序，并使斷路器能夠保持在相應(yīng)的分、合閘位置。6）由于技術(shù)含量高，所需知識(shí)范圍廣，致使現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)一些現(xiàn)象的正確分析、判斷、處理比較困難。 電氣設(shè)備的絕緣距離可以大幅度減小，可優(yōu)化滅弧室結(jié)構(gòu)， 單元電壓可以做得很高， 同樣的電壓等級(jí)下串聯(lián)斷口減少，有利于高壓斷路器的小型化。因此，在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)很容易與正離子復(fù)合形成中性分子。在各種特性中氣體最顯著的特點(diǎn)有：優(yōu)良的基本性能，特異的熱化學(xué)性能和很強(qiáng)的電負(fù)性。壓縮空氣斷路器切斷電路是利用貯存罐內(nèi)貯存的壓縮空氣作用于斷開(kāi)觸頭時(shí)產(chǎn)生的電弧而把電路斷開(kāi)的。主要作用是在正常情況下，控制各種電氣設(shè)備和電力線(xiàn)路的開(kāi)斷及投入；在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，與繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置配合，快速地切斷電力系統(tǒng)中的故障電流，防止故障電流波及到整個(gè)電力系統(tǒng)中造成巨大的損失，以保持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)發(fā)現(xiàn)斷路器故障后能發(fā)出報(bào)警，并通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行故障的診斷和預(yù)報(bào)，同時(shí)還能夠通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)將大量的運(yùn)行資料存儲(chǔ)起來(lái)，為斷路器的運(yùn)行維護(hù)和管理提供準(zhǔn)確依據(jù)。近年來(lái)，人們己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，依靠設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修，可以達(dá)到電力系統(tǒng)的下述要求：（1）產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題使運(yùn)行可靠性受到影響，采用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)可以在運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)展中的事故隱患，防患于未然。在某些情況下，由于系統(tǒng)運(yùn)行的要求，設(shè)備無(wú)法停電，往往造成漏試或超周期試驗(yàn)，這就難以及時(shí)診斷出缺陷或故障。直到90年代以后斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)才逐漸發(fā)展起米。對(duì)高壓斷路器實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，可以有效的減少過(guò)早或不必要的停電試驗(yàn)和檢修，減少維護(hù)工作量，降低維修費(fèi)用，提高檢修的針對(duì)性，可顯著提高其運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 Fault Diagnosis。國(guó)內(nèi)的高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究起步較早， 1992年吉林電業(yè)局曾立項(xiàng)“斷路器機(jī)械特性的監(jiān)測(cè)”和“GIS局部放電特高頻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)”， 1995年清華大學(xué)高壓教研室研制了CBA1高壓斷路器參數(shù)測(cè)量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)合、分閘電流、行程曲線(xiàn)及振動(dòng)信號(hào)。 隨著電力系統(tǒng)電壓的提高， 試驗(yàn)電壓與設(shè)備運(yùn)行電壓之間的差距越來(lái)越大。 隨著社會(huì)的發(fā)展，用戶(hù)對(duì)電力質(zhì)量的要求越來(lái)越高，電力企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)將越來(lái)越激烈，這必將促進(jìn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。特征參量是否滿(mǎn)足狀態(tài)檢測(cè)的需要依賴(lài)于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展。油斷路器是在絕緣油中切斷電弧的，對(duì)大地的絕緣是靠支持絕緣件和絕緣油來(lái)保持的。高壓斷路器應(yīng)該做到能夠開(kāi)斷、關(guān)合及承載運(yùn)行線(xiàn)路的正常電流， 也能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載、關(guān)合及開(kāi)斷規(guī)定的異常電流，如過(guò)載電流和短路電流。純凈的氣體是穩(wěn)定和無(wú)毒的介質(zhì)，但是高溫分解出來(lái)的低氟化物卻具有劇毒。（2）第二代斷路器 隨著各國(guó)對(duì)斷路器的不斷研制和開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)出了單壓式滅弧室，產(chǎn)生了單壓式斷路器。6）模塊化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。它的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在進(jìn)出線(xiàn)套管上裝設(shè)電流互感器，以提供電流信號(hào)，和利用出線(xiàn)套管的電容制成電容式分壓器，以提供電壓信號(hào)，還能與隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、避雷器等融為一體，組成復(fù)合式開(kāi)關(guān)設(shè)備。開(kāi)斷元件放在接地的箱殼中，其間的絕緣依靠氣體來(lái)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。因此，斷路器能否開(kāi)斷短路電流的前提是其操動(dòng)機(jī)構(gòu)的每一組成部分都能正確無(wú)誤的動(dòng)作。常用的連鎖裝置有： 1）分合閘位置連鎖。（6）開(kāi)斷時(shí)間（，s），是指斷路器接到分閘指令瞬間起到所有各相中電弧