【正文】 由于設備故障的復雜性和設備故障與征兆之間關系的復雜性，形成了設備故障診斷是一種探索性的反復試驗的特點。表35 SF6斷路器觸頭及可觸及部位溫度和溫升極限序號部件名稱部件材料最大值溫度()周圍空氣不超過40時的溫升（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動觸頭的“行程一時間”曲線能夠反映超行程、剛分后和剛合前l(fā)0ms的動觸頭速度平均值等斷路器的重要參數(shù)指標。長期如此，會使絕緣拉桿接頭出現(xiàn)斷裂。從統(tǒng)計平均和累計效應，可認為該斷路器的允許磨損總量為。斷路器在開斷有電流的電路時，觸頭分離后，觸頭間會出現(xiàn)電弧，只有使電弧熄滅，電路的開斷任務才能完成。高壓斷路器分合閘操作是一種瞬動式的機械運動，動作時，具有高強度沖擊、高速度運動的特點。這一階段時階段III的延續(xù)，電流達到近似的穩(wěn)定。典型的線圈電流曲線如圖32所示。因此，合、分閘線圈的電流波形中包含著很多反映斷路器操動機構性能的重要信息，它可以反映電磁鐵本身及控制的鎖門或閥門以及連鎖觸頭在操作過程中的動作情況。年的數(shù)據(jù)。（5）測量斷路器的分、合閘時間在斷路器的額定操作電壓、額定氣壓或額定液壓下進行，測量值應符合產(chǎn)品技術條件的規(guī)定。（7）測量斷路器主、輔觸頭分、合閘的同期性及配合時間。燃弧時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間間隔。（8）重合閘 斷路器在自動分閘后，保證在接到重合閘指令后可靠重合閘。總之，就合閘操作而言，操動機構應有足夠能力來帶動斷路器可靠關合電路。(保持合閘)（3）接受分閘指令使觸頭分離。（3）滅弧部分。3）試驗項目、試驗條件、試驗標準等要求嚴格，試驗設備復雜、精確度高，要求操作人員技術水平較高。隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提高，人們迫切需要和尋求一種體積更小、性能更好、維護更簡單的高壓電氣設備，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）氣體的電負性不僅氣體，通常鹵素元素及其化合物氣體，都具有電負性，即分子或離解原子具有生產(chǎn)負離子的傾向，而氣體的這種傾向非常強。 高壓斷路器的發(fā)展及其特點 氣體的性質近年來，氣體作為斷路器的滅弧介質得到了迅速的發(fā)展。此斷路器在五十年代開始使用，七十年代后大量使用而且發(fā)展為全封閉式組合電器，成為超高壓等級電力斷路器的最主要的品種。（1）六氟化硫斷路器的基礎知識：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用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中。同時，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與繼電保護將有機地結合起來，尤其在分布式的監(jiān)控系統(tǒng)中。為了確保電力系統(tǒng)的安全運行，最大限度地降低事故率，迫 切改變現(xiàn)行的預防性維修制度，實行在線狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷。 長期以來，堅持預防性試驗對我國電力系統(tǒng)的安全運行起到了很大的作用。同時，高壓斷路器也是電力系統(tǒng)設備中維護工作量最大的設備之一， 根據(jù)相關資料統(tǒng)計高壓斷路器維護費用占整個變電站總維護費用的一半以上，由于不當檢修引起的故障占斷路器故障的10%。在此基礎上，了解 SF6高壓斷路器的預防性試驗方法、在線檢測和狀態(tài)監(jiān)測方法；并針對某一具體類型，設計相應的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、研究其故障診斷方法。高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開關設備，在電力系統(tǒng)中肩負著控制和保護雙重作用，即根據(jù)電網(wǎng)運行的需要用它來可靠的投入或切除相應的線路或電氣設備。不過，就斷路器故障診斷系統(tǒng)的研究已經(jīng)開始，并取得了一定的成果，基于神經(jīng)網(wǎng)絡、小波分析、模糊理論的信號分析和診斷方法的研究已經(jīng)開始用于試驗。而由于沒有及時發(fā)現(xiàn)，某一部件出現(xiàn)缺陷而導致電力系統(tǒng)事故的情況也時有發(fā)生。（3）多功能、多狀態(tài)的在線監(jiān)測系統(tǒng)將得到進一步發(fā)展。隨著專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯和證據(jù)理論等先進理論的發(fā)展，對高壓斷路器運行狀態(tài)進行準確地識別逐漸成為可能，這個領域是目前高壓斷路器狀態(tài)檢修研究的熱點和難點，也是今后發(fā)展的必然趨勢。（3）斷路器：以六氟化硫等惰性氣體作為滅弧介質，由美國西屋公司于1956年推出。另一方面，保護作用。 斷路器開斷電路時，在電弧的高溫作用下，氣體與觸頭材料（W，Cu）和金屬材料(A1)會產(chǎn)生化學反應，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)生化學反應產(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）技術含量高，制造工藝精良，機械、電氣特性好，使用壽命長。它包括動、靜弧觸頭和主觸頭或中間觸頭以及各種形式的過渡連接等，其作用是通過工作電流和短路電流。對此操動機構，要求具有獨特的結構和機能，以滿足斷路器的使用目的。因為斷路器關合時，電路中出現(xiàn)的短路電流可達幾萬安以上，斷路器導電回路受到的電動力可達幾千牛以上。當氣體或液體壓力低于或高于額定值時，操動機構不能進行合、分操作。在超高壓電力系統(tǒng)中，縮短斷路器開斷斷路故障的時間可以增加電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而保證輸電線路的輸送容量。（4）斷路器并聯(lián)電容的試驗。2）耐壓試驗，只對110kV及以上罐式斷路器和500kV頂開距瓷柱式斷路器的斷口進行。3 高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測的內(nèi)容高壓斷路器的故障統(tǒng)計和分析是確定狀態(tài)監(jiān)測內(nèi)容的基礎。濕度，不僅直接影響絕緣強度，而且在濕度較高時，容易引起SF6氣體的水解，生成腐蝕性有害物質，影響火弧室以及周邊環(huán)境；還會生成難以去除的硫化物附著在觸頭上，嚴重影響觸頭接觸電阻、合閘線圈電流監(jiān)測 電磁鐵是高壓斷路器操動機構中的重要元件之一，它一般作為高壓斷路器電的一級控制元件。這一過程直到鐵心吸合，鐵心停止運動，ν=0。在這一階段鐵心運動停止。霍爾傳感器精度高、線性度好，具有很好的動態(tài)特性和電氣特性。根據(jù)前人的大量的試驗成果表明，在下面的位置安裝傳感器能滿足要求：（1）滅弧室（垂直方向）；（2） 操動機構（垂直方向）；二者之間位置（如彈簧機構的緩沖器附近）。圖33 互感器深度飽和時的開斷電流波形在電壽命的預測中應考慮開斷電流和燃弧時間。當絕緣拉桿絕緣層完好，且絕緣拉桿通過圓柱銷和動觸頭裝配連桿緊密接觸，斷路器帶負荷運行時，負荷電流從上接線端子到靜觸頭、動觸頭和下法蘭上的中間觸指，最后經(jīng)過下接線端子形成回路，絕緣拉桿與動觸頭裝配連桿的連接處并不通過負荷電流，動觸頭及其連桿帶有電力系統(tǒng)對地電位，二者為同一電位，在連接處不會形成懸浮電位并產(chǎn)生金屬表面放電，絕緣拉桿也不會出現(xiàn)超過5μA。但是由于與斷路器觸頭部分的發(fā)熱時間長而且比較穩(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雜性和故障與征兆之間關系的復雜性，形成了故障診斷是一種探索性的過程這一特點?，F(xiàn)有常用的故障診斷方法如表41所示。通過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，記錄該脈沖的個數(shù)，就可以實現(xiàn)動觸頭全行程參數(shù)的測量；同時，記錄每個電脈沖產(chǎn)生的時刻值，就可以計算出動觸頭運動過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準規(guī)定為不大于5～8μA。則可求出任一次開斷電流時的相對電磨損量： (37)根據(jù)觸頭的絕對電磨損總量一定，則有： (38)所以有： (39) (310)即可求出該斷路器的相對電壽命： (311)式中，L為斷路器的相對電壽命；為斷路器觸頭電壽命的初始值，是一個小于或等于1的百分數(shù)，其值由斷路器的運行決定，剛投運的或經(jīng)過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斷電流有著直接的關系。 機械振動總是由沖擊受力、運動形態(tài)的改變引起的。此階段輔助開關分斷，在輔助開關觸頭間產(chǎn)生電弧并被拉長，電弧電壓快速升高，迫使電流迅速減小，直到熄滅。線圈在時刻開始通電，到時刻鐵心開始運動。圖31合（分）閘線圈結構示意圖及等值電路假設鐵心不飽和，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關年的大事故率（%）第一次大調(diào)查第二次大調(diào)查拒合拒分誤合誤分無電流不能切斷電流不能載流對地擊穿相間擊穿開路相內(nèi)擊穿開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比相關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%機械部分33%43%其它7%總失效率100%100%中國電力科學研究院高壓開關所也對我國斷路器的運行情況作了統(tǒng)計，在1999～2003年全國電力系統(tǒng)110（66）kV及以上高壓斷路器運行中的事故和障礙以及事故原因的統(tǒng)計中，拒動及開斷關合事故等占25%，%，%，%，%。（7）測量斷路器的同期性測量同期性包括：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間。（10）斷路器操動機構的試驗。關合時間是合閘時間與預擊穿時間之差()。同時斷路器工作時還應耐受高于額定電壓的各種過電壓，而不會導致絕緣的損壞。（3）分閘操動機構不僅要求能夠電動(自動或遙控)分閘，在某些特殊情況下，應該可以在操動機構上進行手動分閘，而且要求斷路器的分閘速度與操作人員的動作快慢和下達命令的時間長短無關。合分閘能源可以是彈簧能、氣體或液體的壓縮能等；一般，斷路器的操動機構分為壓縮空氣操動機構、彈簧操動機構以及液壓操動機構。主要指各種型式的操動機構和傳動機構，它的作用是實現(xiàn)對斷路器規(guī)定的操作程序，并使斷路器能夠保持在相應的分、合閘位置。6）由于技術含量高，所需知識范圍廣，致使現(xiàn)場人員對一些現(xiàn)象的正確分析、判斷、處理比較困難。 電氣設備的絕緣距離可以大幅度減小，可優(yōu)化滅弧室結構， 單元電壓可以做得很高， 同樣的電壓等級下串聯(lián)斷口減少，有利于高壓斷路器的小型化。因此，在電場中運動時很容易與正離子復合形成中性分子。在各種特性中氣體最顯著的特點有：優(yōu)良的基本性能，特異的熱化學性能和很強的電負性。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觸頭時產(chǎn)生的電弧而把電路斷開的。主要作用是在正常情況下，控制各種電氣設備和電力線路的開斷及投入；在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，與繼電保護及自動裝置配合，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)的正常運行。當發(fā)現(xiàn)斷路器故障后能發(fā)出報警，并通過計算機自動進行故障的診斷和預報，同時還能夠通過數(shù)據(jù)庫將大量的運行資料存儲起來，為斷路器的運行維護和管理提供準確依據(jù)。近年來，人們己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，依靠設備的在線監(jiān)測與故障診斷技術，實現(xiàn)設備的狀態(tài)檢修，可以達到電力系統(tǒng)的下述要求：（1）產(chǎn)品的質量問題使運行可靠性受到影響，采用在線監(jiān)測可以在運行中及時發(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)運行的要求，設備無法停電，往往造成漏試或超周期試驗，這就難以及時診斷出缺陷或故障。直到90年代以后斷路器狀態(tài)監(jiān)測技術才逐漸發(fā)展起米。對高壓斷路器實施狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，可以有效的減少過早或不必要的停電試驗和檢修，減少維護工作量，降低維修費用，提高檢修的針對性，可顯著提高其運行的可靠性和經(jīng)濟性。 Fault Diagnosis。國內(nèi)的高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測的研究起步較早， 1992年吉林電業(yè)局曾立項“斷路器機械特性的監(jiān)測”和“GIS局部放電特高頻在線監(jiān)測”， 1995年清華大學高壓教研室研制了CBA1高壓斷路器參數(shù)測量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以監(jiān)測合、分閘電流、行程曲線及振動信號。 隨著電力系統(tǒng)電壓的提高， 試驗電壓與設備運行電壓之間的差距越來越大。 隨著社會的發(fā)展，用戶對電力質量的要求越來越高，電力企業(yè)的競爭將越來越激烈，這必將促進狀態(tài)監(jiān)測技術的進一步發(fā)展和應用。特征參量是否滿足狀態(tài)檢測的需要依賴于數(shù)字信號處理技術的發(fā)展。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。高壓斷路器應該做到能夠開斷、關合及承載運行線路的正常電流， 也能在規(guī)定時間內(nèi)承載、關合及開斷規(guī)定的異常電流，如過載電流和短路電流。純凈的氣體是穩(wěn)定和無毒的介質，但是高溫分解出來的低氟化物卻具有劇毒。（2）第二代斷路器 隨著各國對斷路器的不斷研制和開發(fā)，設計出了單壓式滅弧室，產(chǎn)生了單壓式斷路器。6）模塊化結構簡單，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。它的主要優(yōu)點是可以在進出線套管上裝設電流互感器，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、接地開關、避雷器等融為一體，組成復合式開關設備。開斷元件放在接地的箱殼中，其間的絕緣依靠氣體來承擔，導電部分經(jīng)套管引入，結構比較穩(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，斷路器能否開斷短路電流的前提是其操動機構的每一組成部分都能正確無誤的動作。常用的連鎖裝置有： 1）分合閘位置連鎖。（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