高压断路器的综合分析与诊断方法

    高压断路器设备上不同部位、不同类型的故障，引起设备功能的不同变化，导致高压断路器整体及各部位状态和运行参数的不同变化。故障诊断的任务，就是当设备上某一部位出现某种故障时，要从这些状态及其参数的变化推断出导致这些变化的故障及其所在部位。由于状态参数的数量浩大，必须找出其中的特征信息，提取特征量，才便于对故障进行诊断。由某一故障引起的设备状态的变化称为故障的征兆。故障诊断的过程就是从已知征兆判定设备上存在的故障的类型及其所在部位的过程。因此故障诊断的方法实质上是一种状态识别方法。

    对高压断路器的状态识别依据是使用文章《高压断路器的绝缘预防性试验项目及标准》所述的方法对其进行试验所得到的试验数据。在得到试验数据后，先要进行试验结果正确性判断，排除试验方法原则上的错误和环境、人为因素等的影响；然后把试验结果与规程、标准相比较，与历史资料相比较，与其它同类产品相比较，综合利用多个试验方法的试验数据进行联合分析；zui后根据分析对高压断路器的状态进行判断。

一、试验结果正确性判断
1、检查试验方法、接线是否正确
    在得到试验数据后，首先要检查试验方法是否合理，有无原则性错误，其次是检查接线是否正确。如进行泄漏电流试验时，需要注意以下几点：
（1）由于接往被测设备的高压导线是暴露在空气中的，当其表面场强高于约20kV/cm时(决定于导线直径、形状等)，沿导线表面的空气发生电离，对地有一定的泄漏电流，这一部分电流会流过微安表，因而影响测量结果的准确度。一般都把微安表固定在试验变压器的上端，这时就必须用屏蔽线作为引线，也要用金属外壳把微安表屏蔽起来。

（2）泄漏电流可分为体积泄漏电流和表面泄漏电流两种。在泄漏电流测量中，所要测量的只是体积电流。但是在实际测量中，表面泄露电流往往大于体积泄漏电流，因而必须消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。消除的办法实施被试设备表面干燥、清洁、且高压端导线与接地端要保持足够的距离；另一种是采用屏蔽环将表面泄漏电流直接短接，使之不流过微安表。

（3）在进行泄漏电流测量时，供给整流设备的交流高压应该是正弦波形。如果供给整流设备的交流低压不是正弦波，则对测量结果是有影响的。影响电压波形的主要是三次谐波。必须指出，在泄漏电流测量中，调压器对波形的影响也是很多的。实践证明，自耦变压器畸变小，损耗也小，故应尽量选用自耦变压器调压。另外，在选择电源时，尽量用线电压而不用相电压，因相电压的波形易畸变。如果电压是直接在直流高压侧测量的，则上述影响可以消除。

2、检查试验仪器、仪表是否合格
    试验中使用的仪器、仪表是试验数据的直接来源，因此必须严格按照试验要求选择量程、内阻等合格的，经过有关部门校核过的仪器、仪表。如对于真空断路器、压缩空气断路器和SF6断路器，主要测量支持瓷套、拉杆等一次回路对地绝缘电阻，一般使用2500V的绝缘电阻测试仪，其值应大于5000MΩ。辅助回路和控制回路的绝缘电阻测量时，使用500V（或1000V）绝缘电阻测试仪进行测试，其值应大于2MΩ。对于500kV断路器，应用1000V绝缘电阻测试仪测量，其值应大于2MΩ。

3、外部环境条件分析
    温湿度、气压等环境条件和设备外部的积污、受潮都会对试验数据造成影响。一般来说温湿度、气压和试验数据之间都有关系曲线，在不同的环境条件下试验数据会有不同的限值。而设备外部的积污、受潮可用人工的方法擦除干净。如变电站500kV SF6断路器，复测微水含量值均达到460ppm左右。由于当时现场技术人员不懂用“环境温度与水分含量的关系曲线”进行修正，误判460ppm，含水量超标(大于150ppm)，决定放气再充气，造成了一定的经济损失。

4、换算到标准状况
    要把试验结果换算到标准状况下的数据。排除了这些外部环境干扰因素的影响后，就可以对试验结果进行分析判断了。
二、试验结果分析
    一般地说，如果电气设备各项预防性试验结果（也包括破坏性试验）能全部符合规定，则认为该设备绝缘状况良好，能投入运行。但是对非破坏性试验而言，有些项目往往不作具体规定，有的虽有规定，然而，试验结果却又在合格范围内出现“异常”，即测量结果合格，增长率很快。对这些情况如何作出正确判断，则是每个试验人员非常关心的问题。根据现场试验经验，现将电气设备绝缘预防性试验结果的综合分析判断概括为比较法。

1、试验结果与规程、标准相比较
    试验结果先要与《电力设备预防性试验规程》规定的“允许值”相互比较。规程、导则和规定是实践经验的总结和理论科学的结晶，但也要看到，仅靠现行的规程、导则和规定，还是不*的，因为现行的规程、导则和规定，并没有包括随着科学发展而采用新技术、新材料、新工艺生产的新设备，所以还必须对照新设备的新标准。

2、试验结果与历史数据相比较
    与设备历年（次）试验结果相互比较，将它作为对照规程的有效补充。因为一般的电气设备都应定期地进行预防性试验，如果设备绝缘在运行过程中没有什么变化，则历次的试验结果都应当比较接近。在两个试验间隔之间的试验测量值不应该有显著的增加或降低，如果有明显的差异，则说明绝缘可能有缺陷。

    对照历史资料，包括对照历史测试数据及静态状态量，即进行纵向比较，以便考察设备状态的变化趋势和变化速率。如SF6断路器的微水检测。SF6断路器内表面，在安装或运行中都会吸附水分子，而吸附或释放水分子，又都和温度有关，从表1-1列出的测量结果不难看出，SF6断路器其气体中微量水的测量结果均与环境湿度有关，即微量水测量值随环境温度升高而增大，随环境温度降低而减小。

表1-1 330kV、FX－22DL型断路器微量水分测量数据
环境温度（℃）                    4        25       32
水的体积分数（1×10－6）   218     910     1231
3、试验结果与同型号、同类设备相比较
    与同一设备相间的试验结果相互比较。因为同一设备，各相的绝缘情况应当基本一样，如果三相试验结果相互比较差异明显，则说明有异常的绝缘可能有缺陷。如在分析泄漏电流测量结果时，还常采用不对称系数（即三相之中的zui大值和zui小值的比）进行分析、判断。

    对照同类设备的测试数据和资料，以考虑同类设备因结构、制造工艺方面的差异而带来的影响，即进行横向比较。对同一类型的设备而言，其绝缘结构相同，在相同的运行和气候条件下，考虑上述影响因素后其测试结果应大致相同。若悬殊很大，则说明绝缘可能有缺陷。

4、多种试验数据的联合分析
    每一项预防性试验项目对反映不同绝缘介质的各种缺陷的特点及灵敏度各不相同，因此对各项预防性试验结果不能孤立地、单独地对绝缘介质做出试验结论，而必须将各项试验结果全面地联络起来，进行系统地、全面地分析、比较，并结合各种试验方法的有效性及设备的历史情况，才能对被试设备的绝缘状态和缺陷性质做出科学的结论。例如，当利用绝缘电阻测试仪和电桥分别对变压器绝缘进行测量时，如果tgδ值不高，其绝缘电阻、吸收比较低，则往往表示绝缘中有集中性缺陷；如果tgδ值也高，则往往说明绝缘整体受潮。

    一般来说故障和征兆之间不存在简单的一一对应的关系：一种故障可能对应多种征兆，而一种征兆也可能对应着多种故障。还有许多其他故障也多对应这一征兆。这就为故障诊断增加了难度。因此通常故障诊断有一个反复实验的过程：先按已知信息提取征兆，进行诊断，得出初步结论，提出处理对策，对设备进行调整和实验，甚至停机维修，再启机进行验证，检查设备是否已恢复正常。如尚未恢复，则需补充新的信息，进行新一轮的诊断和提出处理对策，直至状态恢复正常。

三、设备状态判断
    高压断路器在运行时，可能会发生的故障是机械部分和灭弧的绝缘介质绝缘能力下降。大电网会议对高压断路器可靠性所作的2次世界范围的调查，以及国家电力科学研究院对高压断路器事故的统计分析均表明，80%的高压断路器故障是由于机械特性不良所造成的，且大多数故障是操动机构的问题，如拒分、拒合或不能开断。高压断路器机械故障所造成的事故无论是次数、还是事故本身所造成的停电时间都占事故总量的60%以上。高压断路器大多配有液压、弹簧、气动等操动机构，这类机构的分合闸电磁铁在长期运行中常发生弯曲变形、锈涩或脏污粘滞等故障，使其动作不畅而导致断路器拒动或误动。

    在上述传统的诊断方法的基础上，将人工智能的理论和方法用于故障诊断，发展智能化的诊断方法，是故障诊断的一条新的途径，目前已广泛应用，成为设备故障诊断的主要方向。

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