高压断路器触头电寿命预测的研究

高电压990315 高电压技术 HIGH VOLTAGE ENGINEERING 1999年　第25卷　第3期　Vol.25　No.3　1999 高压断路器触头电寿命预测的研究 郭贤珊　王章启 摘　要　基于诊断技术的寿命预测是断路器维修技术的新阶段，本文从断路器触头电 寿命这一方面进行了研究，提出了触头电寿命的工程实用的监测方法。 关键词　断路器　触头　电寿命预测　监测 Research on Expectancy of Electrial Endurance of HV Circuit Breaker Contact Abstract　Life expectancy-oriented diagnosis is a new stage of circuit breaker maintenance. For engineering use, a new monitoring method of electrical endurance of circuit breaker contacts is given. Key words　circuit breaker　contact　electrical endurance forecast　monitoring 0　前　言 　　随着科学技术的发展，电力设备的诊断技术经历了一个从不科学到较科学的逐步 发展过程。基于诊断技术的寿命预测就是根据电力设备的老、劣化规律及影响和决定 因素，通过对各种检测方法(离线或在线)取得各种信息，经过科学全面综合，掌 握设备的当前状况和寿命期望［1］，它是实现电力设备状态维修基础和前提。 　　1988年～1991年国际大电网会议对72.5kV及以上现代单压式SF6断路器作了世界调 查，调查表明：机械故障占70%～80%，电气故障居其次。由于长期的检修，盲目 的解体拆卸浪费了大量的人力物力，造成停电损失和降低设备寿命等，使人们更加强 了对断路器，如触头状态、电寿命等电气性能监视必要性的认识。 　　以往对电磨损的监测是累计开断电流或累计电弧能量(I2t)。事实上，同一断 路器在同样的外部条件下先后开断两次同样大小的电流值，其烧损程度也不可能相同 ［2～3］。大家知道，开断电流相差很大时，断路器触头的烧损机理不同，烧损相差很 大，因此，用累计开断电流来判断触头烧损量是不够的；另外电磨损虽然取决于电弧 能量，但还与触头分断速度等有关，电磨损与电弧能量没有比例关系。因此要对断路 器触头电磨损、电寿命监测作进一步研究，对断路器触头进行电寿命监测需要解决电 寿命的概念和工程实施方法问题。 1　不同断路器触头电寿命的标定方法 1.1　触头相对电磨损与相对电寿命的提出 　　触头的磨损系指多次开断闭合后，触头接触表面逐渐损坏(变形、烧毛、脱落 file:///E|/qk/gdyjs/gdyj99/gdyj9903/990315.htm（第 1／4 页）2010-3-22 19:33:22 万方数据 高电压990315 等)的现象，触头的磨损主要是电磨损。电磨损主要表现为触头的净损失、触头材料的 金属转移和化学腐蚀，净损失多是在电弧高温作用下已熔融或气化的触头表面被流体 介质冲走或喷溅所造成。触头的电磨损又取决于电弧能量即开断电流和燃弧时间。大 量的试验结果表明，从断路器累计电磨损的角度考虑，虽然燃弧时间的长短对单次开 断是随机的，但对多次开断，其平均燃弧时间则是趋近的(20次开断与30次开断的平均 燃弧时间有几乎相同的差)，即随机因素对燃弧时间分散性及是否为首开相的影响 从累计的角度来考虑可以忽略不计，也就是说，断路器的电磨损可以用开断电流作参 照量。 　　设额定短路开断电流下单次开断的电磨损为M，对应的允许开断次数为N。从统 计平均和累计效应，可认为该断路器的允许磨损总量为N.M。或者说定义一台全新的 断路器的触头允许磨损总量为100%，即其相对电寿命为100%，则每次额定短路开断电 流开断时的相对磨损为1/N(定义为QM )。然后根据不同断路器的N1—Ic曲线，求得任意 大小开断电流Ic的对应允许开断次数N1，则对应的单次开断的相对电磨损为1／N1(定 义为Q m)。这样可求出任一次开断时的相对电磨损量： Q M =1/N　，　Qm＝1/N1　　　　(1) 根据触头的绝对电磨损总量一定，则有： Q M N=Q mN1　，　MN=mN 1　　　　(2) 所以　　Q m/QM =N/N1=m/M　　　　(3) Q m=Q M (m/M)=(1/N)m/M　　　　(4) 即可求出该断路器的相对电寿命： L=L N-∑Qm　　　　(5) 　　式中，LN为断路器触头电寿命的初始值，是一个≯1的百分数，其值由断路器的运 行决定，刚投运的或经过大修后的断路器其值可为1。下面以目前大量使用的SF6断路 器为例来推导相对电磨损公式。 1.2　SF6断路器触头相对电磨损公式的推导 　　对SF 6断路器触头的电磨损，取文［2］中弧触头的允许断次数与开断电流的关系 曲线和对应的公式作代表，推导其相对电磨损公式。对应任意开断电流Ic的等效允许 开断次数为N1(假定50%Ie的开断电流时的等效允许开断次数为1)，则有： file:///E|/qk/gdyjs/gdyj99/gdyj9903/990315.htm（第 2／4 页）2010-3-22 19:33:22 万方数据 高电压990315 　　　　(6) 　　可从断路器的型式试验或技术参数中查出对应的额定短路开断电流Ie的允许开断 次数为N。根据式(6)所给出的开断次数相对关系，则实际允许开断次数为3.247N1N。 以LW 6－500型断路器为例，其额定短路开断电流Ie为50kA，取额定短路电流允许开断 次数为16，由式(6)可得允许开断次数和开断电流的关系如表1所示。从表中可看出，当 Ic／Ie很小时，断路器的允许开断次数会很大，当Ic／Ie为10%时，允许开断次数达4079 次，对照SF 6断路器临时检修规定，当开断次数达3000次以上时，断路器会因机械故障 等原因而需要检修，因此取Ic／Ie=3%时的允许开断次数为3000(如表1中所示)，Ic／Ie在 15%～3%之间采用Lagrange线性插值近似来求此时的相对电磨损。 表1　允许开断次数与开断容量的部分数据 Ic／Ie /% 100 75 50 35 25 15 3 等效允许开断次数 0.3080.5021 1.8345.02223.2482905.972 1 1.6303.2475.95516.30575.4819434.974 LW 6－500实际允许开断次数 16 25.96852 95.04259.681208.963000.0* 　 　　如Ic／Ie>15%时，式(6)中的等效允许开断次数N1是在假定开断电流为50%Ie时的允 许开断次数为1，然后按对应关系而得。根据前面所述和相对电磨损定义，则SF6断路 器的相对电磨损Q m为： Q m＝1／（3.247×N1×N)　　　　(7) 由式(6)、(7)则有： Q m＝1/［5.942N（0.35Ie/Ic)3］0.15Ie≤Ic＜0.35Ie Q m＝1/［3.247N（0.5Ie/Ic)1.7］Ic≥0.35Ie　　　(8) 由此根据式(5)即可求出相对电寿命。 file:///E|/qk/gdyjs/gdyj99/gdyj9903/990315.htm（第 3／4 页）2010-3-22 19:33:22 万方数据 高电压990315 2　结　语 　　本文从工程实用角度对断路器触头的电寿命在线监测提出了一种方便、易行方 法，根据以上方法可得出少油、真空断路器电寿命预测的在线监测方法。应用上述监 测方法，我们很方便地研制了断路器触头电寿命期望的在线监测装置。本装置能同时 对一个变电站的所有断路器的各相电磨损与电寿命进行实时监测。当断路器开断时， 能随时根据用户设定的该断路器的电流互感器的变比记录开断电流，并按不同断路器 电磨损的模型求出相应的相对电磨损，得出断路器目前的相对电寿命；当断路器的电 寿命已到时，发出报警信号。为运行部门掌握断路器的状况和预计寿命提供了方便手 段。 作者简介：郭贤珊　1971年生，硕士，工程师，主要从事高压设备的在线监测研究和 高压设备试验及技术管理，电话：(027)86762572。 王章启　1947年生，教授，主要从事高压电器相关研究。 作者单位：郭贤珊　华中电力集团公司(武汉430077) 　　　　　王章启　华中理工大学(武汉430074) 参考文献 1　高文胜等.基于绝缘诊断的期望寿命预测.高电压技术，1997，23(1)：57 2　Pons A et al. Electrical endurance and reliability of circuit-breaker common experience and practice of two utilities, IEEE Trans on Power delivery, 1993, 8(1):168 3　王章启等.高压断路器开断参数的监测与记录.电网技术，1996，20(10)：22 (收稿日期　1999-03-24) file:///E|/qk/gdyjs/gdyj99/gdyj9903/990315.htm（第 4／4 页）2010-3-22 19:33:22 万方数据 高压断路器触头电寿命预测的研究 作者： 郭贤珊， 王章启 作者单位： 郭贤珊(华中电力集团公司,武汉430077)， 王章启(华中理工大学,武汉430074) 刊名： 高电压技术 英文刊名： HIGH VOLTAGE ENGINEERING 年，卷(期)： 1999,25(3) 被引用次数： 11次 参考文献(3条) 1.王章启 高压断路器开断参数的监测与记录 1996(10) 2.Pons A Electrical endurance and reliability of circuit-breaker common experience and practice of two utilities[外文期刊] 1993(01) 3.高文胜 基于绝缘诊断的期望寿命预测 1997(01) 引证文献(11条) 1.李炜.宋杲.李玉春.和彦淼.杨堃 对真空断路器电寿命能力的探讨[期刊论文]-低压电器 2008(17) 2.李义仓 基于灰色关联度及色谱法的油断路器状态评判[期刊论文]-华中电力 2007(3) 3.李炜.李玉春.高以梅.杨海芳.吴盛刚.李向阳.李庆余 关于真空断路器电寿命极限开断次数的研究[期刊论文]-高压电器 2007(3) 4.吴娅.杨楚明.陈伟根 突变理论在高压断路器运行状态模糊综合评判中的应用[期刊论文]-广东电力 2007(9) 5.狄美华 基于时序波形特征的开关电寿命检测方法研究[学位论文]硕士 2005 6.陶海英 高压断路器电接触分析[期刊论文]-江西电力职业技术学院学报 2004(3) 7.陈伟根.李伟.陈新岗.陈荣柱 SF6高压断路器状态分析的模糊综合评判方法[期刊论文]-高压电器 2004(5) 8.狄美华.李震彪.吴细秀 开关电器触头电寿命诊断方法综述[期刊论文]-高压电器 2004(3) 9.姚月娥 断路器在线状态信息量的提取及软件设计[学位论文]硕士 2004 10.王涛 基于一次暂态信号的断路器开断燃弧时间检测技术[学位论文]硕士 2004 11.胡文平.尹项根.张哲.吴杰余.邵德军 基于MATLAB的高压断路器触头电寿命仿真研究[期刊论文]-电力系统及其自动化学报 2003(6) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gdyjs199903015.aspx 本地磁盘 高电压990315