基于涡流电场传感器在断路器中的应用研究

基于涡流电场传感器在断路器中的应用研究

郝向军

（国网山西省电力公司山西省太原市030001）

摘要：本文是研究基于非接触式涡流电场传感器在断路器中的应用，非接触式涡流电场传感不需要在断路器机械部分安装支架，它采用非接触方式测量断路器机械特性；根据这些特性可以检测断路器机械部分的故障状况，从而为断路器的机械部分的健康状态提供现实基础。

关键词：涡流电场传感器；断路器

随着我国国民经济的繁荣发展，电力系统的装机容量与电力需求不断增加，对电力系统的可靠性和经济性提出越来越高的要求。断路器作为发电和配电之间的联系环节，是集故障、检修、参数测量频次最多的一种重要电力设备，运行过程中有很高的故障率，易引起电网事故，造成较大的经济损失，本文采用非接触式涡流电场传感器，为断路器机械部分实际运行工况提供依据；同时还可以提高工作效率，减少停电时间，增加效益、降低断路器运行安全的风险。

正文

一非接触式涡流电场传感器

涡流电场传感器是基于电磁感应原理而工作的，但又完全不同于电磁感应。电涡流的形成：线圈中的铁心是由整块铁磁材料制成的，此铁心可以看成是由许多与磁通相垂直的闭合细丝所组成，因而形成了许多闭合的回路。当给线圈通入交变的电流时，由于通过铁心的磁通是随着电流做周期性变化的，所以在这些闭合回路中必有感应电动势产生。在此电动势的作用下，形成了许多旋涡形的电流，这种电流就称为电涡流。非接触式涡流电场传感器的工作原理如图1所示。

二断路器

高压断路器操动机构由电气部分、储能部分、控制部分和力量传递部分组成。高压断路器操动机构分为很多种类型，如电磁机构、弹簧机构、液压机构和液压弹簧机构。

断路器的触头在各种工况下可靠地分、合，主要是由储能部分和力量传递部分协同完成。其动作的特点是：执行任务与完成任务时，机构系统处于运动过程中，因机构的动作有卡涩、冲击、振动以及其他一些非稳定性质；在闭合状态时由于长期不动作，一旦发生事故，又要求它动作准确可靠。由于断路器以上的特点，对断路器操动机构与传动机构的可靠性的要求就特别的高。

断路器与其它电气设备相比，机械部分零部件特别多，因此造成故障的可能性较多。操动机构的机械状态获取是非常复杂的，出现某一种故障，机构的状态特征可能很多。

在断路器操动机构储能部分、控制部分和力量传递部分进行带电测量，来全面了解断路器机械操动部分真实状况。

通过对断路器的控制部分及分合闸线圈检测，可以有效检测控制回路完好性，分合闸线圈回路由电磁铁驱动，当线圈中通过电流时，在电磁铁内产生磁通，铁芯受到电磁力作用吸合，使断路器开始执行分或合操作。线圈电流波形中，包含很多信息，反映了电磁铁本身以及所控制的锁门或阀门以及连锁触头在操作过程中的工作状况，可以有效检测电磁铁在整个工作时是否出现磁场下降和卡涩。分、合闸回路的电磁铁电路等值电路如图2所示。

断路器行程的监测选用基于电磁原理的非接触式涡流电场传感器，该传感是基于电磁感应原理工作的。非接触式涡流电场传感器有测量线性范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强，不受油污等介质的影响，特别是非接触测量等优点。通过将该传感器吸附在断路器动作部分，当断路器动作时其动作部分与电涡流探头之间会产生一个周期性变化的脉冲量，测出这个周期性变化的脉冲量，即可实现对动作行程的监测。

总结

目前断路器的测试方法是在线监测和停电试验，但这两种方法都存在一定的问题，在线监测是在设备带负荷情况下监测断路器设备动作状况，且在线监测产品仅仅能够辅助设备检修人员大致了解设备状态，无法对设备状态进行确认。而停电试验是在断路器停电后，在试验电压情况下进行动作实验，并监测实验结果。通过检测结果与出厂试验结果对比，确定设备状态。然而停电实验无法检测到断路器设备在带负荷情况下状态，无法对开断电流进行检测，因此无法对设备带负荷运行时状态进行检测，而非接触式涡流电场传感器在本文的证实下正好可以弥补这些方面的不足，所以此方案具有一定的研究价值和意义。

参考文献

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