摘要：断路器是电网组织中的常见原件，是形成电网有效控制的关键。在实际的构建过程中断路器还肩负着对电网保护的重要使命。然而，断路器自身的烧毁敏感度相对较高，回路线圈很容易由于承载电流的不遵从而被烧毁。此种现象不仅客观上形成了易损件的频繁更换，更容易造成电网故障与停电事故。本文针对这一问题开展广泛的研究，旨在在断路器故障原因、保护体系构建以及新型保护装置应用等三个方向取得相应的进展。
关键词：断路器；跳合闸；回路故障；保护
一、引言
所谓的断路器往往是采用继电器原理来实现对电网开合的远程控制。尤其是在智能电网建设的背景下，通过断路器能够对电网运行过程中的电流异常进行自动跳合闸操作，进而实现有效的电路保护。在断路器的设计过程中，基于短时间电流原理而形成的电气及机械组织是一种常见的模式，此种模式在提供有效工作效能的同时也具有较高的电流敏感性。当回路中存在较大的瞬间电流时会对线路行程切断效应，故而参数断路器故障，最终导致电网整体的运行失效。
针对这一现象构建断路器回路保护装置是一种有效的方法。从现阶段的操作经验来看，采用二次回路保护器是一种常规方案，而随着科技的不断提升，基于真空断路器、可监视断路器回路等技术创新得到了有效的应用故而产生了更大的保护效能。本文将在分析其问题产生原因的基础上对回路保护装置内容进行分析并就现阶段可能的新技术应用进行探讨。
二、断路器回路故障原因分析
断路器的应用在现代智能电网改造中得到了广泛的应用。从现阶段的实践经验来看，省级以下的35kV变电站几乎全部完成了自动化改造，而断路器在其中起到了至关重要的作用。故而针对断路器回路故障的分析与治理显得迫在眉睫。基于上述背景，通过对断路器使用的实际观察与问题分析，本文认为从宏观的角度来看，当合闸行为出现时，电路内产生的极高电压会形成合闸线圈烧毁、接触点熔断等客观问题，而在跳闸行为中则容易产生电路粘连等现象。形成此种现象的具体原因则主要可以分为如下几个方面：
第一，断路器的机械结构不稳定而形成其行动迟缓。断路器是电气设备与机械结构相结合而共同完成相关工作的。在此背景下，其机械结构容易由于设计的不合理、设备的老化、参数不遵从、质量不过关等问题而产生机械结构的不稳定，进而使得其在执行跳闸与合闸动作时无法按照规定的要求完成相关动作，进而形成电路内电流与电压的异常波动。具体而言则主要包括了储能弹簧损坏或金属疲劳；电池组余量不足；合闸开关接触异常或存在异物、设计缺陷；电磁铁失效或电磁传感系数过低等。
第二，断路器的电气设计不合理。从现阶段的实践经验中我们也不难发现断路器的电气设计不合理也是其形成后续问题的关键因素。就具体原因而言，其电气部分由于在合闸情况下会存在长效的恒定电流，该电流的存在在正常情况下是不会对断路器形成功能性影响的。但是，在不遵从情况下，如线圈绝缘异常、破损等情况的出现则会改变断路器内部的电磁场分布。一方面降低了其灵敏度，另一方面也容易产生持续性、可累积的损伤。
三、断路器回路保护体系构建
从上文的分析中我们不难看出，针对断路器的保护势在必行。然而从原因分析中我们不难发现其中的机械结构部分以及电气设计部分很难通过保护系统的建设得以规避，故而我们需要通过形成回路保护单元将事故发生时的危害降到最低。在现阶段的执行过程中，通过断路器二次回路保护体系建设是一种常见且有效的方式，其保护原理与工作方式大致如下：
如何防止因断路器拒动或断路器辅助触点分断和接触不良而烧坏跳合闸线圈非常重要。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆跳合闸线圈因为要保证动作的快速性，一经带电迅速饱和，不能长时间带电，现场在分合闸不能操作时，都是依赖人工操作，迅速断开操作电源，以防烧毁跳合闸线圈，但当保护跳合闸时出现这种情况时，线圈就难免要烧毁了。
在合闸时，保护器主线或支线不单独瞬间闭合时，线路通径因自保持，一直带电，直到全部线路断开为止。合闸成功时，断路器处于合闸状态，其辅助开关常闭接点自然断开。由于以上原因之一或多个原因同时发生时，造成不能及时断开，主线长时间带电，支线也长时间带电，很容易烧坏线路上的合闸回路中的两个线圈；而因主线长时间带电，支线接点回路也长时间带电，也容易烧坏断路器接点和合闸电磁铁；由于合闸时，母线合闸电源提供100A左右电流，这时也容易使蓄电池组亏损。整个合闸系统，正常时在1s内合闸成功。合闸线圈、主线线圈也是按照允许瞬间通过大电流设计的。当长时间通过大电流时，就容易烧毁线圈。如果电路设计使合闸线圈通过较小电流时，保持电路很难自保持。线圈线径换大又受位置限制。
通过上述两种模式形成有效的回路故障保护机制。此种模式除了能够避免正常跳合闸过程中带来的电流冲击，更在如下两个方面保障了断路器的有效性。一方面，由于利用了电路中的剩余电量作为电流保护对冲，进而使得断路器的电池组能够有效的避免电量剩余过低问题；另一方面，由于该保护体系引入了回路支路的概念来对其进行构建有效的避免了由于绝缘不遵从等短路、接地行为而产生的问题。
四、新型保护装置应用研究
从上文的研究中我们不难看出，基于二次回路保护的构建体系是形成现阶段断路器跳合闸回路故障保护的主要应用模式。此种模式虽然较为常见，但是在实际的使用过程中也往往存在失效、应用复杂、构建与后续维养成本较高等客观问题。而随着科技的不断进步，现阶段亟待寻求一种具有较好效果的新型保护装置。从实践经验以及研究现状来看，新型保护装置主要从自动化以及单片机的角度出发形成了有效的研发贡献。
第一，基于电容器的新型保护装置应用。在回路保护装置中加装电容组，通过此种模式能够有效的消除电路中的可能谐波振动，也能够在一定程度上形成有效的过于电量保护，避免电流异常对于线路整体的冲击以及对开光装置的击毁。此种模式的保护装置原理并不算新颖，传统的该设备受到电容荷载以及电容组体积等限制无法得到有效的应用。而在近年来半导体材料方面所取得的进步已经允许小体积的设备出现，为后续的相关应用奠定了坚定的基础。
第二，基于单片机的保护监测装置应用。该系统并不是通过回路的构建来达成相关保护效果的。而是在带电检测的基础上能够对电路运行的实时状态以及断路器开关的运行状态进行监控。总所周知，无论是电流或绝缘等累积性电路故障还是开关的设备机械故障，其出现与发生均需要一个较长的过程。而在此过程中通过对其状态的监控能够有效获得设备维护的时间点，故而相关故障的产生。此种模式比存在故障后启动保护装置已达到降低损失的目的要较为有效。
上述的两种模式是近年来出现的智能回路保护装置，在实际的设计与施工过程中可以根据自身电网建设的实际需求来进行灵活的选取。尤其是在智能电网建设的大背景下，如何形成各个环节的智能依托与智能领域的可拓展性是尤为重要的。
五、总结
断路器是现代智能电网构建过程中的重要元件，是实现远程管理和智能控制的重要设施之一。然而，在实际的使用过程中由于各类原因容易造成断路器自身的故障与烧毁。本文基于这一背景对具体的断路器跳合闸回路中可能出现的故障进行系统性分析，并从传统二次回路保护以及新型断路器保障机制的角度入手分析可能的改进策略与具体的优化方案。希望通过本文的研究能够为今后的实际建设与升级提供指导性意见。
参考文献
[1]邱志伟,李志涛.断路器跳合闸回路故障保护分析[J].电子世界,2014,18:72.
[2]李传东.真空断路器合闸回路故障的快速查找方法[J].电世界,2015,10:20-21.
[3]张卫正.继电保护系统隐性故障在线监视与诊断技术[D].天津大学,2014.
论文作者:甘亮
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/9
标签：断路器论文; 回路论文; 电流论文; 线圈论文; 故障论文; 电网论文; 保护装置论文; 《电力设备》2017年第18期论文;