剖析智能化斷路器機械特性在線監測關鍵技術設計及驗證

劉偉

摘 要：文章以12 kV（VS1）真空斷路器，針對智能化斷路器機械特性在線監測關鍵技術進行了概述，并探析了智能化斷路器機械特性在線監測技術設計方法及其驗證，同時分析了剛合點、剛分點的獲取方法，以供參考。

關鍵詞：智能化斷路器 機械特性 在線監測關鍵技術 驗證

中圖分類號：TM56 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（a）-0030-02

斷路器在電網系統中發揮著至關重要的作用，其運行水平直接影響整個電網系統運行的安全性和可靠性。機械特性參數是判斷斷路器運行狀態的重要指標，通過對斷路器的機械特性參數進行監測，能夠判斷斷路器是否能夠正常、穩定運行。傳統的斷路器機械特性監測采用離線監測技術，難以滿足智能化斷路器機械特性監測的實際要求。在線監測技術的應用，能夠有效地解決離線監測技術的各種弊端，更加快速、直觀地獲得斷路器的機械特性。因此，文章針對智能化斷路器機械特性在線監測關鍵技術設計及驗證的研究具有非常重要的現實意義。

1 智能化斷路器機械特性在線監測技術關鍵技術概述

傳統離線式機械特性監測，通常應用5 cm直線位移傳感器對斷路器的行程進行測量，對三相真空滅弧室的分、合信號進行采集，并以此為依據獲得剛分點、剛合點的信號，這樣能夠為斷路器機械特性各種參數的計算提供可靠的依據。離線監測技術和在線監測的區別在于傳感器安裝在斷路器的內部，不會對斷路器的結構、絕緣特性以及機械特性等產生不良影響，因此傳感器的體積相對較小，并且能夠快速、方便地獲取離線測量的剛合點、剛分點。智能化斷路器（12 kV（VS1）真空斷路器）機械特性的在線監測需要施加12 kV高壓，如何獲取剛合點、剛分點也是一個難點。智能化斷路器狀態監測的參數主要包括以下幾個方面：合閘數據，主要包括：合閘線圈電流、合閘速度、合閘實踐以及全行程；分閘數據，主要包括分閘線圈電流、分閘速度、剛分速度、分閘實踐以及開距等。

2 智能化斷路器機械特性在線監測技術設計方法及其驗證

（1）直線位移傳感器在線監測技術設計方法及其驗證。傳統機械特性測試儀主要采用直線位移傳感器在線監測技術，對斷路器的機械特性參數進行檢測。直線位移傳感器通常設置在斷路器動靜觸頭運動方向上，這樣能夠對斷路器的行程-時間特性參數進行直接的反映。因為受到12 kV（VS1）真空斷路器開關空間的限制，應該選擇體積相對較小的直線位移傳感器，并將其安裝在斷路器中。12 kV（VS1）真空斷路器的全行程通常介于13～15 mm之間，所以應該將直線位移傳感器的形成控制在20 mm，這樣既能夠滿足測量的要求，同時還能夠減小傳感器的體積。在進行合閘、分閘測試時，需要將采樣周期控制在40 μs左右，選擇5 000為采樣點，經過計算，一個合閘、分閘過程的采樣時間為200 ms（40×5 000），更好地滿足12 kV（VS1）真空斷路器運動特性的監測要求。

（2）角度位移傳感器在線檢測技術設計方法及其驗證。因為不能對12 kV（VS1）真空斷路器的原始結構進行改變，需要選擇體積相對較小的位移傳感器，以此保證位移傳感器能夠安裝到斷路器內部，角度位移傳感器的體積相對較小，并且安裝方式也能夠符合斷路器的要求，角度傳感器外觀如圖1所示。通常狀況，將角度位移傳感器安裝在12 kV（VS1）真空斷路器的主軸上，對主軸的分閘、合閘位移-時間曲線進行測試，這樣能夠對動觸頭的直線-時間特性進行直接的監測。通過對12 kV（VS1）真空斷路器的機械設計圖進行分析，能夠推導出斷路器的主軸、絕緣拉桿和動觸頭存在直線運動關系。

角度位移傳感器的設計計算公式包括為：

按照公式（1）～（9），能夠對主軸旋轉角度對應的形成進行計算，公式中i表示輸入的角度，L3表示計算獲得的形成，單位為mm，其他參數全部為中間變量。因為在對12 kV（VS1）真空斷路器的機械特性參數進行采樣時，對實時性的要求非常高，這就要求在實際算法之前按照上述公式進行計算，然后把直線和角度形成的對應關系錄入程序儲存器，動觸頭的直線位移量可以通過查表獲得。通過實際監測，12 kV（VS1）真空斷路器的機械特性和測試結果基本一致，并且測試參數的精度由斷路器和角度位移傳感器裝配的一致性、機械加工部件的一致性以及采樣點數等共同決定。

3 剛合點、剛分點信號的獲取方法

合閘速度是ABC第一個相合上時刻所在位置與剛合之前運行形成的差值與該段形成時間的比值；分閘速度是ABC第一個相合分開后運動的距離和相應時間的比值。由此可見，剛合點與剛分點信號的獲取，與斷路器機械特性的監測存在密切的關聯。剛合點、剛分點信號的獲取方法分別表現如下。

（1）剛分點信號獲取方法。采用自適應算法能夠快速、準確地獲得剛分點的信號，斷路器合閘、分閘時長度位移軸上剛合點與剛分點處于相同位置，并且在實際分閘過程中，只需要對時間值與長度位移值進行采集，時間和位移信息采集完成后，由軟件根據剛合點在長度位移軸上的位置確定分閘動作剛合點的位置，當確定了剛分點在位移-時間上的位置，就能夠準確地找出剛分點。

（2）剛合點信號獲取方法。剛合點信號通常采用同一臺12 kV斷路器上的傳統離線測量與振動傳感器測量獲得，并且通過大量合閘動作，振動傳感器測量剛合點信號和傳統離線測量剛合點信號基本吻合，能夠滿足12 kV（VS1）真空斷路器機械特性參數監測要求。

4 結語

綜上所述，直線位移傳感器在線監測技術、角度位移傳感器在線檢測技術能夠很好地滿足斷路器機械特性參數在線監測的要求，同時剛合點、剛分點信號獲取也是在線監測技術的難點，文章對此進行了分析和驗證，希望能夠為行業使用提供一定的參考。

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