斷路器狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

孫衛(wèi)華

(山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司,山東濟(jì)南 250101)

現(xiàn)階段對(duì)于斷路器的檢測的方法較多,本文分析得出,常用方法有以下三種,第一種方式為事故發(fā)生后檢修,此方法是在電氣設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)故障之后,才對(duì)斷路器進(jìn)行檢修工作,這種方式檢修不及時(shí),很大程度上影響電氣設(shè)備的壽命以及人們的生活質(zhì)量或生產(chǎn)工作;第二種方式為定期檢修,要求制定檢修周期,即無論設(shè)備上是否發(fā)生故障,都要暫時(shí)關(guān)機(jī)停止工作,對(duì)斷路器進(jìn)行整套常規(guī)檢修,這種方式相較于事后檢修而言,只要檢修周期制定合理,就可以較為有效地減少事故發(fā)生率,但是此方式?jīng)]有針對(duì)性,盲目性較大,較多的浪費(fèi)人力物力,停機(jī)檢修也會(huì)造成設(shè)備暫時(shí)停用而導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低,以及一些生活上的不便;第三種方式為狀態(tài)檢修,這種檢修方式綜合運(yùn)用了傳感器,計(jì)算機(jī)以及信息處理等技術(shù),此檢修方式是在設(shè)備運(yùn)行過程中,對(duì)設(shè)備中的斷路器工作狀態(tài)的檢測以及故障診斷的一種方法,由于這種方法可以在工作過程中進(jìn)行,所以能夠有效避免因?yàn)橥C(jī)檢修而造成的損失,因此,對(duì)狀態(tài)檢測的研究越來越多,這種方法被廣泛應(yīng)用。

1 斷路器故障診斷技術(shù)的發(fā)展評(píng)價(jià)

研究得知,美國最先涉足這一領(lǐng)域,在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始在設(shè)備故障診斷領(lǐng)域探索了,在1961年組織成立了一個(gè)檢測故障預(yù)防小組,專門探索研究設(shè)備的檢測診斷技術(shù),同時(shí)分析故障產(chǎn)生的原因以及預(yù)估故障影響,及設(shè)備可靠性分析。此方法即為狀態(tài)檢修,可以降低故障突發(fā)時(shí)產(chǎn)生的消極影響,防止由于對(duì)故障處理不及時(shí)而使故障影響擴(kuò)大,有很大的經(jīng)濟(jì)意義。同樣,歐洲許多國家也開始發(fā)展故障檢測診斷技術(shù),并且取得了一些喜人的成就。20世紀(jì)80年代初,世界上越來越多的國家也對(duì)此項(xiàng)技術(shù)愈加關(guān)注,同時(shí)各國也開始了對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的研究,用電設(shè)備的壽命及工作效率都有一定的提升,隨著許多高新技術(shù)的迅猛發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等逐漸滲入到設(shè)備館長檢測診斷技術(shù)中,各種高新技術(shù)的融合,互相作用,使得故障檢測診斷技術(shù)也獲得了極大的進(jìn)步,20世紀(jì)80年代以后,在實(shí)際工程中也開始廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、粗糙集理論以及模糊數(shù)學(xué)等前沿科學(xué),并取得傲人成績。當(dāng)今世界發(fā)達(dá)國家開始向智能故障診斷技術(shù)方向發(fā)展,許多機(jī)械電子的設(shè)備故障診斷專家在專家系統(tǒng)有較深度基礎(chǔ)的國家中已經(jīng)基本完成了研究和試驗(yàn),開始進(jìn)入廣泛應(yīng)用階段。

國內(nèi)對(duì)于斷路器監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的研究處于發(fā)展階段。近年來,國內(nèi)在此領(lǐng)域的研究中也做出了極大的努力,并且獲得很大突破,不過在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的斷路器檢測故障診斷系統(tǒng)還是存在一些不足之處,其檢測效率、檢測精度需要進(jìn)一步提升。此外,在國內(nèi)的研究環(huán)境下,斷路器檢測故障診斷系統(tǒng)種類較少許多都大同小異,對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)也就較為乏力。由于受到傳感器的限制,現(xiàn)有的檢測及故障診斷系統(tǒng)的精確度不能得到很好的保證。所以對(duì)于傳感器加大研究和改進(jìn)力度,使其更夠有助于提高檢測系統(tǒng)的精度,減少技術(shù)因素以及外界環(huán)境因素帶來的干擾性影響。同時(shí),對(duì)于故障診斷的定量標(biāo)準(zhǔn)和測評(píng)標(biāo)準(zhǔn),還沒有很好的統(tǒng)一。現(xiàn)在只是依靠經(jīng)驗(yàn)來對(duì)檢測的結(jié)果進(jìn)行診斷,這就會(huì)造成較大的誤差。而且沒有大力融合現(xiàn)在較為發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算技術(shù),這對(duì)于實(shí)現(xiàn)檢測診斷的智能化應(yīng)用產(chǎn)生較大影響。

2 斷路器故障狀態(tài)檢測技術(shù)

羅氏線圈實(shí)質(zhì)上是測量電流的線圈,它的結(jié)構(gòu)較為簡單,只需將線圈均勻纏繞在一段具有磁性,但是非鐵的物體上。正是因?yàn)檫@種羅氏線圈電流互感器中沒有應(yīng)用任何鐵磁性的材料,而且結(jié)構(gòu)簡單,所以,可以通過一個(gè)對(duì)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行積分的電路,就可以真實(shí)的還原輸入電流的大小,相位誤差極低,測量的范圍也更加廣泛。現(xiàn)階段,電網(wǎng)智能化程度越來越高,對(duì)于電網(wǎng)的故障診斷檢測和保護(hù)工作也越來越重要,智能斷路器用于控制和保護(hù)低壓配電網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)行狀態(tài)。智能斷路器能夠?qū)崿F(xiàn)電子操作,有效地將機(jī)械儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化成電容儲(chǔ)能,變機(jī)械傳動(dòng)為變頻器經(jīng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),機(jī)械系統(tǒng)的可靠性更高。因?yàn)榱_氏線圈有其獨(dú)特的工作的原理以及特性,所以在現(xiàn)代斷路器監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)中也逐漸應(yīng)用羅氏線圈。應(yīng)用羅氏線圈的檢測系統(tǒng)在工作時(shí)會(huì)對(duì)斷路器的輸出電壓進(jìn)行檢測分析處理,從而呈現(xiàn)出積分的電路,這樣就可以檢測出斷路器工作時(shí)的實(shí)時(shí)電流。由于羅氏線圈最大的優(yōu)點(diǎn)之一就是其相位誤差很小,所以在現(xiàn)實(shí)情況中可以適用于很大范圍的測量需求。科研者對(duì)于羅氏線圈的認(rèn)識(shí)逐步加深,也越來越熟悉它的應(yīng)用,同時(shí)國家發(fā)展,社會(huì)進(jìn)步,對(duì)電網(wǎng)的智能化需求愈加顯著,所以對(duì)于檢測診斷系統(tǒng)也就更加需要,而有著諸多優(yōu)點(diǎn)的羅氏線圈也就會(huì)應(yīng)用地更廣泛。應(yīng)用羅氏線圈電流互感器的智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng),其優(yōu)點(diǎn)顯著,可以檢測出斷路器線圈的實(shí)時(shí)電流,并且整個(gè)檢測診斷系統(tǒng)的工作效率很高,檢測運(yùn)算較快,幾乎無相位誤差,結(jié)果精確度高。

圖1 斷路器狀態(tài)檢測及故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 斷路器狀態(tài)檢測及故障診斷系統(tǒng)機(jī)構(gòu)

本系統(tǒng)采用上位機(jī)和下位機(jī)組合應(yīng)用的形式,上位機(jī)包括數(shù)據(jù)庫以及參數(shù)計(jì)算單元,下位機(jī)主要包括信號(hào)接口、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、通信單元以及傳感器。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),如圖1所示。

傳感器負(fù)責(zé)探測羅氏線圈電流,將實(shí)時(shí)測量出的電流信號(hào)經(jīng)由信號(hào)接口傳輸給信號(hào)調(diào)理模塊,經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊處理后傳遞給A/D轉(zhuǎn)換模塊,經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)一步對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換,最終輸出數(shù)字信號(hào),通信單元連接上位機(jī)與下位機(jī)把經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊處理得到的數(shù)字信號(hào)傳遞到上位機(jī)的參數(shù)計(jì)算單元,數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存著許多運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)算參數(shù),參數(shù)計(jì)算單元通過數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),得到斷路器的實(shí)時(shí)狀態(tài),并對(duì)斷路器的狀態(tài)進(jìn)行分析,同時(shí)將得到的數(shù)據(jù)結(jié)果再儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中,以便以后調(diào)出,對(duì)比分析。其中應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)需要采用抗干擾能力強(qiáng)的設(shè)備,來降低設(shè)備所處的現(xiàn)場環(huán)境對(duì)檢測結(jié)果分析的影響,使上位機(jī)分析得到的結(jié)果更準(zhǔn)確。

4 結(jié)語

斷路器作為用電設(shè)備中重要部件之一,對(duì)它進(jìn)行檢測和故障診斷就很有必要,通過對(duì)國內(nèi)外的設(shè)備檢測及故障診斷技術(shù)的分析,確定本文的研究設(shè)計(jì)方向,利用羅氏線圈互感器來檢測斷路器線圈的實(shí)時(shí)電流,通過傳感器來收集電信號(hào),采用上位機(jī)與下位機(jī)的形式,來把電信號(hào)處理成數(shù)字信號(hào),并且根據(jù)數(shù)據(jù)庫來分析斷路器的狀態(tài),如有故障,及時(shí)排除保證設(shè)備正常工作。

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