高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

耿飛 楊沛生

摘 要：本文分析了對高壓斷路器機械特性進行在線監(jiān)測的必要性，給出了高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成，并分析了機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)各參量監(jiān)測原理，以期為高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高壓斷路器;機械特性;在線監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TM561文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）28-0071-02

Abstract： This paper analyzed the necessity of on-line monitoring of the mechanical characteristics of high-voltage circuit breakers， and gave the system composition of the online monitoring system for the mechanical characteristics of high-voltage circuit breakers， and analyzed the principle of on-line monitoring system parameters， in order to provide reference for the design of on-line monitoring system for high-voltage circuit breakers.

Keywords： high voltage circuit breaker;mechanical characteristics;on-line monitoring system

斷路器是電力系統(tǒng)中最主要的高壓電器設(shè)備，其重要性不言而喻。為提高斷路器運行的可靠性，需要對斷路器進行必要的檢查和維修。當前，采取的檢修措施主要是“定期檢修”，即按固定的時間周期對斷路器進行停電檢修。定期檢修存在兩方面不足：一是設(shè)備存在潛在的不安全因素時，因未到檢修時間而導致不能及時排除隱患;二是設(shè)備狀態(tài)良好，但到檢修時間時必須對其進行檢修，檢修存在較大的盲目性。高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)能對斷路器當前的機械狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并對歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)進行記錄，可以對斷路器的運行可靠性及控制可靠性進行評估，為“定期檢修”向“狀態(tài)檢修”過渡提供支持。

1 高壓斷路器機械特性參量

高壓斷路器合閘過程中的機械特性參量包括合閘行程、合閘時間、合閘速度和合閘線圈電流峰值等。高壓斷路器分閘過程中的機械特性參量包括分閘行程、分閘時間、分閘速度和分閘線圈電流峰值等。對于采用彈簧操作機構(gòu)的高壓斷路器，合閘完成后，儲能電機開始運行，需要對儲能電機的單次運行時間進行監(jiān)測。

2 高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由位移傳感器、合閘線圈電流傳感器、分閘線圈電流傳感器、儲能電機電流傳感器、斷路器輔助觸點、機械特性監(jiān)測IED和人機界面等構(gòu)成。各組成部分的關(guān)系如圖1所示。

2.2 位移傳感器

位移傳感器主要用于對斷路器合閘行程和分閘行程進行測量，可分為直線位移傳感器和角度位移傳感器。直線位移傳感器一般安裝在斷路器觸頭拉桿上;角度位移傳感器安裝在與斷路器觸頭運動相關(guān)的操作機構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸上。按照輸出信號的類型，位移傳感器可分為模擬量輸出型位移傳感器和數(shù)字量輸出型位移傳感器。模擬量輸出型位移傳感器一般應(yīng)用于離線式的機械特性儀。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的便利性，機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)一般采用數(shù)字量輸出型的位移傳感器，如增量式光電編碼器[1]。

2.3 電流傳感器

電流傳感器包括合閘線圈電流傳感器、分閘線圈電流傳感器和儲能電機電流傳感器，分別用于對合閘線圈、分閘線圈、儲能電機的電流波形進行監(jiān)測。目前，常用的電流傳感器為采用霍爾原理的穿心式電流傳感器，串聯(lián)安裝在斷路器合閘回路、分閘回路和儲能電機回路上。穿心式電流傳感器可以在不破壞原來電氣回路和增加原來電氣回路復雜性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)電流采樣，可將被測電流轉(zhuǎn)換為0～5V信號供機械特性監(jiān)測IED使用。

2.4 機械特性監(jiān)測IED

機械特性監(jiān)測IED是機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)的運算核心，主要功能如下：①提供與位移傳感器、電流傳感器進行通信的接口并接收各傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù);②通過內(nèi)置于IED中的程序?qū)Ω鱾鞲衅鞯臄?shù)據(jù)進行綜合計算，并將計算結(jié)果保存在IED存儲設(shè)備中;③將高壓斷路器最新一次的機械特性數(shù)據(jù)傳輸至人機界面中進行顯示和告警。

2.5 人機界面

人機界面為顯示機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的軟件界面，用于顯示高壓斷路器最新一次動作后的機械特性數(shù)據(jù)。變電站運行人員通過人機界面查看斷路器機械特性數(shù)據(jù)是否正常，判斷斷路器是否存在機械故障。

3 機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)各參量監(jiān)測原理

3.1 合閘行程、分閘行程監(jiān)測原理

對于采用直線位移傳感器的機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)，傳感器測得的位移量即為斷路器觸頭合閘行程、分閘行程。對于采用角度位移傳感器的機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)，需要在機械特性監(jiān)測IED中編制計算程序，將角度位移傳感器測量的旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)換算為斷路器觸頭的直線行程數(shù)據(jù)。

3.2 合閘時間、分閘時間監(jiān)測原理

合閘時間的計算起點為合閘線圈開始通電的時間，合閘時間的計算終點為斷路器剛合點。分閘時間的計算起點為分閘線圈開始通電的時間，分閘時間的計算終點為斷路器剛分點。合閘線圈或分閘線圈開始通電的時間可以通過相應(yīng)的電流傳感器進行監(jiān)測。斷路器剛合點、剛分點不能通過傳感器直接進行監(jiān)測，但可以通過位移傳感器進行間接測量。以角度位移傳感器為例，使用離線式機械特性儀同時采集角度位移傳感器輸出信號和斷路器主回路接通（斷開）信號，可確定斷路器主回路接通（斷開）時角度位移傳感器對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，可在機械特性監(jiān)測IED中將該角度定義為斷路器的剛合點（剛分點）。

3.3 合閘速度、分閘速度測量原理

合閘（分閘）速度為高壓斷路器合閘（分閘）過程中觸頭在某一段行程中的平均速度。國家標準對該段行程的選擇上沒有明確的規(guī)定，由高壓斷路器生產(chǎn)廠家進行考慮。機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)要實現(xiàn)合閘（分閘）速度的測量，就必須根據(jù)高壓斷路器生產(chǎn)廠家的建議，在機械特性監(jiān)測IED中設(shè)定需要進行速度運算的行程區(qū)間。在斷路器進行合閘（分閘）操作時，對這段行程區(qū)間進行計算，并運算出這段行程區(qū)間內(nèi)的平均速度，即為合閘速度、分閘速度。

3.4 電流及儲能時間測量原理

電流傳感器可以對合閘線圈、分閘線圈、儲能電機的完整電流波形進行監(jiān)測，并由在線監(jiān)測IED對電流波形進行計算后得出合閘線圈電流峰值、分閘線圈電流峰值、儲能電機單次運行時間。

4 結(jié)語

為了提高智能斷路器運行的安全可靠性，本文設(shè)計了一款高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)，以期為相關(guān)學者的研究提供借鑒。

參考文獻：

[1]姜義.光電編碼器的原理與應(yīng)用[J].傳感器世界，2010（2）：16-19.