多種通信方式并存的高壓斷路器故障診斷系統

祁美華，侯 姍

（晉中職業技術學院，山西 晉中 030601）

0 引 言

在控、配電系統中，高壓斷路器故障是造成非預期性停電事件的主要原因[1]。因此，對高壓斷路器進行實時監測和故障診斷，既是對斷路器情況預期了解的前提，又是增強控、配電穩固性的必經之路。長時間以來，工作人員在高壓斷路器預先檢修中只是盲目性的對設備進行解體和拆裝，不僅費時費力，還影響儀器壽命。電力儀器的檢查和診斷根據高壓斷路器實際運行情況，由預先兼修變為即時檢修，在線即時診斷的出現勢在必行[2]。本文提出了多種通信方式并存的高壓斷路器故障診斷系統，以解決上述問題。

1 高壓斷路器故障診斷系統硬件設計

1.1 現場監測儀的選取

現場監測儀處在高壓斷路器的控制集成單元內，包含數據搜集Agent和故障分析Agent兩個單元。數據采集Agent負責高壓斷路器各種信號的搜集，并保障采樣單位的即時性和功能性[3]。故障分析Agent負責對采樣單位數據的模擬處理，保障計算過程的精準性和實時性。在系統設計中主要是對執行單位啟動之前的四個過程和啟動后十個周期的單位數據進行采樣[4]。高壓斷路器信號的各個發射信號頻率不一樣，對現場監測儀的功能發揮提出了較高要求。在進行系統設計時，要綜合考慮系統對高質量和低成本的需求。因而采取了DLP與CLDP相結合的設計，其中，DLP單片機負責搜集低頻率信號，CLDP負責搜集高頻率信號。

1.2 單片機的選擇

MCS-61系列的單片機在非功能性電力企業控制中的應用非常廣泛。它把單板機的POA、CAC等終端接口芯片聚合在單一芯片中[5]，由此提高系統穩固性。然而61系列的單片機在使用時根本沒有辦法不再繼續擴散。為了發揮出真正單片機的特殊優點，選擇MSP932O系列單片機，這個系列的單片機具備使用過程功耗低，且兼具高效性和及時性。因此，MSP9320系列單片機在車載式儀表、電力傳感器、實用檢查儀器、自動化控制以及家庭智能化等專業的使用和推廣更為便捷，與傳統單片機相比MSP9320系列單片機性價比更高。

2 高壓斷路器故障診斷系統軟件設計

2.1 現場監測儀軟件設計

現場監測儀中的數據搜集單元Agent利用不同傳感器搜集高壓斷路器的某一運轉動作數據，故障分析Agent通過簡易的操作方法進一步處理搜集到的信息數據，并從中提取固有的特征數據，之后再依據預先設置好的應用規則，對高壓斷路器發生的任何故障進行初始化診斷。現場監測儀軟件的具體運轉發生在主控制芯片單元TMS920F2108單片機內[6]。現場監測儀軟件主要采取的是計算機C語言編程，軟件開發利用環境則是CCS4.3。現場監測儀在恢復電路之后，單片機最先開始實現各個參數值的模擬化，并對系統進行自我更新和檢查，以便確定系統是否在正常運轉。然后現場監測儀會依據開關量判斷高壓斷路器能否照常運轉，一旦高壓斷路器沒有正常運轉，會進入自我檢查和更新狀態。由于監測儀分析Agent的數據處理單位程序內是利用中斷觸發點的方式，因此之后主程序會自主進入初始化程序處理故障，通過初始化程序中的每一個內部程序執行和完成故障數據的處理。

2.2 組建振動信號采集系統

振動信號搜集系統主要有信號搜集模塊、信號轉換模塊、信號處理模塊以及可以及時更新和上傳數據的上位系統。搜集系統結構見圖1。

圖1 振動信號搜集系統結構

搜集軌道會將搜集到的處理信號通過轉換電源變換為0～10 V信號，之后再上傳至轉換模塊內，轉換成功后顯示的振動信號必須經過轉換電路使其電壓降為4.4 V的振動信號，上傳至信號處理模塊[7]。信號處理模塊對信號進行初始化處理以后，會進一步利用RS985傳感器上傳至上位機，通過上位機對信號進行傳輸和更新。

2.3 高壓斷路器儲能電流信號

電力運轉系統中普遍范圍內使用的高壓斷路器儲能單位一般情況下是儲能彈簧，在電流直接通導的基礎上，儲能發電機會開始發動運轉，在這個過程中會連續帶動儲能彈簧的加壓，從而形成物理形變的儲能。高壓斷路器儲能元件情況的故障檢查和診斷手段主要有以下兩種：第一種是借助壓力傳感器檢測儲能彈簧受壓狀態，針對高壓斷路器開關合閘狀態下的彈簧性狀進行評估；第二種是借助電流傳感器檢測儲能發電機發射的電流傳導信號，利用電流信號之間的彼此聯系，評估彈簧發生的物理形變。

3 實驗論證分析

為保證多種通信方式并存高壓斷路器故障診斷系統的有效性，進行了實驗論證。為保證實驗的嚴謹性，采用傳統故障診斷方法作為實驗論證對比，對診斷結果的精確度進行統計。實驗論證結果曲線如圖2所示。通過曲線圖可知，故障診斷和治療方面的精確度要遠遠高于傳統設計，且穩定性能優良。

圖2 實驗論證結果曲線

4 結 論

通過對多種通信方式并存的高壓斷路器故障診斷系統進行設計，根據電源電路上傳的數據反饋和故障分析數據，對故障進行調整。實驗論證表明，設計方法十分有效，希望為多種通信方式并存的高壓斷路器故障診斷系統設計提供理論依據。