基于DSP 的火電廠高壓斷路器故障監測系統

張效源

（浙江大唐烏沙山發電有限責任公司，浙江 寧波 315000）

0 引 言

電力系統設備中，斷路器是僅次于發電機和變壓器的大型設備，起到運行控制作用[1]。隨著科技的發展，人們對斷路器的要求提高。目前的斷路器存在監測系統功能單一、通用性差、缺乏數據積累及數據分析能力不夠等劣勢。傳統的斷路器只是一個執行開關功能的裝置，不能及時提醒故障。以往斷路器實驗的電壓遠低于正常運行電壓，所以以往實驗從未達到監測目的，存在局限性。為保證電力設備安全運行，減少斷路器故障[2]，提出了基于DSP的火電廠高壓斷路器故障監測系統設計。通過對斷路器的硬件設計和軟件設計，以實時監控斷路器狀態，減少故障損失。

1 高壓斷路器故障監測系統硬件設計

高壓斷路器故障監測系統應具有良好的監測性能和穩定性。此次設計的高壓斷路器故障監測系統的硬件配置包括數據采集端口、模擬信號隔離器、母版、電源板、計算機主機、上位機、掃描儀、串口、鍵盤、A/D轉換接口及打印機[3]等，可完成各路信號的調理和運算。采用DSP處理器進行多監測量的監測，利用斷路器開斷電流計算電壽命，實現采集和快速運算的雙重功能，同時保證信號處理的快速性和準確性。通過OPI監測裝置對系統進行監測，監測流程如圖1所示。

由圖1可知，具體監測流程：硬件系統通電后，通過串口從傳感器讀取數據，采集相應的頻率信號和數字量輸入進行數據處理；把電壓調至規定的范圍進行數據輸入，在硬件系統內進行頻率轉換和分析數據，最后把分析診斷的結果通過串口發送至上位機顯示出來[4]。

圖1 OPI監測裝置監測過程

通過斷路器的OPI監測裝置實時對火電廠齒輪箱、相應部件轉速及震動加速度進行監測。它能對斷路器的信號進行變換，并發送到采集端口，作為斷路器的故障診斷數據。對火電廠設備的所有檢測量進行采集處理，能避免大數據下傳輸電纜量大、不可靠的缺點。對設備進行巡回檢測，有利于及時診斷系統[5]。傳感器輸出的各種信號，不能直接進入A/D接口，需經過預處理。在變換器內輸入回路對電容進行干擾，在進行回路輸出時加低通濾波。

轉換后，利用OPI監測裝置將火電廠斷路器工作狀態在線可視化，利用上位機顯示出監測的各裝置的工作情況，使工作人員了解實時情況，以便發生故障時及時發出報警信號。OPI監測裝置在預估數據的基礎上，對采集的故障信號生成相應的網絡圖層，更改未出現故障時的結構配置，選取圖層單元，使用數量化理論開展選擇工作。當OPI監測裝置工作后，使用人員能及時發現不正常信號。如果出現故障，監測裝置通過上位機傳遞相應的信息，系統將發出的故障信息進行相關部件的在線診斷，并將診斷結論發送到監控的計算機上，從而達到實時監測的目的。

2 高壓斷路器故障監測系統軟件設計

本系統軟件由上位機軟件控制查詢，實現對斷路器的監測，包括數據接收、數據查詢、故障監測及數據處理，過程如圖2所示。

圖2 軟件處理流程圖

將管理板接收的數據存儲到海量存儲器，進行數據匯總處理，按照需要進行顯示板與上層系統的數據傳輸。啟動判斷，在采樣間隔內計算采樣數據，判斷故障是否啟動，并查詢主控板狀態，沒有數據傳輸時，不斷地進行數據查詢，監測到故障時，將故障數據進行故障重現和數據調試。通過建立關系數據庫HBNDU進行數據編程，使用數據庫建模，采集斷路器和電機操動機構數據，實時傳送，并及時記錄故障。

數據預處理的計算公式為：

其中，?代表查詢目標，t代表故障觀測值，n+1代表接收數據次數，本次計算不做定向研究。

數據處理后，診斷故障參數，公式為：

其中，H代表故障參數，Σc代表發生循環數值，v2代表原始值參數，本次計算不做定向研究。

通過軟件計算，將火電廠的高壓斷路器故障進行推演計算。將發生的故障在計算機上進行反演，以計算來解決故障。為提高管理水平，建立電網歷史數據庫，包括動作日期和電機動作曲線等。對斷路器故障信息進行查詢、統計分析、打印及刻盤，以供查詢。

3 實例分析

為確保設計系統的有效性，將本文系統與傳統監測系統進行對比。對某火電廠高壓斷路器故障進行仿真實驗，設置某處故障，運用本文系統和傳統監測系統進行故障監控，監控結果如表1所示。

表1 對比結果

由表1可知，傳統監測方法的故障發現時間慢，合閘時間長，會對其他程序造成一定傷害，且故障診斷完成度低。本文監測系統可看見電機的形成曲線，從形成曲線上能讀取任意時間的數值，能及時發現故障，合閘速度快，彈跳小，對故障造成的危害最低，且上級界面友好，可讀性強。

通過對比證明了本文監測系統的有效性，且故障監測速度快，能在一定程度上有效克服傳統斷路器的監測問題，具有一定推廣意義。

4 結 論

針對火電廠高壓斷路器故障在線監測存在的問題，提出了基于DSP的斷路器在線監測系統設計。本文設計的高壓斷路器在線監測系統能監測各機械參數，及時掌握運行狀態，接收數據，并及時對發生的故障進行診斷和處理，減少斷路器故障帶來的損失。本設計能提升火電廠運行穩定性，保證供電質量。