真空断路器在线监测系统研究.docx

真空断路器在线监测系统研究【关键词】真空断路器机械特性在线监测断线监测真空断路器是中压输配电网络中最为关键的执行器断路器的常见故障包括拒分、拒合、绝缘、开断故障导致故障的原因主要包括3个方面：（1）控制系统异常控制回路断开或脱扣器运动异常储能系统运行异常；（2）机械结构异常机构失灵、卡涉；（3）一次绝缘部件异常真空度下降绝缘部件性能降低导致击穿。断路器故障对电力系统的稳定运行具有非常重要的影响如果在需要断路器动作时断路器不能按照要求正常动作导致的后果一般是灾难性的会带来巨大的物质、经济损失。为此国内外的电力主管部门对断路器系统的在线监测一直比较重视；近年来由于电子、软件和传感器技术的发展断路器的在线监测系统也日趋成熟功能、精度和性能也得到了较大的提升。断路器系统是一个复杂的机电耦合的系统对其进行全面监测和诊断涉及的技术非常广泛；在低压侧断路器有储能回路、分合闸脱扣回路在高压侧有活动连接、真空绝缘结构、环氧绝缘结构；此外还具有复杂的机械系统不但瞬时运动速度高力和力矩大而且对运动精度要求高。为了全面监测断路器的运行状态需要通过对多种物理参数的实时测量和在线分析计算才能准确反映和预测设备的运行状态才可为断路器的操作、检修提供可靠的、全面的技术依据。综合国内外对断路器系统的研究成果目前对断路器系统地监测和诊断主要包括如下方面：（1）控制回路的连续性监测实时监视控制回路的连接线和控制电源是否正常在控制回路断开时可以提前发出报警提示。目前的技术方案主要是在控制回路的适当位置并联一个高阻抗的支路使一个较小的电流穿过整个控制回路（分闸、合闸和储能）如果控制回路断开电流不能形成回路即可发出报警信息；上述监测电路设计的关键在于选择合适的电流和并联接入点。监测电流的幅值应足够小不能导致电执行器产生动作。（2）控制回路的波形监测即在断路器每次动作时（分闸、合闸、储能）记录和分析控制回路的电流和电压信号分析电信号的波形以判断控制电路及所控制的驱动装置（脱扣线圈或储能电机）是否工作正常；目前发展成熟的技术主要针对直流的控制回路具有显著效果可以识别出脱扣机构的摩擦力、驱动力线圈的阻抗、感抗等参数也可以对比历次动作波形之间的差异并预测以后的动作趋势。针对储能机构可以识别驱动电机、储能机构、储能弹簧的异常状态。（3）机构的运动特性监测通过配置适当的位移、力和振动传感器等可以测量出断路器动作过程中的分/合闸速度、开距离、动作时间、行程、振动频谱等参数。如果配置力传感器还可以测量断路器机构中关键位置的作用力（如合闸状态下的闭合力等）。（4）真空度监测主要通过放电现象、电场梯度变化、离子电流、气压等方式直接或间接地判断真空灭弧室内的真空状态目前还没有真正成熟、稳定、准确的测量方案。相关技术都在发展过程中。（5）绝缘监测主要监视断路器一次回路绝缘部件的绝缘性能目前提出的方案包括泄漏电流法、局部放电法由于断路器绝缘部件结构复杂相关的监测系统较难实现准确性和实用性的良好结合。（6）活动连接部位的可靠性监测目前较为成熟的方案是通过监测断路器上下触头的接触未知的温度从而间接地反映上述未知的接触电阻。所采用的技术多种多样其中包括光纤测温法、声表面波测温法、红外测温法、一次回路取电和无线通信的接触式测温法等。上述方案各有优劣适用性与断路器的实际结构有很大关系。针对国内外与断路器在线监测有关的各项技术从技术成熟度、技术复杂性和准确性三方面可总结如表1所示。1真空断路器在线监测系统的结构在综合分析国内外断路器监测系统结构、功能和实现方案基础上本文提出如图1所示的在线监测系统的结构。该结构直接集成了目前成熟稳定的监测技术方案并具有较好的可扩展性可以根据用户需求集成、扩展新监测功能。在上述结构中系统核心由两个STM32系统组成控制回路波形采集和分析单元主要实现位移、力、控制线圈电流波形的采集和实时分析。断路器监测系统对电流波形和曲线的采样频率要求较高（一般10KHZ以上）同时还需要实时分析和计算波形参数从采集的波形数据中得到分、合闸时间、分合闸速度、开距、超行程等参数需要通过电压和电流波形分析控制回路的当前状态；为了完成上述的计算和分析任务数据处理单元需要配置较大的数据缓冲区完成一系列较为复杂的分析算法。为了使波形监测和分析过程不影响外部的通信、人机接口操作的实时性所以系统中配置了专用的控制回路波形采集和分析单元。在分析和计算完成后控制回路波形采集和分析单元通过并行接口将曲线和分析计算结果发送到主监测单元并由主监测单元存储或显示。主监测单元完成人机接口管理监视和响应用户操作；实现数据