斷路器在線監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)說(shuō)明書 正文目錄1前言41.1研究?jī)?nèi)容41.2設(shè)計(jì)原則52產(chǎn)品定義52.1產(chǎn)品功能定義52.2產(chǎn)品特點(diǎn)63產(chǎn)品設(shè)計(jì)63.1輸入信號(hào)63.1.1交流信號(hào)63.1.2直流信號(hào)73.1.3開關(guān)量信號(hào)83.2輸出信號(hào)83.2.1LED顯示83.2.2通訊端口83.3存儲(chǔ)83.4故障事件機(jī)制83.5斷路器事件記錄啟動(dòng)條件93.6性能參數(shù)94狀態(tài)量數(shù)據(jù)建模94.1穩(wěn)態(tài)測(cè)量94.2動(dòng)態(tài)測(cè)量104.3數(shù)據(jù)接入規(guī)范105系統(tǒng)設(shè)計(jì)125.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成實(shí)現(xiàn)原理125.2系統(tǒng)硬件125.3斷路器監(jiān)測(cè)裝置工作原理146技術(shù)路線196.1硬件設(shè)計(jì)197各監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)207.1觸頭溫度、行程在線監(jiān)

2、測(cè)系統(tǒng)207.2操作線圈電流的在線監(jiān)測(cè)208結(jié)語(yǔ)211 前言電力系統(tǒng)中，高壓斷路器數(shù)量最多、檢修量大、費(fèi)用高。變電站中斷路器是機(jī)械和電氣動(dòng)作頻繁的設(shè)備,易于發(fā)生故障，有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，斷路器所造成的事故無(wú)論是在次數(shù)，還是在事故所造成的停電時(shí)間上都占據(jù)總量60以上，變電站維護(hù)費(fèi)用的一半以上是用在高壓斷路器上。另外據(jù)統(tǒng)計(jì)，10%的斷路器故障是由于不正確的檢修所致，斷路器的大修完全解體，既費(fèi)時(shí)間，費(fèi)用也很高，而且解體和重新裝配會(huì)引起很多新的缺陷。因此，及時(shí)了解斷路器的工作狀態(tài)對(duì)提高供電可靠性有決定性意義；并可以大大減少盲目定期檢修帶來(lái)的資金浪費(fèi)。另一方面。斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)斷路器由計(jì)劃?rùn)z修到狀態(tài)的

3、轉(zhuǎn)變創(chuàng)造條件；為GIS的廣泛應(yīng)用和智能化斷路器的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。 高壓斷路器是保證高壓輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵部件之一，因此確保斷路器的可靠運(yùn)行極為重要。高壓斷路器的絕大部分事故源于機(jī)械方面的原因，故研究其機(jī)械故障診斷具有重要的意義。目前國(guó)內(nèi)都采用離線例行試驗(yàn)和操作對(duì)高壓斷路器進(jìn)行定期檢修,這種計(jì)劃性的預(yù)防檢修盲目性大，費(fèi)用高，而且解體拆裝容易對(duì)斷路器造成傷害，降低了利用率和可靠性。高壓斷路器合分閘時(shí)的各機(jī)械參量包含了斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)斷路器每次動(dòng)作時(shí)的各機(jī)械參量數(shù)據(jù)，為故障診斷以及狀態(tài)檢修提供了大量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。1.1 研究?jī)?nèi)容高壓斷路器故障分為機(jī)械方面和電氣方面

4、兩大類根據(jù)提取的機(jī)械和電氣特征參量,采用模糊綜合評(píng)判方法,將評(píng)判對(duì)象的各種相關(guān)聯(lián)或不相關(guān)聯(lián)的單參數(shù)性能指標(biāo),歸一化后成為可比和可量化的量,綜合在一起運(yùn)用綜合評(píng)判算法對(duì)高壓斷路器的使用壽命做出綜合全面的評(píng)估,以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓斷路器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷研究。 其中對(duì)于斷路器電壽命的預(yù)測(cè),采用了一種基于最小二乘法的綜合評(píng)估方法;對(duì)于利用電量監(jiān)視斷路器機(jī)械等特性方面,提出了一種基于小波理論的方法,可更準(zhǔn)確獲得基于操作電流的動(dòng)作過(guò)程和基于主觸頭電流的電弧起弧時(shí)刻,從而有助于提高狀態(tài)監(jiān)測(cè)水平。斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能及時(shí)了解斷路器的工作狀態(tài)、缺陷的部位，減少過(guò)早或不必要的停電試驗(yàn)和檢修，減少維護(hù)工作量，降低維修費(fèi)

5、用，提高檢修的針對(duì)性，可顯著提高電力系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性。1.2 設(shè)計(jì)原則  (1) 集成性。集高壓斷路器多項(xiàng)監(jiān)測(cè)功能于一體，有利于多信息的融合，支持網(wǎng)絡(luò)化集中管理。    (2) 通用性。由于斷路器絕緣介質(zhì)的不同（如油、SF6氣體、真空），監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目不一樣。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮足夠多的采樣通道，保證采樣板的通用性，可以滿足不同類型的斷路器要求。在軟件設(shè)計(jì)中，采用組態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同類型斷路器相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。    (3) 擴(kuò)充性。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)的斷路器的個(gè)數(shù)不受限制；考慮斷路器就地采樣單元與變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的兼容，能為變電站綜合

6、自動(dòng)化提供信息。    (4) 組合性。斷路器就地采樣單元內(nèi)部插件模塊化。    (5) 可靠性。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)良好的電磁兼容性和自檢功能。2 產(chǎn)品定義2.1 產(chǎn)品功能定義便攜式斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀可應(yīng)用于10kV到500kV各種類型（少油、多油、真空、SF6）斷路器的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，捕獲斷路器關(guān)鍵的“初始觸發(fā)”動(dòng)作，分析其第一次跳閘情況，真實(shí)反映斷路器運(yùn)行狀態(tài)下特性；又可離線測(cè)試?？梢灾苯影惭b在斷路器控制柜或控制室內(nèi)。它能夠監(jiān)測(cè)斷路器導(dǎo)電回路、控制回路、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，記錄主要開關(guān)觸點(diǎn)的磨損狀況。該儀器通過(guò)監(jiān)測(cè)斷路器每一次分合閘動(dòng)作期間產(chǎn)生的下

7、列參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能：² 分合閘時(shí)刻² 斷路器分/合狀態(tài)² 分合閘動(dòng)作次數(shù)² 電弧持續(xù)時(shí)間² 主觸頭累計(jì)電磨損（以I2T表征）² 線圈分合閘時(shí)間² 輔助觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間² 儲(chǔ)能時(shí)刻² 儲(chǔ)能次數(shù)² 分合閘過(guò)程三相電流波形² 分合閘線圈電流波形² 儲(chǔ)能電機(jī)工作電流波形2.2 產(chǎn)品特點(diǎn)便攜式斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀采用隨機(jī)附帶的數(shù)據(jù)庫(kù)及分析軟件對(duì)斷器的運(yùn)行狀況做出趨勢(shì)分析，并在同類型斷路器間進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，采樣?shù)據(jù)也可以下載和存儲(chǔ)。便攜式斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀主要具有如下特點(diǎn)：1) 工作方式的靈活性

8、便攜式斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀所選傳感器均為鉗形傳感器，能夠在不斷開被測(cè)回路的情況下進(jìn)行測(cè)試，因此狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀既可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，也可根據(jù)用戶需要進(jìn)行離線測(cè)量；工作電源既可利用220V交流電，也可利用電池進(jìn)行供電，因而工作方式非常靈活，檢測(cè)過(guò)程不受檢測(cè)時(shí)間和地點(diǎn)的限制。2) 顯示方式的靈活性斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀配備了就地液晶顯示模塊，能夠非常方便地進(jìn)行多參數(shù)測(cè)量結(jié)果的就地顯示，若想通過(guò)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)顯示或進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，則利用與計(jì)算機(jī)的通訊接口即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，之后即可在上位機(jī)上進(jìn)行斷路器狀態(tài)的綜合評(píng)估，顯示方式靈活提升了監(jiān)測(cè)儀的機(jī)動(dòng)性。3) 監(jiān)測(cè)參數(shù)與系統(tǒng)功能的全面性便攜式斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀的檢測(cè)內(nèi)容涉及到控制回路

9、、機(jī)械系統(tǒng)、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)等斷路器各組成部分，以及機(jī)械行程、直流電壓、開合時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)的檢測(cè)，能夠?qū)€圈電壽命、機(jī)械系統(tǒng)、控制回路、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)等斷路器各組成部分進(jìn)行全面的診斷評(píng)估。3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)斷路器在線監(jiān)測(cè)儀是既能在線檢測(cè)，又能離線測(cè)量的多功能斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析儀，能夠反映出斷路器機(jī)械特性、絕緣特性、控制回路、電壽命等全面性能，從而為斷路器的狀態(tài)維護(hù)提供全面有效的診斷信息，并為以可靠性為中心（RCM）的斷路器維護(hù)方案提供重要依據(jù)，對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的提高和經(jīng)濟(jì)性的改善也有重要意義。3.1 輸入信號(hào)3.1.1 交流信號(hào)三路交流信號(hào)（A、B、C相）的測(cè)量是利用穿芯式CT測(cè)量斷路器所在線路保護(hù)CT線圈二次側(cè)

10、電流信號(hào)，穿芯式CT（變比1000：1，最大輸入100A）輸出的信號(hào)作為監(jiān)測(cè)儀的交流輸入信號(hào)，該信號(hào)正比于保護(hù)主CT線圈二次電流值，用來(lái)計(jì)算電弧持續(xù)時(shí)間和觸點(diǎn)的累積的I2T。穿芯式CT性能參數(shù)如下：型號(hào)CHG-1000/SP1IN額定電流100A(RMS)Ip測(cè)量范圍0120ARM測(cè)量電阻RM max-0-20Ns匝數(shù)比1：1000IM測(cè)量電流 (輸出電流)額定值100mA，對(duì)應(yīng)原邊額定電流INX精度（Ta = +25）IN的±0.2%Vc電源電壓-Vi絕緣電壓在原邊與副邊電路之間: 2KV有效值/50Hz/1分鐘Ioff失調(diào)電流（Ta = +25）-Td溫漂（Ta =-40 +85

11、）-L線性度< 0.1%Tr反應(yīng)時(shí)間< 10Sdi/dt-f頻率范圍50HzTa工作溫度-40 +85Ts貯存溫度-50 +100Ic耗電-Rs副邊內(nèi)阻（Ta = +70）40原邊內(nèi)阻（Ta = +70）-W重量15g3.1.2 直流信號(hào)直流信號(hào)的測(cè)量包括分合閘線圈電流與儲(chǔ)能電機(jī)工作電流測(cè)量，共需要3只霍爾傳感器（變比500：1，最大輸入10A）。如果儲(chǔ)能電機(jī)電源為交流，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)整流后再進(jìn)行測(cè)量?；魻杺鞲衅鞯男阅軈?shù)如下：符號(hào)型號(hào)LA50P/SP11IN額定電流10A （RMS）Ip測(cè)量范圍0±15ARM測(cè)量電阻RM minRM max（Vc =±12V）0

12、300（Vc =±15V）0500IM測(cè)量電流（輸出電流）額定值20mA，對(duì)應(yīng)原邊額定電流10AkN匝數(shù)比1：500X精度（Ta = +25）IN的±0.5%Vc電源電壓(Vc)±1215V (±5%)Vi絕緣電壓在原邊與副邊電路之間: 2.5KV有效值/50Hz/1分鐘Ioff失調(diào)電流（Ta = +25）當(dāng)原邊電流IN=0時(shí)，最大值：±0.2mATd溫漂（Ta = -10+85）典型值：±0.1mA，最大值：±0.6 mAL線性度< 0.15%Tr反應(yīng)時(shí)間< 1Sdi/dt> 200A/Sf頻率范圍DC

13、- 200KHzTa工作溫度-10 +85Ts貯存溫度-25 +100Ic耗電10 mA + IM (測(cè)量電流)Rs副邊內(nèi)阻（Ta = +85）85原邊內(nèi)阻（Ta = +85）-W重量25g3.1.3 開關(guān)量信號(hào)開關(guān)量信號(hào)是斷路器常開常閉輔助開關(guān)的開閉狀態(tài)信號(hào)，該信號(hào)用于指示斷路器的開合狀態(tài)以及計(jì)算輔助開關(guān)動(dòng)作時(shí)間。3.2 輸出信號(hào)3.2.1 LED顯示兩個(gè)LED（紅色與綠色）用于指示斷路器的分合狀態(tài)。紅色對(duì)應(yīng)合閘狀態(tài)，綠色對(duì)應(yīng)分閘狀態(tài)。這兩個(gè)LED閃爍表示測(cè)量到的斷路器狀態(tài)既不是分也不是合， 而是一種不確定的錯(cuò)誤狀態(tài)。3.2.2 通訊端口此儀器有RS-232和RS-485兩個(gè)通訊端口，這兩個(gè)

14、端口都采用了暫態(tài)過(guò)電壓防護(hù)與光隔離技術(shù)。兩個(gè)端口的通訊參數(shù)設(shè)置為：² 數(shù)據(jù)位數(shù)：8 ² 停止位數(shù)：1 ² 奇偶校驗(yàn)：無(wú)² 波特率：9600bps ² 流量控制：無(wú)該儀器可以通過(guò)RS-485端口連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)并由一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最多可以包括128臺(tái)監(jiān)測(cè)儀。3.3 存儲(chǔ)采用非易失性的flash作為存儲(chǔ)介質(zhì)。存儲(chǔ)器按照先進(jìn)先出的記錄原則保存最近發(fā)生的20個(gè)斷路器動(dòng)作數(shù)據(jù)和20個(gè)儲(chǔ)能電機(jī)動(dòng)做數(shù)據(jù)。3.4 故障事件機(jī)制故障時(shí)能同步告知其它采集模塊和管理模塊完成故障時(shí)數(shù)據(jù)同步采集功能驅(qū)動(dòng)報(bào)警(現(xiàn)場(chǎng)端聲光報(bào)警和管理端系統(tǒng)彈出窗口報(bào)警)和啟動(dòng)

15、報(bào)警流程(即時(shí)通訊、短信)3.5 斷路器事件記錄啟動(dòng)條件(一) 斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)儀分合閘事件記錄啟動(dòng)條件必須滿至少滿足下述條件其一：1) 分閘或合閘的峰值電流大于0.3A，并且持續(xù)時(shí)間大于5mS2) 常開或常閉輔助接點(diǎn)發(fā)生動(dòng)作，并且持續(xù)時(shí)間大于4mS(二) 斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)儀儲(chǔ)能電機(jī)動(dòng)作事件記錄的啟動(dòng)條件如下：1) 儲(chǔ)能電機(jī)的峰值電流大于1A，并且持續(xù)時(shí)間大于1S3.6 性能參數(shù)² 電源：220VAC, +/- 20%，負(fù)荷最大為15VA。² 溫度：-40 70 攝氏度² 采樣頻率：100 x 50Hz=5000Hz² 最大電弧時(shí)間：10個(gè)周波

16、78; 抗高頻干擾：GB/T 17626.12-1998² 抗浪涌：GB/T 17626.5-1998² 抗靜電干擾：GB/T 17626.2-1998² 電源電壓突降：GB/T 17626.11-1998² 抗瞬變脈沖群：GB/T 17626.4-1998² 抗工頻磁場(chǎng)干擾：GB/T 17626.8-1998² 環(huán)境：ANSI C37.1² 重量：1.5公斤² 尺寸：12長(zhǎng)×18.5寬×8高,單位為厘米。4 狀態(tài)量數(shù)據(jù)建模在線監(jiān)測(cè)主要包括機(jī)械性在線監(jiān)測(cè)、觸頭電壽命監(jiān)測(cè)等，監(jiān)測(cè)內(nèi)容有泄漏電流監(jiān)測(cè)

17、、氣體密度監(jiān)測(cè)、開斷次數(shù)監(jiān)測(cè)、開斷電流監(jiān)測(cè)、振動(dòng)波形監(jiān)測(cè)、分合閘線圈電流波形監(jiān)測(cè)、斷路器紅外成像監(jiān)測(cè)和操作機(jī)構(gòu)油壓監(jiān)測(cè)等。以下是變電主要類別設(shè)備的狀態(tài)量建模，本建模的內(nèi)容是定義狀態(tài)量數(shù)據(jù)項(xiàng)，為程序進(jìn)行實(shí)體化描述提供標(biāo)準(zhǔn)模型。4.1 穩(wěn)態(tài)測(cè)量測(cè)量部分可分為穩(wěn)態(tài)測(cè)量和暫態(tài)測(cè)量。穩(wěn)態(tài)測(cè)量主要對(duì)SF_6斷路器的三相交流操作電壓直流操作電壓壓縮空氣馬達(dá)三相交流電流平均值、主回路三相電流平均值現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。4.2 動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量主要測(cè)量三相主回路電流、分合閘線圈電流斷路器觸頭行程及其振動(dòng)信號(hào)。優(yōu)點(diǎn):l 通過(guò)OLM® (BCM)你能在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)獲得斷路器的運(yùn)行狀況l 能制定

18、更加經(jīng)濟(jì)、有效的斷路器維修計(jì)劃l 通過(guò)制定合理的維修周期，能節(jié)省你的時(shí)間和維修成本4.3 數(shù)據(jù)接入規(guī)范l 分合閘線圈電流波形接入數(shù)據(jù)規(guī)范RIDvarchar主鍵，自增型，做記錄的唯一標(biāo)志BDevice_IDvarchar被測(cè)主設(shè)備的ID，即斷路器的IDCDevice_IDvarchar測(cè)量設(shè)備的IDFetchTimedatetime數(shù)據(jù)采集的時(shí)刻VVAR_DONGZint動(dòng)作(0表示分閘,1表示合閘)VVAR_SQDLfilevarchar(80)線圈電流波形流文件名及路徑AlrmGradevarchar(80)超閾值報(bào)警等級(jí)Judgevarchar(200)針對(duì)超閾值的報(bào)警數(shù)據(jù)判斷其問(wèn)題所在

19、isCheckint發(fā)生報(bào)警的數(shù)據(jù)是否已審核處理isTestvarchar(20)是否為測(cè)試數(shù)據(jù)，Y是N不是l 負(fù)荷電流波形接入數(shù)據(jù)規(guī)范RIDvarchar主鍵，自增型，做記錄的唯一標(biāo)志BDevice_IDvarchar被測(cè)主設(shè)備的ID，即斷路器的IDCDevice_IDvarchar測(cè)量設(shè)備的IDFetchTimedatetime數(shù)據(jù)采集的時(shí)刻VVAR_DONGZint動(dòng)作(0表示分閘,1表示合閘)VVAR_FHDLfilevarchar(80)負(fù)荷電流波形流文件名及路徑AlrmGradevarchar(80)超閾值報(bào)警等級(jí)Judgevarchar(200)針對(duì)超閾值的報(bào)警數(shù)據(jù)判斷其問(wèn)題所在

20、isCheckint發(fā)生報(bào)警的數(shù)據(jù)是否已審核處理isTestvarchar(20)是否為測(cè)試數(shù)據(jù)，Y是N不是l SF6氣體壓力接入數(shù)據(jù)規(guī)范RIDvarchar主鍵，自增型，做記錄的唯一標(biāo)志BDevice_IDvarchar被測(cè)主設(shè)備的ID，即斷路器的IDCDevice_IDvarchar測(cè)量設(shè)備的IDFetchTimedatetime數(shù)據(jù)采集的時(shí)刻VVAR_SF6Tdecimal(12, 3)溫度VVAR_SF6Pdecimal(12, 3)絕對(duì)壓力VVAR_SF6MDdecimal(12, 3)密度VVAR_SF6P20decimal(12, 3)壓力（20）AlrmGradevarchar

21、(80)超閾值報(bào)警等級(jí)Judgevarchar(200)針對(duì)超閾值的報(bào)警數(shù)據(jù)判斷其問(wèn)題所在isCheckint發(fā)生報(bào)警的數(shù)據(jù)是否已審核處理isTestvarchar(20)是否為測(cè)試數(shù)據(jù)，Y是N不是l SF6氣體水分接入數(shù)據(jù)規(guī)范RIDvarchar主鍵，自增型，做記錄的唯一標(biāo)志BDevice_IDvarchar被測(cè)主設(shè)備的ID，即斷路器的IDCDevice_IDvarchar測(cè)量設(shè)備的IDFetchTimedatetime數(shù)據(jù)采集的時(shí)刻VVAR_SF6SFdecimal(12, 3)水分AlrmGradevarchar(80)超閾值報(bào)警等級(jí)Judgevarchar(200)針對(duì)超閾值的報(bào)警數(shù)據(jù)

22、判斷其問(wèn)題所在isCheckint發(fā)生報(bào)警的數(shù)據(jù)是否已審核處理isTestvarchar(20)是否為測(cè)試數(shù)據(jù)，Y是N不是l 儲(chǔ)能電機(jī)工作狀態(tài)接入數(shù)據(jù)規(guī)范RIDvarchar主鍵，自增型，做記錄的唯一標(biāo)志BDevice_IDvarchar被測(cè)主設(shè)備的ID，即斷路器的IDCDevice_IDvarchar測(cè)量設(shè)備的IDFetchTimedatetime數(shù)據(jù)采集的時(shí)刻VVAR_CNSJint儲(chǔ)能時(shí)間AlrmGradevarchar(80)超閾值報(bào)警等級(jí)Judgevarchar(200)針對(duì)超閾值的報(bào)警數(shù)據(jù)判斷其問(wèn)題所在isCheckint發(fā)生報(bào)警的數(shù)據(jù)是否已審核處理isTestvarchar(20

23、)是否為測(cè)試數(shù)據(jù)，Y是N不是5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成實(shí)現(xiàn)原理應(yīng)用于6KV-500KV各種斷路器的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。記錄斷路器正常運(yùn)行、開斷狀態(tài)時(shí)三相一次電流、跳/合閘線圈電流、輔助接點(diǎn)狀態(tài)、斷路器機(jī)械特性和電機(jī)電流，按照設(shè)置發(fā)出斷路器檢修預(yù)警信號(hào)。斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)原理圖5.2 系統(tǒng)硬件斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)系統(tǒng)硬件包括電流互感器，震動(dòng)傳感器。測(cè)量信號(hào)包括模擬量和開關(guān)量。 直流傳感器 交流互感器交流信號(hào)，三路交流信號(hào)（A、B、C 相）的測(cè)量是利用穿芯式 CT 測(cè)量斷路器所在線路保護(hù)CT線圈二次側(cè)電流信號(hào)，穿芯式CT（變比 1000：1，最大輸入100A）輸出的信號(hào)作為TF50的交流

24、輸入信號(hào)，該信號(hào)正比于保護(hù)主CT線圈二次電流值，用來(lái)計(jì)算電弧持續(xù)時(shí)間和觸點(diǎn)的累積的I2T.直流信號(hào)，的測(cè)量包括分合閘線圈電流與儲(chǔ)能電機(jī)工作電流測(cè)量，共需要 3 只霍爾傳感器（變比 500：1，最大輸入 10A） 。如果儲(chǔ)能電機(jī)電源為交流，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)整流后再進(jìn)行測(cè)量。開關(guān)量信號(hào)，是斷路器常開常閉輔助開關(guān)的開閉狀態(tài)信號(hào)，該信號(hào)用于指示斷路器的開合狀態(tài)以及計(jì)算輔助開關(guān)動(dòng)作時(shí)間。斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)信號(hào)分為兩個(gè)部分模擬量和開關(guān)量。模擬量的測(cè)量包括線圈電流，電機(jī)電流。數(shù)字開關(guān)量包括輔助接點(diǎn)和儲(chǔ)能接點(diǎn)。電源：220VAC, +/- 20%，負(fù)荷最大為15VA。 l溫度：-40 70

25、 攝氏度l采樣頻率：100 x 50Hz=5000Hz l最大電弧時(shí)間：10 個(gè)周波 l繼電器:電流，3A；電壓，220VAC 或 220l抗高頻干擾：GB/T 17626.12-1998 l抗浪涌：GB/T 17626.5-1998 l抗靜電干擾：GB/T 17626.2-1998 l電源電壓突降：GB/T 17626.11-1998 l抗瞬變脈沖群：GB/T 17626.4-1998 l抗工頻磁場(chǎng)干擾：GB/T 17626.8-1998 5.3 斷路器監(jiān)測(cè)裝置工作原理        操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間測(cè)量跳閘指令發(fā)出與輔助

26、觸點(diǎn)52a跳開及輔助觸點(diǎn)52b閉合之間的時(shí)間間隔，可以反映操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作特性的改變。動(dòng)作時(shí)間的增加反映動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)速度下降，而動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)速度下降則可能由于跳閘線圈工作異常（阻抗大或線圈有短路）、脫扣器卡澀、潤(rùn)滑不良、元件的緊固問(wèn)題、軸承磨損或滯塞、儲(chǔ)能系統(tǒng)（彈簧或氣動(dòng)）泄壓等造成，在線監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)記錄操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間，用于輔助判斷斷路器操作機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題，并在需要進(jìn)行維修的時(shí)候提出建議。 動(dòng)作時(shí)間計(jì)算方法 電磨損計(jì)算方法        電弧燃弧時(shí)間裝置通過(guò)測(cè)量記錄及專用軟件可得到主觸頭剛分到電弧熄滅之間的時(shí)間間隔。記錄燃弧時(shí)間可以

27、推斷滅弧室里的問(wèn)題。一個(gè)斷路器的滅弧能力可以通過(guò)監(jiān)測(cè)燃弧時(shí)間來(lái)反映。如果一個(gè)斷路器的動(dòng)作行程時(shí)間沒變，而燃弧時(shí)間變長(zhǎng)，那么可以推斷滅弧室里一些部件出現(xiàn)了問(wèn)題：如滅弧介質(zhì)的介質(zhì)強(qiáng)度降低(污染的油;污染的氣體),斷口電場(chǎng)變差(觸頭燒損) 等。當(dāng)斷路器發(fā)生重燃，裝置也可以記錄并報(bào)警。       主觸頭電壽命通過(guò)測(cè)量主觸頭的I²T的累加值可以記錄主觸頭的燒損情況。 在燃弧時(shí)間過(guò)程中，將每個(gè)電弧電流采樣，采樣速率是每個(gè)周波32點(diǎn)。通過(guò) NS-OPTI專用軟件計(jì)算I²T和IT的累加值。在有直流分量的時(shí)候NS-OPT

28、I仍能保持I²T的精確計(jì)算。 傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖 檢測(cè)裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖 絕緣材料的性能在給斷路器發(fā)出一個(gè)分閘命令后，通過(guò)監(jiān)測(cè)電弧出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)判斷斷路器滅弧的能力。如果機(jī)械移動(dòng)時(shí)間與負(fù)荷電流保持不變，但是電弧持續(xù)時(shí)間有所增加，我們就可假設(shè)在電弧室里一些絕緣材料已經(jīng)發(fā)生了損壞。能夠?qū)е聰嗦菲鳒缁∧芰Πl(fā)生問(wèn)題的因素如下： l油被污染（對(duì)于少油、多油斷路器） l氣體被污染（SF6斷路器） l檔板磨損 l噴管燒蝕 由于負(fù)荷造成的主觸點(diǎn)侵蝕斷路器主觸點(diǎn)的磨損主要來(lái)自于電弧帶來(lái)發(fā)熱。在每一次電弧期間，斷路器主觸點(diǎn)的腐蝕對(duì)于I2T來(lái)說(shuō)是按比例的。 斷路器動(dòng)作過(guò)程 通過(guò)監(jiān)測(cè)斷路器分合閘過(guò)程的三相電

29、流、常開常閉輔助開關(guān)的狀態(tài)、分合閘線圈的電流以及斷路器儲(chǔ)能電機(jī)工作電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，下圖是斷路器分閘過(guò)程典型的時(shí)序 圖 。斷路器動(dòng)作過(guò)程示意圖 分閘過(guò)程繼電保護(hù)裝置發(fā)出分閘命令，同時(shí)斷路器分閘線圈帶電，經(jīng)斷路器有分閘時(shí)間延時(shí)后，斷路器動(dòng)靜觸頭分離，再經(jīng)燃弧時(shí)間后故障電流除，分閘完成。分閘動(dòng)作時(shí)序如下圖所示。 分閘過(guò)程時(shí)間圖t1-故障開始時(shí)刻 t2-保護(hù)分閘命令輸出時(shí)刻(分閘線圈開始帶電) t3-動(dòng)靜觸頭分離時(shí)刻 t4-故障電流滅弧時(shí)刻 t5-分閘線圈回路輔助觸點(diǎn)斷開時(shí)刻 在分閘過(guò)程中存在下列參數(shù)：保護(hù)動(dòng)作時(shí)間(含定值延時(shí))T1 ；分閘線圈帶電時(shí)間 T2；分閘時(shí)間T3；燃弧時(shí)間 T4

30、；固有分閘時(shí)間 T5 。 合閘過(guò)程繼電保護(hù)裝置發(fā)出合閘命令(或手動(dòng)合閘)，同時(shí)斷路器合閘線圈帶電，經(jīng)斷路器固有合閘時(shí)間延時(shí)后，斷路器動(dòng)靜觸頭接觸，再經(jīng)插入行程后，合閘完成。合閘動(dòng)作時(shí)序如下圖所示。合閘過(guò)程時(shí)間圖t6-合閘命令發(fā)出時(shí)刻（合閘線圈開始帶電時(shí)刻） t7-斷路器一次斷口電弧接通時(shí)刻 t8-動(dòng)靜觸頭接觸時(shí)刻 t9-合閘線圈回路輔助觸點(diǎn)斷開時(shí)刻 在合閘過(guò)程中存在下列參數(shù)：合閘時(shí)間 T6；固有合閘時(shí)間 T7；合閘線圈帶電時(shí)間 T8 。 儲(chǔ)能過(guò)程儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)中合閘彈簧強(qiáng)度下降、部件磨損或卡澀、電機(jī)故障、微動(dòng)開關(guān)故障等，對(duì)斷路器的儲(chǔ)能或分合閘操作產(chǎn)生不利影響。通過(guò)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電機(jī)的電流能夠監(jiān)測(cè)彈簧、儲(chǔ)能

31、機(jī)構(gòu)以及電機(jī)和微動(dòng)開關(guān)的狀態(tài)。儲(chǔ)能期間電機(jī)電流的典型波形： 斷路器儲(chǔ)能電極時(shí)間圖階段I，t=t0t1，為電機(jī)的起動(dòng)階段。起動(dòng)電流峰值Ist的大小由電源電壓和電機(jī)的參數(shù)決定。 階段II，t=t1t2，作用在儲(chǔ)能軸上的力矩不大，在此階段電流略有上升，但可基本認(rèn)為是常數(shù)Ia。階段III，t=t2t3，作用在儲(chǔ)能軸上的力矩明顯增大，點(diǎn)擊電流顯著上升。t3時(shí)刻力矩達(dá)到最大值，電機(jī)電流也達(dá)到最大值Im。階段IV，t=t3t4，作用在儲(chǔ)能軸上的力矩減小，電機(jī)電流下降。t4時(shí)刻彈簧達(dá)到預(yù)期位置。階段V，t=t4t5，彈簧到達(dá)預(yù)定位置后，微動(dòng)開關(guān)將電機(jī)電流切斷。儲(chǔ)能過(guò)程結(jié)束。由電機(jī)的電流波形可以得到下列參數(shù)：電

32、機(jī)啟動(dòng)電流的峰值 Ist，儲(chǔ)能期間的電流峰值 Im 和平均值 I,電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間 t1-t0，最大力矩時(shí)間t3-t0，儲(chǔ)能時(shí)間 t4-t0，電流切斷時(shí)間t5-t4。 6 技術(shù)路線本文在綜合國(guó)內(nèi)外高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)方案的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于ARM內(nèi)核、雙CPU以及CAN總線的高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制方案。該方案在硬件設(shè)計(jì)上采用ARM單片機(jī)-S3C4510B作為主控制器設(shè)計(jì)監(jiān)控單元,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的51單片機(jī),提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和數(shù)據(jù)處理能力; 采用新型dsPIC單片機(jī)設(shè)計(jì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集單元,減少了硬件擴(kuò)展的麻煩,同時(shí)可以在不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下很容易實(shí)現(xiàn)監(jiān)控對(duì)象的擴(kuò)展。軟

33、件設(shè)計(jì)上主要采用基于uCLinux嵌入式操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái),用uCLinux多任務(wù)的進(jìn)程管理機(jī)制代替?zhèn)鹘y(tǒng)匯編語(yǔ)言的單任務(wù)執(zhí)行機(jī)制,使系統(tǒng)能夠適應(yīng)日益復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求。系統(tǒng)采用CAN總線作為監(jiān)控單元與后方監(jiān)控中心之間的主要通信方式,充分利用CAN總線的多主、高可靠性傳輸?shù)忍攸c(diǎn)構(gòu)造總線網(wǎng)絡(luò)。論文綜述了高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)的基本原理及其主要內(nèi)容,介紹了基于S3C4510B的ARM應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展監(jiān)控單元基本功能模塊; 同時(shí)介紹了dsPIC單片機(jī)的基本特點(diǎn),并設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集單元。論文重點(diǎn)研究了高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建,系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)方案,如信號(hào)處理、顯示模塊、通信模塊以及上位機(jī)界面軟件設(shè)計(jì)等。此外,論文還重點(diǎn)介紹了uCLinux操作系統(tǒng)下的應(yīng)用程序以及驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。6.1 硬件設(shè)計(jì)另外,為這臺(tái)高壓斷路器在線狀態(tài)監(jiān)