斷路器技術(shù)報(bào)告

1、基于無(wú)線傳感技術(shù)的斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)報(bào)告目 錄第一部分：概述03第二部分：基于無(wú)線傳感技術(shù)的斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)06 技術(shù)內(nèi)容及指標(biāo)06 技術(shù)關(guān)鍵07 高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目07 無(wú)線監(jiān)測(cè)裝置08 管理裝置09 電源系統(tǒng)09第一部分 概述隨著電力體制改革的深入，在電力市場(chǎng)，電力系統(tǒng)需要進(jìn)一步提高電力設(shè)備的可靠性。保證運(yùn)行可靠性和維修經(jīng)濟(jì)性成為輸電、發(fā)電企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的迫切需要，用狀態(tài)檢修模式取代現(xiàn)有的計(jì)劃?rùn)z修模式，是電力工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)是對(duì)設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地反映電氣設(shè)備的狀況和預(yù)測(cè)使用壽命，為檢修決策提供依據(jù)。電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)不僅是

2、設(shè)備狀態(tài)檢修模式的基礎(chǔ)，也符合無(wú)人值守變電站目前我國(guó)電力部門正在實(shí)施的電氣運(yùn)行管理模式的發(fā)展需要。這就要求電力企業(yè)逐步形成一套融故障檢修、定期檢修、狀態(tài)檢修和主動(dòng)檢修為一體的、優(yōu)化的綜合檢修方式，以提高設(shè)備的可靠性并降低電力成本。一、斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的意義高壓斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于變電站、開閉所、電廠高壓斷路器的機(jī)械性能、電氣絕緣性能、觸頭電壽命及操作回路工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，通過綜合分析在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，診斷出高壓斷路器當(dāng)前的工作狀態(tài)，為電氣設(shè)備狀態(tài)檢修提供決策依據(jù)。電力系統(tǒng)中，高壓斷路器數(shù)量最多、檢修量大、費(fèi)用高。有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，變電站維護(hù)費(fèi)用的一半以上是用在高壓斷路器上，而其中

3、60%又是用于斷路器的小修和例行檢修上。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。在目前相對(duì)保守的計(jì)劃?rùn)z修中，檢修缺乏一定的針對(duì)性。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)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。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)、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。二

4、、高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展概況目前，一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高壓開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)診斷技術(shù)已日趨成熟，國(guó)內(nèi)也有許多部門開展這方面的工作。中國(guó)電科院開關(guān)研究所1994年已研制成功KZC-1型高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)儀，并已在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)實(shí)際試運(yùn)行通過考核。近年來(lái)，又結(jié)合國(guó)產(chǎn)及早期進(jìn)口高壓斷路器的狀態(tài)檢修在線監(jiān)測(cè)工作，研制成功多臺(tái)SF6高壓斷路器機(jī)械參量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并已投入試運(yùn)行。據(jù)資料介紹，美國(guó)于1995年頒布了“電氣設(shè)備絕緣診斷方法導(dǎo)則”，現(xiàn)已轉(zhuǎn)向以在線監(jiān)測(cè)為主，并已制定出有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。日本上世紀(jì)80年代開始進(jìn)入以狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的預(yù)知維修時(shí)代，其該項(xiàng)技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展很快，并已積累了大量數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，逐步形成了一些標(biāo)準(zhǔn)

5、和較成熟的方法。1998年的GIS智能維護(hù)中就有監(jiān)測(cè)內(nèi)部電暈、分解氣體、導(dǎo)音、耐電壓特性、溫升等項(xiàng)目。德國(guó)頻譜化學(xué)和頻譜應(yīng)用研究所、科技研究與發(fā)展所的中央實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的離子遷移率頻譜儀（由分析傳感器系統(tǒng)公司制造），作為SF6斷路器氣體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的工具，已在巴西的電力部門成功應(yīng)用。在美國(guó)有50%以上的電力公司已經(jīng)應(yīng)用狀態(tài)檢修技術(shù)對(duì)發(fā)電設(shè)備實(shí)施狀態(tài)檢修，美國(guó)。CONSOLIDATED ELECTRONICS，INC. （CEI）公司研制生產(chǎn)的SM6系列斷路器監(jiān)測(cè)器 （美國(guó)專利號(hào)5，385，451)，能夠在線測(cè)量SF6氣體溫度和壓力，并連續(xù)地、實(shí)時(shí)地計(jì)算SF6氣體密度。同時(shí)，還可監(jiān)視斷路器內(nèi)加熱器、操作

6、電流、氣體液體壓力以及跳閘合閘線圈的工作狀況，預(yù)測(cè)SF6氣體泄漏趨勢(shì)及其它潛在故障，避免了事故的發(fā)生，從而提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)既可通過現(xiàn)場(chǎng)PC機(jī)，也可通過RS232/485接口遠(yuǎn)程通信獲得，并且存儲(chǔ)數(shù)據(jù)長(zhǎng)達(dá)10年之久，目前該產(chǎn)品已進(jìn)人中國(guó)市場(chǎng)。ABB公司在高壓氣體絕緣組合開關(guān)（GIS）的生產(chǎn)過程中，已經(jīng)考慮到其斷路器部分性能的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。如斷路器的儲(chǔ)能狀態(tài)、二次回路完好性、分合閘位置狀態(tài)的監(jiān)測(cè)等。ABB公司還推出的高壓開關(guān)柜智能化集中控制保護(hù)單元，將控制、信號(hào)、保護(hù)、測(cè)量和監(jiān)視等功能組合起來(lái)，使高壓開關(guān)柜具有連續(xù)自監(jiān)視以及與電站控制系統(tǒng)直接連接等功能。監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目：輔助回路監(jiān)視、對(duì)

7、電動(dòng)機(jī)操動(dòng)開關(guān)裝置的電源監(jiān)視、跳閘線圈完好性監(jiān)視、斷路器儲(chǔ)能彈簧狀態(tài)監(jiān)視、機(jī)械操作次數(shù)監(jiān)視、氣體壓力監(jiān)視、開關(guān)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間（按小時(shí)）、觸點(diǎn)切換時(shí)間（從合到開的位置）等。三、傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式：1、數(shù)據(jù)總線方法：這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)通過A/D轉(zhuǎn)換控制器將傳感器信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線送中控室計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理。數(shù)據(jù)傳輸方式提高了信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_能力，但這種方式前端只將傳感器信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行傳輸，當(dāng)被測(cè)設(shè)備較多時(shí)，則數(shù)據(jù)傳輸量相當(dāng)大，同時(shí)被測(cè)參數(shù)的計(jì)算和處理仍然依賴中控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因而其可靠性也不太高。見圖（1）圖（1）數(shù)據(jù)總線方法2、分層分布式數(shù)據(jù)總線方法：這種結(jié)構(gòu)將原來(lái)的整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)

8、分解成若干個(gè)能獨(dú)立完成工作的子系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)稱之為單元。每個(gè)單元直接安裝在現(xiàn)場(chǎng)，獨(dú)立完成一個(gè)單元（A、B、C三相）設(shè)備所有絕緣參數(shù)的采集、計(jì)算工作。也就是說(shuō)，單元式設(shè)備不依靠上位計(jì)算機(jī)在前端就地完成對(duì)設(shè)備絕緣參數(shù)的測(cè)量，并可直接讀取測(cè)量值。整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立的單元式檢測(cè)儀通過485串行總線網(wǎng)絡(luò)連接而成，因此整個(gè)系統(tǒng)不論抗干擾能力方面還是系統(tǒng)可靠性方面都得到相當(dāng)?shù)母纳?，是一種最為實(shí)用的方案。見圖（2）圖（2）分層分布式數(shù)據(jù)總線方法第二部分基于無(wú)線傳感器技術(shù)的斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過分析總結(jié)國(guó)外電容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用情況，我們發(fā)現(xiàn)采用電氣連接的信號(hào)傳輸方式，不能有效的抑制現(xiàn)場(chǎng)干擾。為此

9、，我們研制了一套基于無(wú)線傳感器技術(shù)的斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由無(wú)線監(jiān)測(cè)裝置及管理裝置組成，監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)記錄斷路器合閘、分閘線圈電流，斷路器動(dòng)觸頭的行程，將測(cè)量信息傳送至管理裝置，由管理裝置對(duì)信息進(jìn)行處理后通過485總線或光纖上傳至上位管理計(jì)算機(jī)。原理圖如下：圖（3） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)主要是對(duì)斷路器設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，通過提取被測(cè)設(shè)備的特征參數(shù)進(jìn)行在線分析、判斷，達(dá)到在線“故障診斷”的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)檢修。監(jiān)測(cè)參數(shù)測(cè)量范圍測(cè)量精度斷路器合分閘線圈電流010A0.5%斷路器機(jī)械特性參數(shù) 0.5%3.2技術(shù)關(guān)鍵* 無(wú)線傳感器技術(shù) 信號(hào)采集與無(wú)線傳輸一體

10、化，低功耗設(shè)計(jì)，徹底杜絕強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響； * 無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)迅速簡(jiǎn)單的自動(dòng)配置；全系統(tǒng)可靠性自動(dòng)恢復(fù)功能；3.3 高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目1. 分合閘線圈電流波形分合閘線圈電流是表征斷路器操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作性能的關(guān)鍵特征，電流波形中蘊(yùn)含豐富的信息。圖（4）所示的是一個(gè)典型的斷路器開斷短路電流的跳閘回路電流，T0為分合命令到達(dá)時(shí)刻，T1為鐵芯開始運(yùn)行時(shí)刻，T2代表鐵芯觸動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的負(fù)載后減速或停止運(yùn)行的時(shí)刻，T3可視作開關(guān)輔助a接點(diǎn)斷開線圈電路時(shí)刻，T0-T1與控制電源及線圈電阻有關(guān)，T1-T2的變化表征電磁鐵鐵芯運(yùn)行機(jī)構(gòu)有無(wú)卡澀、脫扣及機(jī)械負(fù)載變動(dòng)情況，T2-T3或T0-T3可以反映操作

11、傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的情況。通過以上幾個(gè)不同特征時(shí)間的分析即可診斷斷路器部分機(jī)械故障趨勢(shì)，包括拒分、拒合等故障。 圖（4） 分合閘線圈電流波形2. 斷路器開斷過程的時(shí)間行程特性曲線斷路器的時(shí)間行程特性曲線中蘊(yùn)含多種信息，包括分合閘時(shí)間、同期性、速度以及行程信號(hào)等。這些信號(hào)與斷路器的滅弧室性能、燃弧時(shí)間以及弧后介質(zhì)的恢復(fù)、合分閘彈簧的性能等相關(guān)。3.4 無(wú)線監(jiān)測(cè)裝置無(wú)線監(jiān)測(cè)裝置是斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，并通過無(wú)線上傳至同步管理單元。監(jiān)測(cè)裝置通過外圍傳感器采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理后，存儲(chǔ)在Flash存儲(chǔ)器中，上位機(jī)巡檢時(shí)將數(shù)據(jù)取走。1、變阻器高壓斷路器機(jī)械特性參數(shù)通過變阻器來(lái)獲得，變阻器與斷路器軸通過機(jī)械相連，與斷路器軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。2、霍爾電流傳感器 采集電流用傳感器為霍爾電流傳感器，采用穿心式結(jié)構(gòu)，體積小重量輕，在不損及原有線纜的情況下就可完成安裝，非常方便。核心部件采用高精度零漂小元器件，性能可靠穩(wěn)定。技術(shù)指標(biāo) 傳輸速