斷路器技術報告

1、基于無線傳感技術的斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)技術報告目 錄第一部分：概述03第二部分：基于無線傳感技術的斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)06 技術內容及指標06 技術關鍵07 高壓斷路器在線監(jiān)測項目07 無線監(jiān)測裝置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，電力系統(tǒng)需要進一步提高電力設備的可靠性。保證運行可靠性和維修經濟性成為輸電、發(fā)電企業(yè)適應市場競爭的迫切需要，用狀態(tài)檢修模式取代現(xiàn)有的計劃檢修模式，是電力工業(yè)發(fā)展的趨勢。實現(xiàn)電氣設備狀態(tài)檢修的基礎是對設備的在線狀態(tài)監(jiān)測。在線監(jiān)測能準確、實時地反映電氣設備的狀況和預測使用壽命，為檢修決策提供依據。電氣設備狀態(tài)監(jiān)測不僅是

2、設備狀態(tài)檢修模式的基礎，也符合無人值守變電站目前我國電力部門正在實施的電氣運行管理模式的發(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)檢修和主動檢修為一體的、優(yōu)化的綜合檢修方式，以提高設備的可靠性并降低電力成本。一、斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測的意義高壓斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)用于變電站、開閉所、電廠高壓斷路器的機械性能、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，通過綜合分析在線監(jiān)測的數(shù)據和相關歷史數(shù)據，診斷出高壓斷路器當前的工作狀態(tài)，為電氣設備狀態(tài)檢修提供決策依據。電力系統(tǒng)中，高壓斷路器數(shù)量最多、檢修量大、費用高。有關統(tǒng)計表明，變電站維護費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。另外據統(tǒng)計，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，既費時間，費用也很高，而且解體和重新裝配會引起很多新的缺陷。在目前相對保守的計劃檢修中，檢修缺乏一定的針對性。斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能及時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和檢修，減少維護工作量，降低維修費用，提高檢修的針對性，可顯著提高電力系統(tǒng)可靠性和經濟性。在線監(jiān)測主要包括機械性在線監(jiān)測、觸頭電壽命監(jiān)測等，監(jiān)測內容有泄漏電流監(jiān)測、氣體密度監(jiān)測、開斷次數(shù)監(jiān)測、開斷電流監(jiān)測、振動波形監(jiān)測、分合閘線圈電流波形監(jiān)測、斷路器紅外成像監(jiān)測和操作機構油壓監(jiān)測等。二

4、、高壓斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展概況目前，一些發(fā)達國家對高壓開關設備的狀態(tài)診斷技術已日趨成熟，國內也有許多部門開展這方面的工作。中國電科院開關研究所1994年已研制成功KZC-1型高壓斷路器在線監(jiān)測儀，并已在現(xiàn)場經實際試運行通過考核。近年來，又結合國產及早期進口高壓斷路器的狀態(tài)檢修在線監(jiān)測工作，研制成功多臺SF6高壓斷路器機械參量在線監(jiān)測系統(tǒng)，并已投入試運行。據資料介紹，美國于1995年頒布了“電氣設備絕緣診斷方法導則”，現(xiàn)已轉向以在線監(jiān)測為主，并已制定出有關標準。日本上世紀80年代開始進入以狀態(tài)監(jiān)測為基礎的預知維修時代，其該項技術的研究與應用進展很快，并已積累了大量數(shù)據與經驗，逐步形成了一些標準

5、和較成熟的方法。1998年的GIS智能維護中就有監(jiān)測內部電暈、分解氣體、導音、耐電壓特性、溫升等項目。德國頻譜化學和頻譜應用研究所、科技研究與發(fā)展所的中央實驗室開發(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)場監(jiān)測的工具，已在巴西的電力部門成功應用。在美國有50%以上的電力公司已經應用狀態(tài)檢修技術對發(fā)電設備實施狀態(tài)檢修，美國。CONSOLIDATED ELECTRONICS，INC. （CEI）公司研制生產的SM6系列斷路器監(jiān)測器 （美國專利號5，385，451)，能夠在線測量SF6氣體溫度和壓力，并連續(xù)地、實時地計算SF6氣體密度。同時，還可監(jiān)視斷路器內加熱器、操作

6、電流、氣體液體壓力以及跳閘合閘線圈的工作狀況，預測SF6氣體泄漏趨勢及其它潛在故障，避免了事故的發(fā)生，從而提高了電力系統(tǒng)運行可靠性。該監(jiān)測數(shù)據既可通過現(xiàn)場PC機，也可通過RS232/485接口遠程通信獲得，并且存儲數(shù)據長達10年之久，目前該產品已進人中國市場。ABB公司在高壓氣體絕緣組合開關（GIS）的生產過程中，已經考慮到其斷路器部分性能的狀態(tài)監(jiān)測。如斷路器的儲能狀態(tài)、二次回路完好性、分合閘位置狀態(tài)的監(jiān)測等。ABB公司還推出的高壓開關柜智能化集中控制保護單元，將控制、信號、保護、測量和監(jiān)視等功能組合起來，使高壓開關柜具有連續(xù)自監(jiān)視以及與電站控制系統(tǒng)直接連接等功能。監(jiān)測的項目：輔助回路監(jiān)視、對

7、電動機操動開關裝置的電源監(jiān)視、跳閘線圈完好性監(jiān)視、斷路器儲能彈簧狀態(tài)監(jiān)視、機械操作次數(shù)監(jiān)視、氣體壓力監(jiān)視、開關累計運行時間（按小時）、觸點切換時間（從合到開的位置）等。三、傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)結構方式：1、數(shù)據總線方法：這種結構現(xiàn)場通過A/D轉換控制器將傳感器信號變換成數(shù)字信號，再經數(shù)據總線送中控室計算機進行計算處理。數(shù)據傳輸方式提高了信號傳輸?shù)目垢蓴_能力，但這種方式前端只將傳感器信號進行A/D轉換后進行傳輸，當被測設備較多時，則數(shù)據傳輸量相當大，同時被測參數(shù)的計算和處理仍然依賴中控計算機系統(tǒng)，因而其可靠性也不太高。見圖（1）圖（1）數(shù)據總線方法2、分層分布式數(shù)據總線方法：這種結構將原來的整個檢測系統(tǒng)

8、分解成若干個能獨立完成工作的子系統(tǒng)，每個系統(tǒng)稱之為單元。每個單元直接安裝在現(xiàn)場，獨立完成一個單元（A、B、C三相）設備所有絕緣參數(shù)的采集、計算工作。也就是說，單元式設備不依靠上位計算機在前端就地完成對設備絕緣參數(shù)的測量，并可直接讀取測量值。整個檢測系統(tǒng)由多個獨立的單元式檢測儀通過485串行總線網絡連接而成，因此整個系統(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?shù)母纳?，是一種最為實用的方案。見圖（2）圖（2）分層分布式數(shù)據總線方法第二部分基于無線傳感器技術的斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)通過分析總結國外電容性設備在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用情況，我們發(fā)現(xiàn)采用電氣連接的信號傳輸方式，不能有效的抑制現(xiàn)場干擾。為此

9、，我們研制了一套基于無線傳感器技術的斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)由無線監(jiān)測裝置及管理裝置組成，監(jiān)測裝置實時記錄斷路器合閘、分閘線圈電流，斷路器動觸頭的行程，將測量信息傳送至管理裝置，由管理裝置對信息進行處理后通過485總線或光纖上傳至上位管理計算機。原理圖如下：圖（3） 系統(tǒng)結構圖3.1技術內容及技術指標主要是對斷路器設備進行在線監(jiān)測，通過提取被測設備的特征參數(shù)進行在線分析、判斷，達到在線“故障診斷”的目的，從而實現(xiàn)對設備的狀態(tài)檢修。監(jiān)測參數(shù)測量范圍測量精度斷路器合分閘線圈電流010A0.5%斷路器機械特性參數(shù) 0.5%3.2技術關鍵* 無線傳感器技術 信號采集與無線傳輸一體

10、化，低功耗設計，徹底杜絕強電磁場的干擾對測量信號的影響； * 無線組網技術迅速簡單的自動配置；全系統(tǒng)可靠性自動恢復功能；3.3 高壓斷路器在線監(jiān)測項目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構動作性能的關鍵特征，電流波形中蘊含豐富的信息。圖（4）所示的是一個典型的斷路器開斷短路電流的跳閘回路電流，T0為分合命令到達時刻，T1為鐵芯開始運行時刻，T2代表鐵芯觸動操作機構的負載后減速或停止運行的時刻，T3可視作開關輔助a接點斷開線圈電路時刻，T0-T1與控制電源及線圈電阻有關，T1-T2的變化表征電磁鐵鐵芯運行機構有無卡澀、脫扣及機械負載變動情況，T2-T3或T0-T3可以反映操作

11、傳動系統(tǒng)運動的情況。通過以上幾個不同特征時間的分析即可診斷斷路器部分機械故障趨勢，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間行程特性曲線斷路器的時間行程特性曲線中蘊含多種信息，包括分合閘時間、同期性、速度以及行程信號等。這些信號與斷路器的滅弧室性能、燃弧時間以及弧后介質的恢復、合分閘彈簧的性能等相關。3.4 無線監(jiān)測裝置無線監(jiān)測裝置是斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，并通過無線上傳至同步管理單元。監(jiān)測裝置通過外圍傳感器采集數(shù)據，進行必要的數(shù)據處理后，存儲在Flash存儲器中，上位機巡檢時將數(shù)據取走。1、變阻器高壓斷路器機械特性參數(shù)通過變阻器來獲得，變阻器與斷路器軸通過機械相連，與斷路器軸同步轉動。2、霍爾電流傳感器 采集電流用傳感器為霍爾電流傳感器，采用穿心式結構，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。技術指標 傳輸速