高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)O n 2line M on ito ring System of H igh 2vo ltage C ircu it B reaker王林 1, 魯治淮 2(11吉林供電公司 , 吉林吉林 132001; 21中國(guó)水利電力物資有限公司 , 北京 100053摘要 :分析了斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的原理和方法 , 提出了高壓斷路器實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案并實(shí)施 。該系 統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并診斷斷路器的機(jī)械狀態(tài)和電壽命狀態(tài) , 適用于各電壓等級(jí) 、 各類型的斷路器 。該系統(tǒng)具有抗干擾性 強(qiáng) 、 可靠性高 、 維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn) , 可以及時(shí)掌握斷路器的運(yùn)行狀態(tài) , 方便獲得狀態(tài)檢修有

2、關(guān)數(shù)據(jù) 。投入近二年來(lái)一直 運(yùn)行正常而穩(wěn)定 。關(guān)鍵詞 :在線監(jiān)測(cè) ; 高壓斷路器 ; 狀態(tài)檢修中圖分類號(hào) :TM 561文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B 文章編號(hào) :100925306(2005 0520027203收稿日期 :2005207215作者簡(jiǎn)介 :王林 (1964 , 男 , 高級(jí)工程師 , 工學(xué)碩士 , 從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化工作 。計(jì)劃?rùn)z修體制隨著系統(tǒng)容量迅速增大而見(jiàn)弊 端 , 因此狀態(tài)檢修應(yīng)運(yùn)而生 。 高壓斷路器實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān) 測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的時(shí)間不超過(guò) 10年 , 力部門帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益 , , 能 1-5, 段 5 。 統(tǒng) , 該系統(tǒng)能同時(shí)對(duì) 30臺(tái)各類型及各電壓等級(jí)斷路 器的電氣和機(jī)械

3、狀態(tài)參量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè) 。1系統(tǒng)工作原理1. 1斷路器電壽命的標(biāo)定方法傳統(tǒng)的斷路器電壽命診斷方法是累計(jì)開(kāi)斷電流 和開(kāi)斷次數(shù) , 雖然能夠獲得近似相關(guān)電壽命數(shù)據(jù) , 但 實(shí)踐證明其精確度不夠高 。 因此提出采用開(kāi)斷電流 的大小累計(jì)燒損量來(lái)計(jì)算電壽命的方法以提高其預(yù) 測(cè)精度 。無(wú)論何種型號(hào)的斷路器 , 都可以從其產(chǎn)品介紹 中得知其額定短路開(kāi)斷電流下的允許開(kāi)斷次數(shù) 。 假 設(shè)短路開(kāi)斷電流下單次開(kāi)斷的觸頭磨損量為 M , 允 許開(kāi)斷次數(shù)為 N , 則總的允許磨損量為 M ×N 。 且 當(dāng)開(kāi)斷電流小到 3%額定開(kāi)斷電流時(shí) , 磨損量相對(duì) 于一次滿容量開(kāi)斷的磨損量已經(jīng)甚微 , 故小于 3%的開(kāi)斷電

4、流都視作 3%的開(kāi)斷電流來(lái)計(jì)算磨損量 。1, , N 2I n 曲線即可求得任I c 的對(duì)應(yīng)允許開(kāi)斷次數(shù) N 1, 這樣 就可以求出任一次開(kāi)斷時(shí)的相對(duì)電磨損量 (定義為 Q m , 也可求出該斷路器的相對(duì)電壽命 L =L 1- Qm。 L 1為斷路器電壽命的初始值 , 是一個(gè)不大于 1的百分?jǐn)?shù) , 由斷路器的運(yùn)行歷史決定 , 新投運(yùn)或 經(jīng)過(guò)大修后的電壽命 L 1可取 1, 從而在大量的試驗(yàn) 結(jié)果和理論分析后得出少油 、 SF 6和真空斷路器的 具體計(jì)算公式 6 , 其中 I c 為任一次開(kāi)斷電流 , I e 為額定短路開(kāi)斷電流 , N 為額定短路開(kāi)斷電流下的開(kāi) 斷次數(shù) , Q m 為對(duì)應(yīng)開(kāi)斷電

5、流 I c 時(shí)的觸頭相對(duì)電磨 損量 。a . 少油斷路器的相對(duì)電磨損公式Q m =NI e 1 I c >10%I e(1 Q m =2N I e 2 I c 10%I e (2b . SF 6斷路器相對(duì)電磨損公式Q m =5. 9475N (I c(0. 15I e I c <0. 35I e (3Q m =3. 25N (I c72(I c 0. 35I e (4 式中 :1、 2、 、 均為試驗(yàn)所歸納的系數(shù) 。在 3%I e I c 15%I e 范圍內(nèi)的開(kāi)斷次數(shù) , 均采 用線性插值方法計(jì)算得出 。c . 真空斷路器相對(duì)電磨損量公式對(duì)任一開(kāi)斷電流 I c , 通過(guò)線性插值的

6、方法 , 可求得其對(duì)應(yīng)的相 對(duì)電磨損量 Q m (見(jiàn)表 1 , 允許開(kāi)斷次數(shù)與相對(duì)電磨 損量呈倒數(shù)關(guān)系 。表 1對(duì)應(yīng)開(kāi)斷電流 I c 的相對(duì)電磨損 Q m 61. 0 N1(2. 2N 1(5. 0N 1(12. 0N 1(20. 0N 1(140. 0N 1(300. 0N 1. 2斷路器監(jiān)測(cè)與分析a . 分合閘電磁鐵線圈電流監(jiān)測(cè)分 、 合閘電 磁鐵線圈電流是利用電流傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 的 。 應(yīng)用電流傳感器可方便地測(cè)出分合閘線圈的電 流波形 , 如圖 1所示 。該電流波形中 , I 0、 t 0為分合命 令到達(dá)時(shí)的電流和時(shí)刻 , I 1、 t 1為鐵芯開(kāi)始運(yùn)行時(shí)的 電流和時(shí)刻 , I 2

7、、 t 2代表鐵芯觸動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的負(fù)載而 顯著減速或停止運(yùn)行的電流和時(shí)刻 , t 3輔助 a 接點(diǎn)斷開(kāi)線圈電路時(shí)刻 , t 1t 0線圈電阻有關(guān) , t 2t 1, t 3t 2或t 3t 0。 電流波 形上 I 1、 I 2、 I 0還可以反映電源電壓 、 線圈電阻及電 磁鐵鐵芯運(yùn)行的速度信息 。 分析以上參數(shù)的變化可 診斷斷路器部分機(jī)械故障趨勢(shì) , 尤其是拒分 、 拒合等 故障。 圖 1分合閘磁鐵線圈電流波形b . 儲(chǔ)能電機(jī)參數(shù)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電機(jī)參數(shù)監(jiān)測(cè)是通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)電壓 、 電流 、 數(shù)字量傳感信息來(lái) 實(shí)現(xiàn)的 。 通過(guò)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電機(jī)的最關(guān)鍵信息 , 如油泵打 壓頻度增加或彈簧儲(chǔ)能不到位等來(lái)預(yù)告

8、儲(chǔ)能系統(tǒng)液 壓油不清潔 、 閥口密封破壞及泵系統(tǒng)異常 、 彈簧機(jī)構(gòu) 狀態(tài)異常等故障 。c . 機(jī)械特性監(jiān)測(cè)與分析在斷路器的體外各關(guān)鍵部位安裝振動(dòng)傳感器 , 測(cè)量各點(diǎn)的振動(dòng)波形 , 通 過(guò)專家分析系統(tǒng)監(jiān)測(cè)分析高壓斷路器的行程 2時(shí)間 特性 , 操作桿上機(jī)械負(fù)載特性及松動(dòng) 、 磨損 、 斷裂等 異?；蚬收蠣顟B(tài) 。 專家系統(tǒng)據(jù)當(dāng)次操作所得各項(xiàng)信 息與投運(yùn)時(shí)所錄 “指紋” 的比較 見(jiàn) , 。, 利用某些光學(xué) , 把與真空度 對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)變化轉(zhuǎn)換成光通量的變化 , 再經(jīng)光纖傳 到低電場(chǎng)區(qū)或控制系統(tǒng)中進(jìn)行檢測(cè) 。 其接線原理如 圖 2所示。圖 2接線原理圖電場(chǎng)探頭及引出光纖為絕緣體 , 測(cè)試時(shí)不改變 斷路器

9、主體結(jié)構(gòu) , 不影響斷路器的各項(xiàng)性能 , 安全可 靠 , 測(cè)試系統(tǒng)可承受高電壓 、 強(qiáng)電場(chǎng)以及斷路器操作的沖擊與振動(dòng) 。 在帶電條件下 , 無(wú)論觸頭在分?jǐn)酄顟B(tài) 還是關(guān)合狀態(tài)均能測(cè)量 , 都能夠耐受操作過(guò)電壓行 波的電磁場(chǎng)以及電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作 。e . SF 6氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 SF 6氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)基于對(duì)氣體壓力和溫度的測(cè)量 。 通過(guò)特定設(shè)計(jì) 的壓力和溫度傳感器 , 測(cè)量獲得壓力和溫度 , 從而可 以計(jì)算 SF 6的氣體密度 。 根據(jù)預(yù)定設(shè)置的采集定時(shí) 及報(bào)警初值 , 實(shí)現(xiàn)對(duì) SF 6氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)警 。822系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)由工業(yè)控制微機(jī)為核心 、 配各高分辨率彩 色顯示器 、 智能點(diǎn)壽命監(jiān)

10、測(cè)單元 、 智能機(jī)械狀態(tài)與輔 助電路監(jiān)測(cè)單元 、 中間繼電器 、 鍵盤 、 打印機(jī)等外設(shè) , 構(gòu)成一個(gè) CPU 分層式自動(dòng)監(jiān)測(cè)與專家診斷系統(tǒng) , 其硬件結(jié)構(gòu)如圖 3所示 。圖 3a . 80C 196作為 通道 , 該模板在工控機(jī)內(nèi)部 , 能獨(dú)立工作 , 斷電后亦 能記憶斷電前段時(shí)間的相關(guān)信息 , 智能模板對(duì)所采 集的數(shù)據(jù)僅作簡(jiǎn)單處理 , 由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線傳給主機(jī) 系統(tǒng) 。每單元可監(jiān)測(cè) 15個(gè)電流信息 、 15個(gè)開(kāi)關(guān)量信 號(hào) , 即每模板診斷 5只斷路器的電壽命 。對(duì)斷路器開(kāi)斷電流的測(cè)量取自于保護(hù)回路或測(cè) 量回路的電流互感器 。 本系統(tǒng)錄取開(kāi)斷電流最后 3個(gè)半波 (約 30m s 有效值的平均值

11、作為開(kāi)斷電流 。 由于本系統(tǒng)以電流最大上升率求電流值 , 因此即使 在互感器深度飽和的情況下 , 也能保證工程適用的 精確度 。b . 智能機(jī)械狀態(tài)與輔助電路監(jiān)測(cè)單元該單 元 由 單 片 機(jī) 80C 196作 為 CPU , 它 與 主 機(jī) 由 R S 485串行通訊口相聯(lián) , 故監(jiān)測(cè)單元同主機(jī)間的聯(lián)線少 , 現(xiàn)場(chǎng)工程量很小 , 工作亦非常簡(jiǎn)單 。 每單元監(jiān) 測(cè) 1只斷路器的機(jī)械狀態(tài)及輔路電路的狀態(tài) , 信息 量完整并且隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展 , 升級(jí)換代和監(jiān) 測(cè)量完善非常簡(jiǎn)便 , 升級(jí)的投入亦十分小 。 不論一個(gè) 電站現(xiàn)有多少個(gè)高壓斷路器或?qū)?lái)會(huì)增加多少個(gè)斷 路器 , 系統(tǒng)擴(kuò)容只需增加相應(yīng)個(gè)監(jiān)

12、測(cè)單元即可 。 每個(gè)監(jiān)測(cè)單元安裝于每個(gè)斷路器的操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)或斷路器旁 , 以節(jié)省投資 、 減少現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量 。c . 運(yùn)行情況該系統(tǒng)人機(jī)界面友好 , 由系統(tǒng)標(biāo)識(shí)欄 、 信息提示欄 、 狀態(tài)顯示欄及操作提示欄組 成 。每頁(yè)畫面可顯示 4臺(tái)斷路器的狀態(tài)參量 , 超過(guò) 4臺(tái)時(shí)可用 “ PageU p ” 、 “ PageDow n ” 來(lái)選擇 。 若某臺(tái)斷 路器的電壽命顯示小于 1%, 則在狀態(tài)顯示欄中顯 示報(bào)警信息 。 系統(tǒng)還設(shè)置了功能快捷鍵 :F 12為系統(tǒng) 服務(wù) ; F 2為參數(shù)調(diào)整 ; F 3為開(kāi)斷記錄顯示 ; “問(wèn)” :統(tǒng) 計(jì)打印 ; “曰” :屏幕打印等 。3結(jié)論, , 由于現(xiàn)場(chǎng)的情況

13、各不相 器的工作狀態(tài) , 因此工作人員應(yīng)對(duì)計(jì)算機(jī)給出的參 數(shù)進(jìn)行綜合地分析 、 比較 。該系統(tǒng)于 2003年 12月在吉林省吉林市城南 220kV 變電站投運(yùn) , 運(yùn)行至今工作正常而穩(wěn)定 , 未出現(xiàn)任何故障 。 該系統(tǒng)具有抗干擾性強(qiáng) 、 可靠性高 、 透明度好 、 擴(kuò)展靈活 、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn) 。 該 系統(tǒng)的投運(yùn) , 大大減少了日常檢修的工作量 , 提高了 電力部門的經(jīng)濟(jì)效益 。參考文獻(xiàn) : 1 王旭祠 , 黃瑜瓏等 . SF 6斷路器不拆卸檢測(cè)技術(shù) J . 高 電壓技術(shù) , 1996, (2 :9. 2 王昌鈞 . SF 6高壓斷路器機(jī)械參量在線檢測(cè)系統(tǒng) J . 電網(wǎng)技術(shù) , 1997, 23(7 :34. 3 關(guān)永剛 , 黃瑜瓏等 . 基于振動(dòng)信號(hào)的高壓斷路器機(jī)械故障診斷 J . 高電壓技術(shù) , 2000, 26(3