馮松++戴通令

[摘 要]高壓斷路器對于提高電力與電氣之間鏈路的穩(wěn)定性具有十分重要的意義，因此對高壓斷路器進(jìn)行在線監(jiān)測十分必要。本文主要分析高壓斷路器的在線監(jiān)測和故障診斷排除系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

[關(guān)鍵詞]高壓斷路器；機(jī)械特性；導(dǎo)電回路電阻；測量

中圖分類號：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）05-0117-01

1 高壓斷路器在線監(jiān)測及故障診斷方法分析

1.1 高壓斷路器故障診斷方法 高壓斷路器故障的診斷方法主要有三種：

1.1.1 基于解析模型的方法

該方法實(shí)施的前提是要構(gòu)建適合該系統(tǒng)的殘差模型，借助模型獲得殘差，并根據(jù)準(zhǔn)則對這些殘差進(jìn)行分析，從而對設(shè)備故障進(jìn)行識別和確認(rèn)。但是由于診斷對象多為大型的電力系統(tǒng)，而模型的建立往往存在一定的誤差，因此該方法并不適用于非線性系統(tǒng)。

1.1.2 基于知識的方法

該方法不需要精確的模型，是一種基于建模處理和信號處理的高級診斷形式，根據(jù)方法細(xì)節(jié)的區(qū)別，可以將該方法分為基于癥狀的診斷方法和基于定性模型的診斷方法，克服了傳統(tǒng)方法在大型電力系統(tǒng)故障診斷中的弊端，但是依然存在部分缺陷。

1.1.3 基于信號處理的方法

該方法利用數(shù)值計(jì)算，將傳感器采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果分析故障類型，是目前較為常用的故障診斷方法。

1.2 在線監(jiān)測與故障診斷的過程

在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)分為信號變送、數(shù)據(jù)采集、處理和診斷三個(gè)子系統(tǒng)。首先，信號變送系統(tǒng)中包含電氣設(shè)備和傳感器，傳感器的主要作用是采集物理信號并將其轉(zhuǎn)化為后續(xù)系統(tǒng)可以識別的電信號；其次，數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)包括信號預(yù)處理模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，能夠?qū)鞲衅鬏斔偷碾娦盘栠M(jìn)行放大、濾波、隔離等處理，以利于信號采集模塊對這些信號進(jìn)行測量；最后，經(jīng)過測量的數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)傳送模塊傳遞到主控制室進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理與判斷，做平滑處理提高信噪比，并根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)判斷設(shè)備故障發(fā)生的位置。

1.3 高壓斷路器在線監(jiān)測的主要參數(shù)

1.3.1 分合閘線圈電流

我們可以認(rèn)識到，該結(jié)構(gòu)的主要工作原理如下：當(dāng)電路接通后，電磁鐵內(nèi)產(chǎn)生磁通，鐵芯在磁力作用下發(fā)生位置變化，接通操作回路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對高壓斷路器的間接操作。分合閘線圈的特殊結(jié)構(gòu)決定了電流波形隱藏著豐富的信息，通過對波形的監(jiān)測和分析能夠判斷分合閘電路的狀態(tài)，從而對整個(gè)高壓斷路器的性能進(jìn)行預(yù)判。例如，根據(jù)鐵芯的行程以及鐵芯是否卡澀能夠判斷高壓斷路器的操作機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而判斷故障發(fā)生的原因。

1.3.2 儲能電機(jī)電流信號

高壓斷路器中彈簧操作機(jī)構(gòu)最核心的部件是儲能彈簧，對高壓斷路器故障的診斷需要獲取儲能彈簧內(nèi)部的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，但是很顯然直接進(jìn)行測量力的大小是不切實(shí)際的，因此需要通過分析儲能電機(jī)的電流波形來檢測推算儲能彈簧的狀態(tài)是否正常。

1.3.3 溫度信號

在電力系統(tǒng)中，溫度信號對故障的判斷和檢測而言更具直觀性。電流經(jīng)過導(dǎo)體會產(chǎn)生熱量導(dǎo)致局部溫度升高，溫度升高的后果是電路連接處氧化加劇，使得接觸電阻進(jìn)一步加大，溫度持續(xù)升高，可能帶來絕緣件損壞或擊穿的事故，因此需要對高壓斷路器內(nèi)部的溫度進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)采取措施降低溫度，保證斷路器穩(wěn)定工作。

1.4 高壓斷路器在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一套完整的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)需要包含傳感器、信號調(diào)理及采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理四個(gè)單元，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中，需要根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇合適的組件。首先，傳感器包括溫度傳感器和電流傳感器，溫度傳感器主要選用鉑電阻，能夠在中低溫區(qū)使用，在電流傳感器的選擇方面，需要測量開斷電流時(shí)選擇基于霍爾效應(yīng)原理的開環(huán)測量模塊，需要測量分合閘線圈電流時(shí)選擇基于霍爾閉環(huán)原理的測量模塊。數(shù)據(jù)傳輸單元采用GPRS無線傳輸模塊向上機(jī)位傳送數(shù)據(jù)，傳輸結(jié)構(gòu)可以采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式，當(dāng)系統(tǒng)中包含多臺高壓斷路器時(shí)，也可以采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。信號調(diào)理及采集單元中主要采用PLC遠(yuǎn)程采集方法，PLC具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的精度，能夠在高壓斷路器附近工作，此外，還可以采用NI M系列基于PCI總線的采集卡，相比于PLC采集，能夠大大提高數(shù)據(jù)的采集、傳輸效率。數(shù)據(jù)處理單元主要完成對采集得到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從中提取有用的信息作出高壓斷路器故障的診斷，同時(shí)，數(shù)據(jù)處理單元中往往還包含故障數(shù)據(jù)庫，為今后數(shù)據(jù)的識別和專家系統(tǒng)的建立提供幫助。

2 斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)及工作原理：

2.1 滅弧室結(jié)構(gòu)

斷路器的滅弧室采用變開距單壓式噴氣型結(jié)構(gòu)，所謂單壓式即在常態(tài)時(shí)，只有單一壓力的SF6氣體，分閘過程中，壓氣缸與動觸頭同時(shí)運(yùn)動，將壓氣室內(nèi)的氣體壓縮，當(dāng)觸頭分離后，電弧即受到高速氣流縱吹。變開距就是觸頭開距在分閘過程中，隨著氣壓室向下運(yùn)動而逐漸加大，為單向吹弧，特點(diǎn)是壓氣室內(nèi)的氣體利用比較充分，在開始?xì)獯岛蟮娜啃谐虄?nèi)都對電弧進(jìn)行氣吹。

2.2 工作原理

斷路器在合閘狀態(tài)時(shí)，電流由上接線端子板（3—1）通過靜觸指（3—4）、動觸頭（3—12）、壓力缸（3—14）和中間觸指（3—16）流至下接線端子板（3—1）。

b分閘操作及滅弧室動作原理

分閘操作時(shí)，絕緣操作桿（3—18）在彈簧機(jī)構(gòu)的操動下，使動觸頭（3—12）及與之相連的氣缸（3—14）一起快速向下運(yùn)動。壓氣缸（3—14）與活塞桿（3—7）之間的SF6氣體被壓縮，靜觸指（3—4）與動觸頭（3—12）分離，電流被轉(zhuǎn)移至動弧觸頭（3—6）與靜弧觸頭（3—3）上。隨著動觸頭（3—12）繼續(xù)向下運(yùn)動，動、靜弧觸頭分離，并產(chǎn)生電弧，電弧在噴口（3—5）喉道內(nèi)燃燒堵塞噴口喉道，電弧被上游區(qū)的壓力吹向活塞桿（3—7）內(nèi)。當(dāng)噴口喉道快速離開靜弧觸頭時(shí)，被壓縮的SF6氣體處于臨界壓力并以音速從喉道噴出，產(chǎn)生強(qiáng)烈的噴吹作用，電流過零瞬間使電弧迅速熄滅。電弧熄滅后由于動觸頭繼續(xù)向下運(yùn)動，吹噴作用持續(xù)進(jìn)行，保證了開斷后的去游離，使介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度迅速增強(qiáng)。

3 結(jié)束語

高壓斷路器故障往往會導(dǎo)致泄漏故障、部件損壞、大面積停電等事故，因此建立實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)對于提高供電的可靠性具有十分重要的意義。目前常用的系統(tǒng)主要通過對電氣參數(shù)的采集和處理來判斷高壓斷路器的工作狀態(tài)，盡管已經(jīng)能夠投入到實(shí)際應(yīng)用中，但是依然存在些許不足需要做進(jìn)一步的完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 卞皓瑋.高壓斷路器在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2012.

[2] 彭搏.高壓斷路器在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2013.