高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)

1、高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(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)測的原理和方法 , 提出了高壓斷路器實時狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案并實施 。該系 統(tǒng)能實時監(jiān)測并診斷斷路器的機(jī)械狀態(tài)和電壽命狀態(tài) , 適用于各電壓等級 、 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 , 可以及時掌握斷路器的運行狀態(tài) , 方便獲得狀態(tài)檢修有

2、關(guān)數(shù)據(jù) 。投入近二年來一直 運行正常而穩(wěn)定 。關(guān)鍵詞 :在線監(jiān)測 ; 高壓斷路器 ; 狀態(tài)檢修中圖分類號 :TM 561文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :B 文章編號 :100925306(2005 0520027203收稿日期 :2005207215作者簡介 :王林 (1964 , 男 , 高級工程師 , 工學(xué)碩士 , 從事電力系統(tǒng)及其自動化工作 。計劃檢修體制隨著系統(tǒng)容量迅速增大而見弊 端 , 因此狀態(tài)檢修應(yīng)運而生 。 高壓斷路器實時狀態(tài)監(jiān) 測技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展的時間不超過 10年 , 力部門帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益 , , 能 1-5, 段 5 。 統(tǒng) , 該系統(tǒng)能同時對 30臺各類型及各電壓等級斷路 器的電氣和機(jī)械

3、狀態(tài)參量進(jìn)行在線監(jiān)測 。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開斷電流 和開斷次數(shù) , 雖然能夠獲得近似相關(guān)電壽命數(shù)據(jù) , 但 實踐證明其精確度不夠高 。 因此提出采用開斷電流 的大小累計燒損量來計算電壽命的方法以提高其預(yù) 測精度 。無論何種型號的斷路器 , 都可以從其產(chǎn)品介紹 中得知其額定短路開斷電流下的允許開斷次數(shù) 。 假 設(shè)短路開斷電流下單次開斷的觸頭磨損量為 M , 允 許開斷次數(shù)為 N , 則總的允許磨損量為 M ×N 。 且 當(dāng)開斷電流小到 3%額定開斷電流時 , 磨損量相對 于一次滿容量開斷的磨損量已經(jīng)甚微 , 故小于 3%的開斷電

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

5、流 I c 時的觸頭相對電磨 損量 。a . 少油斷路器的相對電磨損公式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、 、 均為試驗所歸納的系數(shù) 。在 3%I e I c 15%I e 范圍內(nèi)的開斷次數(shù) , 均采 用線性插值方法計算得出 。c . 真空斷路器相對電磨損量公式對任一開斷電流 I c , 通過線性插值的

6、方法 , 可求得其對應(yīng)的相 對電磨損量 Q m (見表 1 , 允許開斷次數(shù)與相對電磨 損量呈倒數(shù)關(guān)系 。表 1對應(yīng)開斷電流 I c 的相對電磨損 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)測與分析a . 分合閘電磁鐵線圈電流監(jiān)測分 、 合閘電 磁鐵線圈電流是利用電流傳感器來實現(xiàn)實時監(jiān)測 的 。 應(yīng)用電流傳感器可方便地測出分合閘線圈的電 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)時的電流和時刻 , I 1、 t 1為鐵芯開始運行時的 電流和時刻 , I 2

7、、 t 2代表鐵芯觸動操作機(jī)構(gòu)的負(fù)載而 顯著減速或停止運行的電流和時刻 , t 3輔助 a 接點斷開線圈電路時刻 , 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 , 尤其是拒分 、 拒合等 故障。 圖 1分合閘磁鐵線圈電流波形b . 儲能電機(jī)參數(shù)監(jiān)測儲能電機(jī)參數(shù)監(jiān)測是通過實時監(jiān)測相關(guān)電壓 、 電流 、 數(shù)字量傳感信息來 實現(xiàn)的 。 通過監(jiān)測儲能電機(jī)的最關(guān)鍵信息 , 如油泵打 壓頻度增加或彈簧儲能不到位等來預(yù)告

8、儲能系統(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)測與分析在斷路器的體外各關(guān)鍵部位安裝振動傳感器 , 測量各點的振動波形 , 通 過專家分析系統(tǒng)監(jiān)測分析高壓斷路器的行程 2時間 特性 , 操作桿上機(jī)械負(fù)載特性及松動 、 磨損 、 斷裂等 異?；蚬收蠣顟B(tài) 。 專家系統(tǒng)據(jù)當(dāng)次操作所得各項信 息與投運時所錄 “指紋” 的比較 見 , 。, 利用某些光學(xué) , 把與真空度 對應(yīng)的電場變化轉(zhuǎn)換成光通量的變化 , 再經(jīng)光纖傳 到低電場區(qū)或控制系統(tǒng)中進(jìn)行檢測 。 其接線原理如 圖 2所示。圖 2接線原理圖電場探頭及引出光纖為絕緣體 , 測試時不改變 斷路器

9、主體結(jié)構(gòu) , 不影響斷路器的各項性能 , 安全可 靠 , 測試系統(tǒng)可承受高電壓 、 強(qiáng)電場以及斷路器操作的沖擊與振動 。 在帶電條件下 , 無論觸頭在分?jǐn)酄顟B(tài) 還是關(guān)合狀態(tài)均能測量 , 都能夠耐受操作過電壓行 波的電磁場以及電磁操動機(jī)構(gòu)動作 。e . SF 6氣體狀態(tài)監(jiān)測與分析 SF 6氣體狀態(tài)監(jiān)測基于對氣體壓力和溫度的測量 。 通過特定設(shè)計 的壓力和溫度傳感器 , 測量獲得壓力和溫度 , 從而可 以計算 SF 6的氣體密度 。 根據(jù)預(yù)定設(shè)置的采集定時 及報警初值 , 實現(xiàn)對 SF 6氣體的實時監(jiān)測與報警 。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 、 智能點壽命監(jiān)

10、測單元 、 智能機(jī)械狀態(tài)與輔 助電路監(jiān)測單元 、 中間繼電器 、 鍵盤 、 打印機(jī)等外設(shè) , 構(gòu)成一個 CPU 分層式自動監(jiān)測與專家診斷系統(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 , 能獨立工作 , 斷電后亦 能記憶斷電前段時間的相關(guān)信息 , 智能模板對所采 集的數(shù)據(jù)僅作簡單處理 , 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 15個電流信息 、 15個開關(guān)量信 號 , 即每模板診斷 5只斷路器的電壽命 。對斷路器開斷電流的測量取自于保護(hù)回路或測 量回路的電流互感器 。 本系統(tǒng)錄取開斷電流最后 3個半波 (約 30m s 有效值的平均值

11、作為開斷電流 。 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)測單元同主機(jī)間的聯(lián)線少 , 現(xiàn)場工程量很小 , 工作亦非常簡單 。 每單元監(jiān) 測 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 , 升級換代和監(jiān) 測量完善非常簡便 , 升級的投入亦十分小 。 不論一個 電站現(xiàn)有多少個高壓斷路器或?qū)頃黾佣嗌賯€斷 路器 , 系統(tǒng)擴(kuò)容只需增加相應(yīng)個監(jiān)

12、測單元即可 。 每個監(jiān)測單元安裝于每個斷路器的操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)或斷路器旁 , 以節(jié)省投資 、 減少現(xiàn)場安裝工作量 。c . 運行情況該系統(tǒng)人機(jī)界面友好 , 由系統(tǒng)標(biāo)識欄 、 信息提示欄 、 狀態(tài)顯示欄及操作提示欄組 成 。每頁畫面可顯示 4臺斷路器的狀態(tài)參量 , 超過 4臺時可用 “ PageU p ” 、 “ PageDow n ” 來選擇 。 若某臺斷 路器的電壽命顯示小于 1%, 則在狀態(tài)顯示欄中顯 示報警信息 。 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為開斷記錄顯示 ; “問” :統(tǒng) 計打印 ; “曰” :屏幕打印等 。3結(jié)論, , 由于現(xiàn)場的情況

13、各不相 器的工作狀態(tài) , 因此工作人員應(yīng)對計算機(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 , 運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)簡單 、 維護(hù)方便等優(yōu)點 。 該 系統(tǒng)的投運 , 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 . 基于振動信號的高壓斷路器機(jī)械故障診斷 J . 高電壓技術(shù) , 2000, 26(3