高壓斷路器機械狀態(tài)監測系統研究

摘要：描述了利用單片機實(shí)現高壓斷路器機械狀態(tài)在線(xiàn)監測的智能裝置及其考慮的監測因素。此智能裝置可以長(cháng)期在線(xiàn)監測高壓斷路器動(dòng)作過(guò)程中的機械參量，為斷路器機械故障診斷和狀態(tài)預測提供依據。
關(guān)鍵詞：高壓斷路器；狀態(tài)監測；傳感器；

0 引言
斷路器的可靠性是保障電力系統安全穩定運行的基本條件。根據GLGRE的調查發(fā)現，斷路器的主要故障為機械故障，而其中大多數故障為操動(dòng)機構故障。加強機械故障的檢測，提前發(fā)現潛在故障，對降低設備故障率，提高電力系統安全、可靠、穩定運行的性能具有十分重要的實(shí)際意義。
從20世紀70年代開(kāi)始就出現了微機型高壓開(kāi)關(guān)機械特性測量?jì)x器等監測裝置和系統，對斷路器實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測，實(shí)時(shí)掌握斷路器的運行狀態(tài)，以便及時(shí)采取預防措施，避免停電等重大事故發(fā)生。
通過(guò)對文獻的分析發(fā)現，目前斷路器在線(xiàn)監測系統尚存在幾個(gè)問(wèn)題：
(1)數據分析能力不足，缺乏數據積累，無(wú)法進(jìn)行故障分析與診斷能力。因此需要擴展系統功能，建立數據庫，強化故障分析與診斷功能。
(2)僅關(guān)注機械參量的計算結果，缺乏對機械運動(dòng)過(guò)程的關(guān)注。
(3)目前的高壓斷路器檢測系裝置存在壽命短、精度低，性?xún)r(jià)比低，無(wú)法在實(shí)際工程應用中高效應用和推廣。因此，新型在線(xiàn)監測裝置需要提高監測精度和使用壽命，提高系統的性?xún)r(jià)比。
為了達到上述目標，本文研究一種新的高壓斷路器狀態(tài)在線(xiàn)監測系統，記錄斷路器分、合閘過(guò)程中的信號，提供高精度、高時(shí)間分辨率的數據，改善系統的性?xún)r(jià)比，為高壓斷路器的故障診斷和預測提供基礎數據積累。

1 系統總體設計
對中性點(diǎn)不接地系統進(jìn)行在線(xiàn)監測的系統由上位機軟件和分布式高壓斷路器機械參量在線(xiàn)監測儀組成。上位機與在線(xiàn)監測儀通過(guò)RS485接口連接，系統結構見(jiàn)圖1。

在線(xiàn)監測儀通過(guò)傳感器及變送器采集來(lái)自真空斷路器的動(dòng)作信息，一旦發(fā)生斷路器分、合閘信號等符合的起動(dòng)條件，儀器就開(kāi)始啟動(dòng)采集數據程序。首先，上位機軟件按照一定規則輪詢(xún)各在線(xiàn)檢測儀，當有應答，則采集儀器記錄的監測斷路器的動(dòng)作數據，并將采集的數據放入數據庫中，積累歷史數據。上位機軟件課根據設置，對采集的數據進(jìn)行分類(lèi)、匯總和分析，計算出所監測高壓斷路器的機械參量，并輸出斷路器動(dòng)作過(guò)程曲線(xiàn)。
另外，系統在歷史數據的基礎上，對故障特征及發(fā)展趨勢作出預測和診斷，可依據故障的模式和等級，做出報警。根據專(zhuān)家規則，可對設備檢修提出合理化建議。

2 在線(xiàn)監測系統實(shí)現
高壓斷路器機械狀態(tài)在線(xiàn)監測系統分軟件和硬件兩部分。
2．1 在線(xiàn)檢測儀的實(shí)現
其中，硬件部分主要為在線(xiàn)監測儀，實(shí)現分布式高壓斷路器機械參量的采集和上傳，每個(gè)通道由主控板、接口板和接線(xiàn)板三部分組成。本系統可靈活實(shí)現接口板和主控板的程序上載以適應不同的監測要求，最大程度上保證產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比。在線(xiàn)檢測儀可將最高達4個(gè)通道接到接線(xiàn)主面板上，數據采集通道和接線(xiàn)主面板裝在一個(gè)機箱中而組成完整的在線(xiàn)監測裝置。上位機能帶16個(gè)通道，而且還根據需要進(jìn)行高效、低成本擴展，僅僅需要RS485通訊芯片即可(更好驅動(dòng)的芯片)。監測儀硬件部分結構如圖2所示。