高压真空断路器机械状态监测系统研制

　　介绍了一种高压真空断路器机械状态监测系统。该监测系统综合了以往的监测技术，保证了对断路器机械状态监测的全面性。在此基础上，扩大了监测范围，包括弹簧操动机构真空断路器和永磁机构真空断路器，提出了一机两用思想，既可作为断路器出厂测试用，又可作为断路器在线监测用。该监测系统在技术上，对信号采集精度、监测仪功能方面、运行抗干扰方面有了更高的要求。监测系统的上位机系统使用混合型面向对象语言C++在可视化编程系统Visual C++中编写，实现与下位机间的通信，接收到的数据随时绘成波形实时显示并存入数据库，为之后的故障诊断系统分析判断积累信息资源。该监测系统已基本完成，经实验测试运行正常，采集数据准确。

　　引言

　　高压断路器是电力系统中最重要的开关设备之一，它担负着对电力系统控制和保护的双重任务。断路器的工作稳定对整个电力系统的正常运行非常关键。国际大电网会议对高压断路器可靠性所做的世界范围的调查及我国电力部门对高压开关事故的统计分析均表明，高压断路器的大多数故障(主要故障的70%和次要故障的86%)发生在机械机构上。高压断路器机械故障所造成的事故在次数、事故所造成的停电时间上均占总量的60%以上。大多数的机械故障是由于机械特性不良造成的， 常见的机械故障有传动机构变形、润滑不良、电磁铁卡塞、锁扣失灵、触头磨损、螺丝松动、部件破裂、缓冲器故障、弹簧拉伸偏差、合分闸线圈电流失稳、断路器安装不牢等，而其他故障如灭弧、绝缘等的故障占较小的比例。

　　通过大量工厂实验， 发现典型的时间—位移曲线、速度—位移曲线、辅助接点动作曲线、分合闸线圈电流曲线、电机电流曲线等波形中含有丰富的机械状态信息，特别是渐变信息，当某个部件异常时，相关波形均会有相应的变化， 它可以利用对曲线细部特征变化十分敏感的曲线相关性技术， 对机械状态渐变性潜在故障进行诊断。因此，通过检测高压断路器的机械状态的手段，对提高供电可靠性有重要的现实意义，并可以减少盲目定期检修带来的资金浪费，同时也加强了智能电网自愈和自适应能力。

　　笔者所设计的监测系统的监测量包括弹簧操动机构真空断路器的合分闸脱扣器线圈电流信号、储能电机电流信号、主轴旋转角位移及速度信号、电机触点信号、永磁机构真空断路器永磁线圈电流信号、永磁线圈电压信号、动触头行程信号以及两者的振动信号、辅助触点与三相触头合分闸的开关量信号。该监测系统对信号的采集精度做了更高的要求，采用外部AD 转换模块，将采集精度提高到16 bit。信号处理单元采用先进的数字信号处理器作为检测核心，负责模拟信号的采集、转换、运算、传输以及增强功能的实现。该监测仪也可作为断路器的出厂测试仪，提供断路器出厂时必须的开距、超程、弹跳、速度等参数信息。

　　1、监测系统

　　监测系统结构图见图1。监测系统主要包括控制模块、信号采集模块、AD 转换模块、信号处理模块以及实时显示波形的上位机系统。此外，还有监测仪的增强功能，包括故障语音报警、LCD 液晶显示、报表打印、数据存储等功能。

图1 监测系统结构图

　　各路采集通道将采集到的模拟信号量通过电平转换电路转换为0~5 V 之间的信号， 送入AD 转换模块中， 转换完后输出的数字信号需经过电平转换电路降为3.3 V 的数字信号，送入信号处理模块。信号处理模块对数据进行处理，并通RS485 通讯传输给上位机，上位机对数据进行大量的分析、判断断路器的相应位置的工作状态，然后，上位机针对相应监测结果，发出指令给下位机进入下一步动作。当上位机判断出断路器出现异常时，发送指令给下位机，下位机接收指令并区分指令的特征， 控制LCD 显示故障数据，同时控制语音报警电路说明故障的严重程度，以此给予工作人员语音提醒，并提供故障数据。

　　4、结语

　　高压电器是电力系统中非常重要的成员， 尤其断路器又显得格外重要，为保护断路器正常工作，保证电力系统的正常运行， 对断路器的机械状态监测必不可少。该监测系统对断路器的机械特性状态信息做了正确的监测， 能够保证在该监测信息的基础上，通过后台诊断系统的分析判断，预防断路器的机械故障，对电力系统的正常运行有积极的作用。有利于智能电器的发展，促进智能电网的完善。再者，由于电力系统中来自电力电路干扰、人为干扰、自然环境等干扰的影响， 以及智能电网对智能断路器的严格要求， 致使对断路器监测系统的监测准确性提出严峻的考验，为了得到更加准确的监测结果，将加强对监测系统的抗干扰能力的研究， 以满足智能电网的需要。