高壓斷路器機械狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究

摘要：描述了利用單片機實現(xiàn)高壓斷路器機械狀態(tài)在線監(jiān)測的智能裝置及其考慮的監(jiān)測因素。此智能裝置可以長期在線監(jiān)測高壓斷路器動作過程中的機械參量，為斷路器機械故障診斷和狀態(tài)預(yù)測提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：高壓斷路器；狀態(tài)監(jiān)測；傳感器；

0 引言
斷路器的可靠性是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基本條件。根據(jù)GLGRE的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，斷路器的主要故障為機械故障，而其中大多數(shù)故障為操動機構(gòu)故障。加強機械故障的檢測，提前發(fā)現(xiàn)潛在故障，對降低設(shè)備故障率，提高電力系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運行的性能具有十分重要的實際意義。
從20世紀(jì)70年代開始就出現(xiàn)了微機型高壓開關(guān)機械特性測量儀器等監(jiān)測裝置和系統(tǒng)，對斷路器實時在線監(jiān)測，實時掌握斷路器的運行狀態(tài)，以便及時采取預(yù)防措施，避免停電等重大事故發(fā)生。
通過對文獻的分析發(fā)現(xiàn)，目前斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)尚存在幾個問題：
(1)數(shù)據(jù)分析能力不足，缺乏數(shù)據(jù)積累，無法進行故障分析與診斷能力。因此需要擴展系統(tǒng)功能，建立數(shù)據(jù)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(jié)果，缺乏對機械運動過程的關(guān)注。
(3)目前的高壓斷路器檢測系裝置存在壽命短、精度低，性價比低，無法在實際工程應(yīng)用中高效應(yīng)用和推廣。因此，新型在線監(jiān)測裝置需要提高監(jiān)測精度和使用壽命，提高系統(tǒng)的性價比。
為了達(dá)到上述目標(biāo)，本文研究一種新的高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，記錄斷路器分、合閘過程中的信號，提供高精度、高時間分辨率的數(shù)據(jù)，改善系統(tǒng)的性價比，為高壓斷路器的故障診斷和預(yù)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
對中性點不接地系統(tǒng)進行在線監(jiān)測的系統(tǒng)由上位機軟件和分布式高壓斷路器機械參量在線監(jiān)測儀組成。上位機與在線監(jiān)測儀通過RS485接口連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

在線監(jiān)測儀通過傳感器及變送器采集來自真空斷路器的動作信息，一旦發(fā)生斷路器分、合閘信號等符合的起動條件，儀器就開始啟動采集數(shù)據(jù)程序。首先，上位機軟件按照一定規(guī)則輪詢各在線檢測儀，當(dāng)有應(yīng)答，則采集儀器記錄的監(jiān)測斷路器的動作數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫中，積累歷史數(shù)據(jù)。上位機軟件課根據(jù)設(shè)置，對采集的數(shù)據(jù)進行分類、匯總和分析，計算出所監(jiān)測高壓斷路器的機械參量，并輸出斷路器動作過程曲線。
另外，系統(tǒng)在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對故障特征及發(fā)展趨勢作出預(yù)測和診斷，可依據(jù)故障的模式和等級，做出報警。根據(jù)專家規(guī)則，可對設(shè)備檢修提出合理化建議。

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)
高壓斷路器機械狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)分軟件和硬件兩部分。
2．1 在線檢測儀的實現(xiàn)
其中，硬件部分主要為在線監(jiān)測儀，實現(xiàn)分布式高壓斷路器機械參量的采集和上傳，每個通道由主控板、接口板和接線板三部分組成。本系統(tǒng)可靈活實現(xiàn)接口板和主控板的程序上載以適應(yīng)不同的監(jiān)測要求，最大程度上保證產(chǎn)品的性價比。在線檢測儀可將最高達(dá)4個通道接到接線主面板上，數(shù)據(jù)采集通道和接線主面板裝在一個機箱中而組成完整的在線監(jiān)測裝置。上位機能帶16個通道，而且還根據(jù)需要進行高效、低成本擴展，僅僅需要RS485通訊芯片即可(更好驅(qū)動的芯片)。監(jiān)測儀硬件部分結(jié)構(gòu)如圖2所示。