高壓斷路器機械狀態監測系統研究

摘要：描述了利用單片機實現高壓斷路器機械狀態在線監測的智能裝置及其考慮的監測因素。此智能裝置可以長期在線監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預測提供依據。
關鍵詞：高壓斷路器；狀態監測；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機構故障。加強機械故障的檢測，提前發現潛在故障，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際意義。
從20世紀70年代開始就出現了微機型高壓開關機械特性測量儀器等監測裝置和系統，對斷路器實時在線監測，實時掌握斷路器的運行狀態，以便及時采取預防措施，避免停電等重大事故發生。
通過對文獻的分析發現，目前斷路器在線監測系統尚存在幾個問題：
(1)數據分析能力不足，缺乏數據積累，無法進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)僅關注機械參量的計算結果，缺乏對機械運動過程的關注。
(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，無法在實際工程應用中高效應用和推廣。因此，新型在線監測裝置需要提高監測精度和使用壽命，提高系統的性價比。
為了達到上述目標，本文研究一種新的高壓斷路器狀態在線監測系統，記錄斷路器分、合閘過程中的信號，提供高精度、高時間分辨率的數據，改善系統的性價比，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
對中性點不接地系統進行在線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監測儀組成。上位機與在線監測儀通過RS485接口連接，系統結構見圖1。

在線監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據程序。首先，上位機軟件按照一定規則輪詢各在線檢測儀，當有應答，則采集儀器記錄的監測斷路器的動作數據，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，對采集的數據進行分類、匯總和分析，計算出所監測高壓斷路器的機械參量，并輸出斷路器動作過程曲線。
另外，系統在歷史數據的基礎上，對故障特征及發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。根據專家規則，可對設備檢修提出合理化建議。

2 在線監測系統實現
高壓斷路器機械狀態在線監測系統分軟件和硬件兩部分。
2．1 在線檢測儀的實現
其中，硬件部分主要為在線監測儀，實現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。本系統可靈活實現接口板和主控板的程序上載以適應不同的監測要求，最大程度上保證產品的性價比。在線檢測儀可將最高達4個通道接到接線主面板上，數據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測裝置。上位機能帶16個通道，而且還根據需要進行高效、低成本擴展，僅僅需要RS485通訊芯片即可(更好驅動的芯片)。監測儀硬件部分結構如圖2所示。