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高压断路器行程特性监测方法的研究

发表时间：2021/4/28 来源：《电力设备》2020年第33期作者：杜彬王明树吴林波

[导读] 摘要：高压断路器行程测量是高压断路器状态监测的一个重要方面。

        （河南平高电气股份有限公司河南省平顶山市 467000）
        摘要：高压断路器行程测量是高压断路器状态监测的一个重要方面。在旧的高压断路器状态监测系统中，实现行程测量需要单独的电路板。
        关键词：高压断路器；特性监测；方法研究
        对断路器进行在线监测，可以及时了解断路器的运行状况和故障位置，减少断电测试和维修，减少维修工作量，降低维修成本，提高维修相关性，并大大提高可靠性在线监控是状态检修，并允许对设备运行状态监控和诊断实施状态检修至关重要。
        一、高压断路器机械特性监测
        1.高压断路器。高压断路器是额定电压大于3KV的断路器。通常是电气系统中额定电压大于3KV的输配电断路器。一方面，电网运行可以根据需要控制具体电气线路或设备的拆除或投入使用；出现系统故障时，可以及时关闭故障点，以确保电网故障安全运行。总之，断路器可以根据需要分割和组合工作电流和短路电流。如果它们无法正常工作，小区域和小曲面会被切断，事故会导致系统连锁反应，造成无法估量的损失。为此，高压断电和运行可靠性直接关系到整个电力系统的安全运行和供电。图1显示了断路器的典型组件。

        图1断路器的典型构成图构
        高压断路器在线监测系统。(1)高压断路器监控系统的任务。断路器在线监测系统的基本任务是了解和控制断路器的状态，为断路器的故障排除、性能评估、合理使用和安全提供信息和基本数据。为此，断路器在线监测系统应实现以下基本目标:①建立高压断路器在线监测系统，确保断路器持续监测。在开关柜上安装传感器和数据采集模块不会影响设备的整体性能、参数和可靠性。该计算机技术利用传感器技术和电磁兼容性，使高压数据采集单元的运行可靠。能够在电磁干扰强、温度变化大、机械振动强的恶劣环境中运行；②带断路器的现场数据采集单元，用于将数据发送到上位机建立高压断路器状态数据库；信号处理技术的应用可以处理断路器运行状态数据；③该监测系统不仅提供了高压断路器的电流参数，还分析了重要参数的趋势。为高压断路器提供维护依据，延长设备维护周期，降低维护成本；④具有人机界面友好的数据采集、信号处理、故障排除、数据管理软件；⑤具备良好的技术经济指标。
        2．高压断路器机械监测特性。(1)设定机械性质的参数。保护开关的机械特性包括行程、速度和时间。计算保护开关参数时，必须至少知道两个参数。保护开关的机械特性通常包括:合分闸时间、触头行程、超行程、合分闸不同期、刚合分闸速度、合分闸最大速度、平均合闸分闸速度等，图2是开放曲线。图中的顶部接触信号曲线表示分离操作过程中三相接触A、B、C的分离和闭合状态；实线高位跳到低位，表示动静态接触头分开。异步闭合被定义为第一个极和所有可靠的外接触分离之间的时间差。图中的位移曲线表示分离过程中探针移动的位移时间曲线。当分离线圈打开时，保护开关的触发头将从隔离开关的位置移动到分离开关的位置。曲线清晰地表示位移关系。图中下半部分的电流曲线表示分闸线圈的通电电流状态，坐标原点为线圈的启动通电时间。

        图2分闸曲线示意
        机械故障排除方法。对于非电磁机构中的断路器，通常使用机械特性设置进行故障排除。参数的变化，如分离闭合时间和分离闭合速度，反映了运行机构的异常状态，如星形；行程、加速度、行程超出参数等。间接反映断路器操作机构的运行状态；灭弧触点残余反映长度电气程度磨损；分离门的同时性反映了消弧线接触的平面性和燃烧性。对于电磁操作机构，线圈电流的波形可以反映铁芯行程、铁芯锁定、线圈状态(例如线圈之间的短路)、辅助接触情况和闭锁制动线圈的闭合时间。通过监测已关闭线圈的工作流，可以大致了解第二个保护开关的运行情况。以及铁芯运动是否锁定为维护提供辅助基础。诊断程序由受监控的计算机运行。监测设备仅向受监视的计算机提供数据。监测计算机使用专门的分析软件进行诊断。
        二、光电式位移传感器测速的原理
        高压断路器运行时间特性是描述断路器机械特性的重要参数，是计算高压断路器起动转速的基础。过载电路的制动性能、制动速度，特别是制动电阻的制动补偿速度，对断路器的制动性能有着重大影响。高压断路器动态接触速度测量主要基于动触头行程时间测量，以计算动触头速度。因此，监测高压断路器的线路是监测高压断路器状况的一个重要组成部分。当前测量高压断路器的行程时间特性。光传感器与相应的测量圆结合使用。增量速度编码器或线性速度编码器通常安装在断路器的线性运动部件上，或者安装在断路器电源按钮的主轴上，该开关带有一个传感器，用于测量在操作波形凸轮(隔离开关)时磁头的运动信号。它使用圆形光栅通过光电转换将旋转角度位移转换为脉冲信号。当输入轴旋转时，编码器输出相位差为90的正交脉冲序列A相、B相通过光电隔离和反向选择得到相位A,A,B,B通过处理方式接收信号A′,A′,B′,B′，处理窄脉冲信号P+和P-:P+=A′的脉冲输出数
        B+A′B+B′A+B′A;(1)
        P-=A′B+A′B+B′A′+B′A;(2)
        两个计数脉冲由加减计数器计数，并输出一个12位二进制代码，其值对应断路器操作过程中动态接触的移动过程。测试系统以一定的采样频率读取12位输出，得到断路器运行时的特性曲线。可以使用动触头移动时间的波形来计算合(分)闸动运动时间、行程和运动速度。直线光电编码器采用直尺光栅，其工作原理与旋转光电编码器基本相同。传统TTL逻辑电路需要十几个芯片才能执行这些功能。
        1.使用EPLD监视断路器的行程。EPLD简介。可编程逻辑设备(PLD)是一种数字集成电路，允许用户现场编程所需的逻辑功能。任何布尔表达式或注册表函数都可以使用PLD中的逻辑结构来实现。可以根据的特定设计需求规划和修改它们。PLD简化了系统设计，减小了系统大小，提高了系统可靠性。PLC已从简单的PAL、GAL转换为CPLD、EPLD、FPGA和FLEX。EPLD是一种可编程逻辑设备，可以将其擦除。此处介绍的EPM7128SLC84-15是Altera的MAX7000系列可编程EPLD。
        2.采用EPLD实现了信号正交处理的电路设计和工作原理。在一般高压断路器状态监测装置中，线路监测由印刷电路板进行。施密特触印刷电路板上触发电路正交信号A、B，获取窄脉冲信号A′,A′,B′,B′，然后通过诸如、或非门限电路计算、计数和导出最终计数结果。目前正在使用EPLD监测高压断路器的状况测量设备处理器所在的主板直接执行行程监控。除了行程监控功能外，EPLD还可用作处理器的解码电路，生成芯片选择信号，并执行多个逻辑功能。
        将EPLD应用于高压断路器行程监控可以简化电路，减少电路面积，降低系统成本。系统的擦除和编程能力使其具有很大的灵活性。编辑过程在max+plusⅱ开发环境中进行，这既方便又有效。因此，E-PLD提高了调度系统的可复制性和灵活性；此外，使用EPLD可减少系统电路中的元件数目，并提高稳定性和抗干涉能力。
        参考文献：
        [1]倪凯.泸定智能化变电站开关类设备状态监测设备及系统调试[J].华东电力，2019，06:953-957.
        [2]黄谋耿.配电开关状态监测与优化检修系统研制[J].电工电气，2019，04:52-57.