(南方电网超高压输电公司广州局 广东广州 510420)
摘要：，对电力设备进行在线监测,是实现设备预知性维修的重要前提,是保证设备安全可靠运行的关键,也是对传统预防性试验的重大补充与发展。高压断路器是电力系统中最重要、最复杂的电气设备之一,它对电力系统的安全运行起重要作用。当它发生故障或事故时可能引起电网事故,甚至扩大事故,造成严重的经济损失。高压断路器所造成的事故在电力设备故障中占较高比例。因此,对高压断路器进行实时监控,及时了解高压断路器的工作状态对提高供电可靠性有着十分重要的意义。本文设计开发出了一种基于DSP的特高压直流断路器在线监测与诊断系统。介绍了监测系统的功能,并深入阐述了系统的硬件模块的设计和上、下位机软件的实现过程。实现了特高压直流断路器在线状态监测和故障诊断的功能。
关键词：特高压直流；直流断路器；在线监测；设计
Abstract：On line monitoring of power equipment is an important prerequisite to achieve predictive maintenance of equipment, is the key to ensure the safe and reliable operation of equipment, but also a significant supplement and development of traditional preventive test. High voltage circuit breaker is one of the most important and complicated electrical equipment in power system. It plays an important role in the safe operation of power system. When it fails, it may cause power grid accidents, or even expand the accident, causing serious economic losses. The accidents caused by the high voltage circuit breakers are in a high proportion in the power equipment fault. Therefore, it is of great significance to improve the reliability of power supply in real-time monitoring of high voltage circuit breaker and timely understanding of the working state of the high voltage circuit breaker. An on-line monitoring and diagnosis system for extra high voltage DC circuit breaker based on DSP is designed and developed in this paper. The function of the monitoring system is introduced, and the design of the hardware module of the system and the implementation process of the upper and lower computer software are expounded. The function of the on-line condition monitoring and fault diagnosis of the UHV DC circuit breaker is realized.
Key words：high-voltage circuitbreaker ; On line monitoring ; design
0 引言
随着电力体制改革的深入，在电力市场，电力系统需要进一步提高电力设备的可靠性。保证运行可靠性和维修经济性成为输电、发电企业适应市场竞争的迫切需要，用状态检修模式取代现有的计划检修模式，是电力工业发展的趋势。根据国家电力公司公布实施《火力发电厂实施设备状态检修的指导意见》的要求，电力公司应根据自身设备的实际及人员、资金情况，选择一些查合实施状态检修的设备，先在一定范围内开展工作。550KV、220KV、110KV高压开关、厂地高压开关都已经被列人实施状态检测的范畴。实现电气设备状态检修的基础是对设备的在线状态监测。在线监测能准确、实时地反映电气设备的状况和预测使用寿命，为检修决策提供依据。电气设备状态监测不仅是设备状态检修模式的基础，也符合无人值守变电站—目前我国电力部门正在实施的电气运行管理模式的发展需要。这就要求电力企业逐步形成一套融故障检修、定期检修、状态检修和主动检修为一体的、优化的综合检修方式，以提高设备的可靠性并降低电力成本。
1直流断路器在线监测系统研究的意义
在电力系统中,额定电压在±800kV以上的输配电断路器一般都统称为特高压直流断路器。当系统正常运行时，根据系统运行的需要，用直流断路器把设备或线路接入系统或退出运行；当设备或线路发生故障时，它能快速切除故障，保证其他部分正常运行。直流断路器在电网中起着控制和保护的双重作用，其工作状态的好坏直接影响电力系统供电的可靠性和安全性。因此全面掌握断路器的工作状态、缺陷的部位，及时对直流断路器进行停电试验和检修，对提高检修的针对性，减少维护工作量，降低维护费用有着重大意义。随着在线检测技术迅猛发展，对直流断路器实施状态在线监测及其技术研究已经是大势所趋。[1]
2在线监测系统的功能
本文研究的在线监测系统能适应够适应直流断路器特殊的工作环境，不会对直流断路器的正常工作造成影响，具有较好的抗干扰能力和较高的灵敏度。电力系统运行时，监测系统对直流断路器进行不间断的监测，对有关运行参量和数据进行显示、记录保存和处理。通过直流断路器的历史运行数据和环境信息，建立直流断路器专属数据库，对变电站所属断路器进行统一管理，还能与系统内其他变电站进行连网，供用户使用。在线监测系统通过所属的有独特功能的硬件和较件，对直流断路器的运行状态做出及时的评估和必要的预测，在直流断路器运行异常的初期给出必要的预警信息和消除措施，[2]其检测结果可靠性高，并具有较好的经济性。本系统主要的监测和评估功能包括：
（1）机械特性在线监测
（2）触头电寿命在线监测
（3）绝缘状况监测
（4）二次回路完好性监测
（5）操作线圈在线监测
3在线监测系统硬件设计与实现
本系统以TI公司的TMS320LF2407（代号） （TMS320F2812PGFA）DSP芯片为核心,采用模块化的设计方法,构建了直流断路器在线监测系统的硬件部分。系统设计时尽量使各个子功能模块独立,当某个模块出现故障，不会影响其他正常运行的模块，工作可靠性高；而且维护方便。监测主机是监测系统硬件的重要部份，它主要由中枢神经控制单元、石墨喷口测量单元、行程测量单元、通用模拟量测量单元、控制输出单元、外同步输入输出测量单元、键盘、显示、打印子系统、电源系统以及恒流源子系统构成。
3.1时间测量单元
时间测量单元的作用是测量直流断路器控制命令发出后断路器的反应时间,包括主断口合闸时间、分闸时间、合分时间等，同时可以测量断路器辅助和控制回路触点的动作时间
3.2控制输出单元
控制输出单元的主要功能是发出各种不同的控制信号。其输入受时钟信号、指令寄存器的操作码字段、标志和处系统总线的控制信号的控制。本系统的控制输出单元采用同步控制和异步控制相结合的方式，CPU内部各操作在同步时序信号的控制下进行，涉及I/O操作等少数时间难以确定的微操作采用异步控制，大大提高了控制输出单元的效率。
3.3通用模拟量测量单元
通用模拟量测量单元的功能是测量断路器动作时的相关模拟信号的波形,包括行程直线、转角、速度、线圈电流、回路电压等,从而分析出直流断路器动触头的行程、超程、开距等机械特性参数。本设计采用EM286模拟量通用模块，不但省掉了传统的专用模拟量模块，而且传感器可直接使用，无须经变送器转为标准信号，大幅降低信号采集部分的成本。该单元提供三个模拟通道,对应测量时的三相,每个通道都具备同样功能,测量通道之间互相独立、隔离,具有较好的抗干扰能力。
3.4中枢神经控制单元
中央控制处理单元是整个监测主机的核心单元,它能完成模数转换并实时采集模拟信号、开关量、输出控制动作等。CPU采用TI公司的DSP芯片TM320LF2407处理器，处理速度极高,适合处理大运算量的实时任务。TM320LF2407内部集成了大量的系统资源,降低了开发成本。中央控制处理单元具备自检功能和掉电保护,能够给出运行指示、错误警告,并支持运程桌面操作。
4在线监测系统软件设计与实现
软件系统分为监测主机驱动系统和上位机故障诊断处理系统两部分。直流断路器在线监测与诊断系统软件部分的主体流程图如图一所示。[3]
图1 监测与诊断系统的主体流程图
4.1监测主机驱动软件的设计与实现
监测主机在整个直流断路器在线监测与诊断系统中肩负着数据采集、分析、通讯、显示、打印等一系列的任务
（1）控制处理模块的软件设计
控制处理模块是驱动系统的关键部分，主要完成基带信号的解码和校验，生成状态命令。本模块采用基带处理单元和控制单元结合的方式，具有速度快、低功耗、稳定性高的优点。
（2）通讯子模块的软件设计与实现
通讯子模块负责驱动系统与故障诊断系统数据和命令的传递。通讯模块采用EDPF分布式高速智能测量测控网络中的智能通讯单元。它具有4个RS485串口，一个RS232串口，其中两个端口用HDLC协议与分散处理单元通讯。剩下的串口可独立设定为主站通讯方式，可方便地与第三方功能模块进行通讯。
（3）显示、打印子模块的软件设计
显示、打印子模块通过与控制模块进行通信，完成数据读取，将测试结果或曲线在液晶屏进行显示,或交给微型打印机打印输出。
4.2上位机故障诊断系统的设计与实现
上位机故障诊断处理系统CBTM-0824(Circuit Breaker Test&Monitor)的主要任务是为直流断路器的检修与维护提供指导，以便统一管理各个直流断路器。
CBTM-0824软件系以分布式实时数据库为核心,用于分层 显示通讯模块内的数据。它具有采集、存储并管理传感器传递来的直流断路器状态与运行过程数据的功能，提供直流断路器的统一实时数据平台，软件采用了许多先进技术，包括实时事务调试算法，并发控制协议及自适应的历史数据压缩算法等。软件分为历史数据分析管理系统和及时数据存储处理分析系统，这两个独立的子系统通过以太网数据库交换数据，用户随时可以对各类数据进行分析、统计及备份，也可绘制函数曲线和生成报表。
CBTM-0824软件系统的核心是故障诊断处理系统。该诊断处理系统是由设备信息库、试验数据库及标准数据库组成。其中,设备信息库包括设备铭牌数据,设备各部件的规格尺寸、设备的材料及其特性等数据。是分析断路器状态变化趋势的基础数据。试验数据库包括出厂试验数据、交接实验数据、预防性试验数据和特殊性试验数据等，为断路器的状态预测和制订检修计划提供依据。标准数据库包括国家规范、企业标准、厂家技术要求、典型分析事例等组成。CBTM-084以这三个数据库为基础,经过系统的逻辑分析,推理出直流断路器的状态及其变化规律,为检修提供有价值的依据.
图2 上位机故障诊断系统的系统流程图
5结论
本文研制了一种基于DSP的直流断路器在线监测与诊断系统，该系统能够在监测的同时实现直流断路器的在线诊断，还能及时地给出报警信号和应采取的措施,将故障隐患消灭于萌芽初期。对于工作人员而言，在线监测系统便于对变电站所属断路器实行统一管理,从而减少了高压断路繁多的巡检任务,提高了断路器管效率，值得运用与推广。
参考文献
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[3]曹国臣.基于DSP的断路器在线监测与诊断系统的设计与实现. [D].武汉：武汉理工大学，2008.
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论文作者:齐向东,谭华安,陈为庆,何进西,王耀,黄学民,刘
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/18
标签：断路器论文; 在线论文; 系统论文; 单元论文; 状态论文; 模块论文; 测量论文; 《电力设备》2016年第22期论文;