基于角位加速度的环网柜分合闸特性监视方法研究论文_张文青,梁毅,董伟英,章丽江,翟旭,俞锦,吕珏明

摘要：随着智能配电网的发展速度越来越快，环网柜作为城市配电网中重要的开关设备，所占的地位越来越重，但是目前环网柜整体水平并不高。一些环网柜只是初步实现了馈线自动化功能，还不具备在线监测功能。大多数环网柜还不具备自动化功能，对于环网柜融入到智能配电网造成巨大阻碍，关于智能环网柜方案的研究已成迫切需求。基于角位加速度的分合闸特性监视方法研究，具有实际意义。

1、前言

随着我国社会经济的快速发展，以及电力行业改革进程的逐步深入，10kv高压开关的应用率也有所提高，并为电力系统高压开关柜的有效运行提供了可靠的保证，另一方面，还有助于电力系统安全事故发生率的降低。对于电力企业来说，强化10kv高压开关柜负荷开关的安装、调试和维护研究，有助于其经济和社会效益的提高。

同时，环网柜已经大量遍布城市各个角落，因此环网柜的安全、可靠运行，会对整个电力系统运行的稳定性和安全性产生直接的影响，若环网柜的开关分合闸发生故障，则会造成整个电力系统的安全隐患，进而威胁工作人员的生命安全，提高电力系统的建设和维护成本。而基于角位加速度的环网柜分合闸特性监视方法，可以通过角位加速度曲线来迅速预判开关柜分合闸特性，通过这种角位加速度的判断方式，我们就能够在设备发生故障时尽快的排除，确保供电的安全与可靠。

2、基于角位加速度的环网柜分合闸特性监视方法研究

基于角位加速度的环网柜分合闸特性监视方法研究是分析查找环网柜分合速度不合格原因的最直接方法，可预判开关设备的机械卡滞、失灵；提供系统运行状态下的开关特性曲线，并判别开关设备的特性是否正常；同时角位移加速度传感器具有尺寸小，安装位置随意，不需要紧密校准位置等优点，克服了滑阻、光电码盘安装要求高、抗震性能差，寿命短、可靠性低等不足。研究点如以下几点：

1） 环网柜刚分、刚合点在线监测研究

在操作环网柜分、合闸时，实时监测断路器模块的刚分、刚合点。判断断路器的运行特性。刚分、刚合点的位置确定，是以SW6-110型断路器分段来分析确定，断路器动、静头分开位置如图1所示。

图1 断路器动、静头分开位置

断路器分断或关合电流引起电弧燃烧，是在超行程计算点之后的电弧燃烧区，所以刚分、刚合点以超行程位置确定更符合断路器分、合闸实情；同理选取刚分或刚合前10ms内动触头移动的距离来定义刚分、刚合速度，更能反映断路器刚分、刚合电流回路的断路情况，计算断路器的刚分、刚合闸速度与灭弧关系，也更具有实际意义。

2） 环网柜动静触头运动速度实时采集

在环网柜分合闸过程中，动静触头分离或接触瞬间的运动平均速度作为刚合点的瞬时速度。

对于分合闸速度信号，可以通过速度传感器进行可靠监测，在环网柜开关分合闸速度出现异常（过快或过慢）的时候，发出告警信号，然后由工作人员查找原因，排除故障隐患。

3） 环网柜操动过程中的机械振动研究

在环网柜的动作过程中，由于机械振动容易引起环网柜性能的变化，因此进行环网柜操动过程中的机械振动研究。

通过采集实时工作的机械振动及开关分合闸波形，与正常工作时的波形相比，如果波形差距很小，说明开关工作状态正常，如果差距比较大，通过分析波形能够找出问题，然后由工作人员处理。

4） 便于环网柜安装的角位移加速度传感器设计研究

基于角位加速度的环网柜分合闸特性监视方法研究设计一套便于环网柜安装的角位移加速度传感器模块。当配电线路发生故障的时候，智能终端通过角位互感器采集加速度曲线和角位移曲线，将采集到的信号经过通信终端上传到配电自动化主站，主站通过环网柜上传的故障信息判别故障原因，快速切除故障线路，恢复非故障线路的供电。

总的来说，经过优化的环网柜的方案，在结构上美观紧凑，供电的可靠性进一步加强，环网柜实现智能化。所以，基于角位加速度的环网柜分合闸特性监视方法能够提高环网柜的智能化水平、增加供电可靠性，最终有助于智能配电网的发展。

3、监测高压开关设备动作特性研究

1）总体设计

开关设备合、分闸时的行程一时间特性是表征开关机械特性的重要参数,也是计算开关合、分闸速度的依据，对开关的开断性能有至关重要的影响。开关的辅助触点是一个机械触点，反映开关主触头的分合状况，传感器具有灵敏度高、体积小、探测范围宽、抗恶劣环境等优点。通过传感器提供的有关动作数据，可以判断开关的动作参数、时间特性曲线，或者比较历史记录、分析机械特性参数的变化趋势，来对开关机械状态进行判定。

图3 电路结构图

2） 高压开关动作特性曲线图研究

在开关柜的控制机构主动轴上安装监测点，同时设计在跟随断路器的主轴一起运动的连杆上放置巨磁阻传感器，通过对连杆的位移判断，实时采集主轴的动作行程，并将行程动作周期性信号输出，可以得出任意时刻对于基准点的角度。整个动作过程将形成一个曲线图。分闸下的曲线图如图4，合闸下的曲线图如图5，

刚合速度＝前10ms内的平均速度

刚分速度＝后10ms内的平均速度

根据途中曲线及公式可以得到刚分、刚合速度等特征参量，从而实时监测开关设备分合闸的行程-时间特性。同时，基于巨磁阻传感器的开关设备分合闸的行程-时间特性监测装置，具有尺寸小，安装位置随意，不需要紧密校准位置等优点。

图4 分闸操作触头行程曲线

图5 合闸操作触头行程曲线

4、结论

基于角位加速度的环网柜分合闸特性监视方法的研究应用，是实现一套便于环网柜安装的角位移加速度传感器模块，提高环网柜的智能化水平、增加供电可靠性，最终有助于智能配电网的发展。

论文作者:张文青,梁毅,董伟英,章丽江,翟旭,俞锦,吕珏明

论文发表刊物:《中国电业》2019年22期

论文发表时间:2020/4/7

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