（1..浙江国华余姚燃气发电有限责任公司浙江 余姚 315499；
2.南京南电继保自动化有限公司 江苏南京 211153）
摘要：近年来，国内外发生了一系列由于断路器故障引发的区域电力供应中断事故，给当地的居民和工厂带来一定经济损失。研发断路器机械特性状态监测、断路器密度微水状态监测和断路器电寿命评估诊断很有必要。断路器在线监测系统可根据开关的各种状态数据进行综合分析，以确定其检修周期、检修的深度等，实现其状态检修，提前在各种异常和故障时给出报警或预警信息，能够及时检修处理异常状况，可大大减少人员维护成本和检修成本，从而保证开关运行可靠性进而保证机组可靠运行。
关键词：发电厂；断路器；机械特性；在线监测
1 引言
近年来，国内外发生了一系列停电事故，无论是电网本身受到的破坏，还是由于电网破坏而导致的其它国民经济行业的损失，均使社会公众的生命和财产安全遭受到了严重威胁。2012年，我国深圳地区就发生由于断路器外部螺母松动造成断路器故障从而引发区域电力供应中断事故，给当地的居民和工厂带来一定经济损失，同时给社会带来一些消极的影响。
为了提高对断路器的检修水平，防止发生突发停电事故，对断路器本身的机械特性进行实时监测是目前公认的行之有效的方案，能够形成断路器机械特性状态监测、断路器密度微水状态监测和断路器电寿命评估诊断等相关核心技术的发展。开关检测系统建成后，可根据开关的各种状态数据进行综合分析，以确定其检修周期、检修的深度等，实现其状态检修，提前在各种异常和故障时给出报警或预警信息，能够及时检修处理异常状况，可大大减少人员维护成本和检修成本，从而保证开关运行可靠性进而保证机组可靠运行。
2.装置设计方案
2.1系统组成与工作原理
总体来说，断路器特性在线监测系统包含霍尔电流传感器、旋转式光电编码器、加速度传感器、辅助接点、信号处理器与通信、后台软件，硬件采样同步电路如图1所示，当断路器通电工作后，装置根据系统设置的霍尔电流值、增量编码器行程门槛值以及辅助接点判断动作状态指令，装置以10KHz频率刷新数据，当测量值连续高于门槛值，将时间调用程序启动，根据事先设定好的时间间隔，自动计算出断路器的停止时刻，确定起始时间和中止时间之后，将这段时间内录波数据进行初步整理和汇总，上传到信号处理器，这些初始数据在信号处理器内实现转化、筛选和加工，不符合动作过程趋势曲线将被舍弃，处理好的数据与谱图通过网口或串口上传到后台软件，以备工作人员调用查看。
图1 硬件采样同步电路
2.2 霍尔线圈电流监测
在每次分合闸过程中，断路器线圈电流是随时间变化的，变化波形中含有很多重要信息，反映电磁铁本身以及所控制的锁门或阀门以及联锁触头在操作过程中的工作情况，如铁心运动机构有无卡滞，脱扣、释能机械负载变动的情况，线圈的状态，与铁心顶杆连接的锁门或阀门的状态。通过对分合闸操动线圈动作电流的监测，可以大致了解断路器二次控制回路的工作情况及机械操动机构状况等，为检修提供一个辅助判据。分合闸操动线圈是控制断路器动作的关键元件，应用霍尔电流传感器可方便地监测多种信息的分合闸电流波形。分析每次操作监测到的波形变化，可以诊断出断路器机械故障的趋势，对发生概率最大、危害性也最大的拒动、误动故障的诊断尤为有效。
在弹簧储能过程中，线圈电流也是随时间变化的，储能机构中合闸弹簧强度下降、部件磨损或卡涩、电机故障、微动开关故障等，对断路器的储能或分合闸操作产生不利影响。通过监测储能电机的电流能够监测弹簧、储能机构以及电机和微动开关的状态。
2.3 旋转式光电编码器
旋转式光电编码器是带有A、B两组正交的角位传感器。装置上有一固定光源，光线通过光栅时，可射到光电转换装置，得到信号。当光栅移过后，光线受阻，光电转换装置无输出。当轴连续转动时，仪器将输出一连串的电脉冲信号，两个脉冲的间隔长度正比于转轴瞬间时角速度。由于编码器有A、B两组光栅，因此可以输出A、B两信号的相对位置确定转轴的转动方向的正反，可以判断触头是正向运动还是反向运动。通过计数器度A、B两路信号计数，就能得到转轴转动的角位移随时间的变化曲线，进而计算出触头行程。
2.4 加速度振动传感器
加速度振动传感器采用IEPE封装电路，外围电路通过一个恒流源一个放大器。电流源将电流引入加速度传感器，它对外表现出的电阻成正比，因此传感器返回的信号电压和加速度也成正比，放大器允许你设置输入范围以充分利用输入信号，机构箱振动信号监测，通过瞬态振动波形的谱图识别断路器操作期间内部激励源的机械响应，根据横向统计和纵向分析实现断路器机械异常的识别与诊断。
2.5辅助触点信号回路
断路器刚分、刚合、储能时刻确定通过辅助接点构成的信号回路连接至DSP实现，在断路器辅助触点构成的回路中附加直流电压可构成信号回路，输出信号经消抖等处理。
2.6后台软件
后台软件技术包含机械参数性能检测、绝缘特性分析和电寿命评估3个模块。
机械参数性能检测模块包含：分合闸线圈电流监测，通过研发符合现场工况的高精度穿心式电流传感器，接入分合闸线圈电流回路，根据时间判断故障征兆，实现断路器拒动、误动故障的实时监测；机构箱振动信号监测，通过瞬态振动波形的谱图识别断路器操作期间内部激励源的机械响应，根据横向统计和纵向分析实现断路器机械异常的识别与诊断；触头行程监测，通过断路器的行程-时间曲线提取触头运动过程中产生的电参数，实现断路器磨损、疲劳老化、变形、生锈等异常信息的识别和诊断，对断路器的电寿命诊断。
绝缘特性监测通过SF6密度微水监测实现，通过压力、微水、温度传感器的组合，在特定的数据分析逻辑下实现断路器绝缘特性的评估，提供安全可靠的气体参数告警指示，提供动作闭锁输出信号。
电寿命评估模块通过统计断路器开合次数、时间、动作机械参数、实时电参数，研究根据小波变换算法分离主触头电流瞬态波形，获得断路器精确起弧时刻，以及触头机械结构特性，确定断路器突变信息，并且通过自适应学习理论对开断电流加权统计，实现断路器剩余电寿命的评估。
3.工程实践
2017年，由浙江国华余姚燃气发电有限责任公司和南京南电继保自动化有限公司共同研制的断路器在线监测系统投入运行，实现了对#1、2发电机出口开关和#3主变开关三台断路器进行在线监测的功能。本期项目三台断路器制造商均为ABB公司产品，#3主变开关为北京ABB高压开关（型号为HPL245B1），#1、2发电机出口开关为瑞士进口出口断路器（GCB开关型号HECS 100L）。这三台断路器正常工作时，动作频繁，特别是两台发电机出口开关，合闸一次储能一次，分闸一次储能一次，迫切需要在线监测断路器的动作特性，以保证断路器的安全可靠运行，做到有计划的停电检修，避免非计划检修带来的损失。
4.结束语
本文提出了一种技术先进可靠的断路器机械特性在线监测装置的实现方法，该系统包含了断路器机械特性状态监测、断路器密度微水状态监测和断路器电寿命评估诊断等相关核心技术，同时充分考虑了现场安装施工的便利性，能够满足新建和改造不同工况的需求。实践证明，该系统技术先进，数据准确，为断路器的安全运行打下了坚实的基础。因每个现场的具体情况不同，如何在改造项目中进一步提高传感器安装的便利性，还要从设备结构优化上深入研究。
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论文作者:张强1,卢骚1,陈东1,常旭东2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：断路器论文; 在线论文; 机械论文; 信号论文; 特性论文; 电流论文; 状态论文; 《电力设备》2017年第32期论文;