段星烁 郭旭东
（国网河北省电力有限公司检修分公司 河北石家庄 050070）
摘要：文中重点介绍了高压开关柜断路器的结构与工作原理，在此基础上研究了断路器机械特性，依据需要监测的数据参数情况设计选择了在线监测装置中的所需的硬件，选择了断路器内部机械特性监测装置的构件，在设计完成后进行了试验，效果达到了设计要求。
关键词：高压；开关柜；断路器；机械特性；在线监测；装置；研究
前言：
在电力生活和供应运行工作中，高压开关柜是电力系统中最重要的控制和保护装置，而开关柜中高压断路器是电力系统中绝对不可缺少的控制和保护设备。高压断路器长期使用中，检修和保养是必须进行的。但实际工作中不仅很难避免故障和检修，而且故障处理和检修成本相对高。电力系统的运行状态和负荷特性也各不相同。高压断路器作为一种受到控制和保护的高压断路器，必须能够保证电力系统的安全运行。高压开关柜中断路器一般包括三种类型的机械特性，即时间特性、速度特性和行程特性，三种断路器特性可以得到B型。Y断路器触头的S—V曲线。传统的高压开关柜断路器的机械特性在线监测能力不足，监测信号的稳定性差，断路器的刚分和刚合不易掌握。因此，最终的监测数据往往具有较大的失真，且数据制导能力较弱。因此，有必要根据现代在线监测技术，准确地测量断路器触头的刚分和刚合时间，提高在线监测的准确性。
1高压开关柜断路器的结构与工作原理
按具体功能划分，高压断路器根据其结构可分为以下几个部分：导电部分、绝缘部分、泄放系统、灭弧装置、以及操作系统。
高压断路器依靠其机械部件的正确动作来完成其功能，因此每个部件的机械稳定性是非常重要的。断路器的基本结构由支架、灭弧室、导通电路、传动机构、绝缘支架和驱动机构六部分组成。断路器的传动链通常由机构驱动连杆、曲柄臂、主轴、绝缘推杆、三角臂和接触弹簧装置组成。操作机构通过绝缘杆和接触弹簧与真空灭弧室的移动导杆连接，驱动操作杆完成闭合和闭合操作。
合闸速度的降低会增加电弧的燃烧时间，加速断路器的损耗，从而降低断路器的使用寿命。合闸速度太高又会导致较大的机械应力和对运动机构的冲击，造成单个部件的损坏或缩短使用寿命；不同阶段断路器也对应不同的指令。线路和变压器的不完全运行会引起绝缘损坏引起的过电压和继电保护误动作等不良现象。因此，断路器的机械特性参数对电网的稳定运行具有重要意义。
2断路器机械特性在线监测装置的硬件设计
2.1机械特性在线监测装置的组成及工作原理
目前，用于高压开关柜的断路器大多采用模块化结构，其优点是采用模块集成技术，减少了内容元件相交短路的概率，有利于提高断路器的质量和使用率，断路器的特性和抗干扰能力有了较大程度的提高。一般来说，断路器大致可分为五个模块，即霍尔传感器、辅助触点、角度传感器、信号处理器和数据通信系统。当断路器通电时，霍尔传感器执行时间指令并调用单片机控制程序中的设定时间，并确定启动时间。随后，辅助触点接收霍尔传感器的动作指令，启动时间呼叫程序，并根据预定的时间间隔自动计算断路器的停止时间。当开始时间和停止时间确定之后，由角度传感器执行相关数据的采集和处理，将相关的信息参数收集整理汇总后转换成相应信号，并将信息上传到信号处理器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这些初始数据在信号处理器中被转换、筛选和处理，并最终聚集到数据通信系统中以供工作人员调用。
2.2断路器的机械特性与信号数据的关系
设计所研究的在线检测装置的主要理论基础是断路器分闸过程中断路器主轴旋转角度与触头行程之间有一定的数学联系，从而使断路器分断。通过测量断路器上开关的旋转角度可以间接测量动作行程。其中，角度传感器的主要功能是检测断路器主轴的旋转角度，并将主轴动作信号转换成数字模拟信号。同时，通过A/D转换器对信号进行转换，将输出信号记录到专用绘图软件中，得到断路器的行程曲线。
利用霍尔电流传感器和断路器的辅助电击来检测机械特性的时间参数。在时间参数检测开始时，断路器的MCU控制中心应首先根据断路器上开关的操作周期，制定相应的控制指令，从而得到断路器的操作线圈与触头接触的频率。
3高压开关柜机械特性内部监测装置的设计
3.1角度传感器的选择与应用
在测量轴角位移曲线和运动行程后，可以利用相应的计算软件求出断路器触头的线性位移曲线。这种间接测量方法也是现阶段大多数类型断路器的普遍应用方法。需要注意的是，由于真空断路器结构的影响，内部主轴旋转是低压电源的供电模式，因此不存在高电压和低电压分离的问题。为了保护内部主轴，通常在断路器中保持一定的空间，从而便于安装角位移传感器并防止位移传感器在主轴旋转期间相应的动作信号。
设计中所用的角位移传感器是由美国SBNNIK公司生产的。信号采集传感器是一种电磁感应运动捕获装置。具有寿命长、精度高的优点。最小分辨率可达0.015度，分辨率为12位。当安装角度传感器时，重要的是要注意，内部磁性定位器应该放置在架空的一端。除与必要的导线连接外，不应直接与其他金属紧固件接触。一般来说，磁性定位器应该用环氧树脂或塑性粘土与固件连接。
3.2开合循环启动时间监控硬件电路的设计
断路器的分闸周期和合闸周期都是分闸线圈和合闸线圈作为起动时间，断路器和闭合回路一般为都是毫秒级的。因此，准确监测断路器和合闸时间是断路器循环监测的关键。该监控装置采用南京花菜电子有限公司生产的CSM00 5A电流霍尔传感器作为断路器操作线圈的电气时间监测的传感原件。传感器的原边和侧面可以承受2.5kV的交流电压，线性度小于0.2%，相应的时间＜1μs；在设计硬件电路时，使用霍尔电流。传感器串是在断路器的分闸和合闸控制电路中实现的。霍尔电流传感器系列断路器控制电路输出到采样电阻。在塑料芯片之后，采样电压信号可以为DSP的外部中断提供相对陡峭的触发信号。在断路器和闭合控制回路中串联的霍尔电流传感器的输出操作和逻辑操作之后被处理。并将其与DSP的XTIN相连，从而可以准确地跳闸线圈的功率或合闸线圈的功率是否能够触发DSP的XTIN1。
3.3辅助接触信号电路切换控制电路设计
断路器的刚分和刚合被确定为通过由辅助触点组成的信号电路连接到DSP的XTIN实现。断路器电路中附加的3.3V直流电压经常打开，常闭的辅助触点可以形成两个电路信号，信号电路的输出信号可以为XTIN的XTI2提供另一个信号。中断沿触发信号，但随着断路器开关或关闭动作，两个信号必须满足与DSP的 XTIN切换和连接的功能。在电路设计中，通过控制继电器的常开和常闭两个信号的开关电路触点实现。
4断路器机械特性在线监测装置实验结果及说明
在断路器机械特性在线监测装置设计完成后，经过和试验运行和持续改进，取得了理想的效果。该装置采用非接触角传感器监测断路器主轴的旋转角度，解决了断路器在线监测传感器不易安装的问题，并采用了霍尔电流传感器和电路B的辅助触点。Realk提取断路器的时间和停止时间和闭合时间。该装置结构简单紧凑，安装方便，成本低，具有广泛的应用价值。
结束语：
高压开关柜断路器机械特性在线监测装置的设计和应用，有利于提高断路器和高压开关柜性能实时监测，及时发现问题，快速解决处理，对保障电力系统安全稳定，保障社会生产很好秩序具有显著作用。
参考文献：
[1]孟永鹏，贾申利.真空断路器机械特性的在线监测方法[J].高压电器，2016（07）：131-134.
[2]李永成，陈刚.基于DSP断路器机械特性测试仪的设计.计算机测量与控制[J].2016（04）：1591-1593.
[3]陈辰，韩秋实.机械故障诊断仪信号采集电路的研究[J].微计算机信息，2013，（22）：181-183.
论文作者:段星烁,郭旭东
论文发表刊物:《河南电力》2018年6期
论文发表时间:2018/9/10
标签：断路器论文; 在线论文; 信号论文; 霍尔论文; 特性论文; 高压论文; 机械论文; 《河南电力》2018年6期论文;