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摘要：文中对断路器机械特性在线监测技术的关键技术进行了分析，断路器机械特性在线监测技术的设计方法进行了验证，并依据结果进行了监测系统的软、硬件设计，设计完成了儒术先进、效果明显、科学实用的断路器机械特性在线监测系统，为实时监测断路器工作状态，及时发出隐患和故障，确保电力安全做出了积极贡献。
关键词：断路器；机械特性；在线监测；系统；设计
前言：
断路器在电力电网系统中起着至关重要的作用，它的运行质量直接影响整个电力系统运行的安全性和可靠性。断路器的机械特性参数是判断断路器运行状态的重要指标，通过对断路器机械特性参数的监测，能够判断出断路器是否在正常稳定运行。采用传统的离线监测技术对断路器的机械特性进行监测，已经难以满足断路器机械特性监测的实际要求，而在线监测技术可以有效地解决离线监测技术的不足，可以更快速、直观地获得断路器的机械特性。因此，研究断路器机械特性在线监测的关键技术设计与验证具有重要的现实意义。
1断路器机械特性在线监测技术的关键技术
传统的离线机械特性监测通常是用5厘米线性位移传感器测量断路器的行程，并采集三相真空灭弧室的分裂和接通信号。在此基础上，可以得到刚分点和刚合点的信号，这为断路器各种机械特性的参数的计算提供了可靠的依据，根据信号可以正确表现出断路器机械性能的真实情况。离线监测技术和在线监测的区别在于传感器是不是安装在断路器内部，对断路器的结构、绝缘和机械特性有没有不良影响。因此，需要的传感器的体积相对较小，可以快速方便地获得离线测量的刚性点和刚合点信号参数。断路器的机械特性在线监测需要12 kV的高电压。刚性连接点和刚合点的获取也是一个难点。断路器状态监测的参数主要包括以下几个方面：合闸数据，主要包括合闸线圈电流、合闸速度、合闸方式、行程全长以及开关数据，开关数据主要包括分闸线圈电流、速度、刚度、分闸程度和开敞距离等。
2断路器机械特性在线监测技术的设计方法及验证
2.1线性位移传感器在线监测技术的设计方法和验证
传统的机械特性测试仪主要采用线性位移传感器在线监测技术来检测断路器的机械特性参数。直线位移传感器通常设置在断路器的运动方向上，可直接反映断路器的行程时间特性参数。由于断路器开关空间的限制，在断路器中要选择和安装体积较小的线性位移传感器。断路器的全行程通常在13～15毫米之间，因此线性位移传感器的形成要控制在20毫米，满足测量的要求并减小传感器的体积。在关闭和关闭测试中，采样周期要控制在约40秒，选择5000是采样点。经过计算，合闸和合闸过程的采样时间为200毫秒（40×5000），能够更好地满足断路器的运动特性的监测要求。
2.2角位移传感器在线检测技术的设计方法和验证
由于断路器的原有结构不能改变，因此需要选择一个相对较小的位移传感器，以确保位移传感器能够安装在断路器内部，角度位移传感器的结构相对紧凑，而且体积小，具体安装方法也能满足断路器的要求，角度传感器的外观也符合安装要求。通常将角位移传感器安装在断路器的主轴上，测试主轴的位移时间曲线，从而可直接监测动触头的线性时间特性。通过对断路器的机械设计分析，推导出断路器主轴线、绝缘拉杆和动触头之间的关系。
角位移传感器的设计计算包括：
根据固定公式可以计算出与主轴相对要的旋转角的形成。在公式中，主要内容包括输入的角度、计算的形式及其他的中间变量参数。当对断路器的机械性能进行采样时，对采集数据信号的实时性要求非常高。这就要求在应用实际算法之前先进行初步计算，然后将行和角之间的对要关系记录在程序存储中，触摸头的线性位移可以通过查找对照表获得对应数值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过实际监测，断路器的机械特性与试验结果基本一致，断路器的装配与角位移传感器的一致性、加工零件的一致性和采样点的数量，都决定了试验参数的准确性。
2.3刚分点和刚合点信号的获取方法
合闸速度是ABC的第一位置与ABC的第一运行时间和截面的形成时间、第一移动与第一分离之后的相要时间之间的距离之比的比率。可以看出，刚分点和刚合点信号的采集与断路器机械特性的监测密切相关。刚分点和刚合点信号的获取方法如下所示。
2.3.1获取刚分点信号的方法。该算法能够快速准确地获得与断路器的长度位移轴上的刚分点和刚合点相同的刚性点的信号。在实际的切换过程中，只需要采集时间值和长度位移值，就能完成时间和位移信息的采集。监测系统软件根据刚分点在位移轴长度上的位置变化发出相应的信号，当确定了刚分点时间上的位置时，可以准确地找到刚性分离点位置。
2.3.2获取刚合点信号的方法。在同一12 kV断路器上，传统的离线测量和振动传感器测量通常得到刚合点信号，通过大量的合闸动作，振动传感器测量到的刚合点信号和传统离线测量刚合点的信号基本上是一致的信号，能满足断路器机械特性参数的监测要求。
3断路器在线监测系统的软、硬件设计
3.1断路器在线监测系统的硬件设计
设计中断路器在线监测系统的硬件主要由4个输入传感器、DSPIC6014A单片机、二阶滤波电路、485个通信接口等组成。控制芯片是DSPIC6014A微控制器，功能是控制系统的采样率，点亮系统状态指示器，并通过485通信端口将数据传输到后台。后台软件可以实现断路器机械特性的实时监测，绘制断路器的行程曲线、合闸线圈的电流曲线、蓄能电机的电流曲线以及断路器的运行时间和速度。后台软件可以根据辅助触点实现图形打印、历史数据存储等多种管理功能。
3.2断路器在线监测系统的软件设计
系统软件设计的主要思想是在系统初始化后，初始化断路器的操作。如果断路器移动，系统将通过程序设置的采样频率，按顺序采集四路传感器信号。当系统完成检测，采样到要求信号后，再通过485通信端口将数据发送到上位计算机，由计算机进行处理、显示和推演。
3.3断路器在线监测系统的要用效果
断路器的跳闸特性曲线和单片机采样后的断路器的电流特性曲线，经过多次滤波处理后生成了断路器的电流特性曲线。本设计在项目开始时对国内外产品市场进行了大量的研究，并在传感器选型方面做了大量工作。在该设计中，给出了断路器机械特性参数的检测方法。在模数转换过程中，使用了对先进的监测控制电路和关键的算法，大大提高了数据采集和处理的精度。该产品性能可靠，稳定性高。监测系统已通过国家性能测试，已被广泛要用于许多工程项目中。
结束语：
通过以上对传感器在线监测技术、在线监测软件、硬件设计和设计方法几个方面内容的深入细致的分析研究，我们了解到，线性位移传感器在线监测技术和角位移传感器在线检测技术，能够很好地满足断路器机械特性参数在线监测的要求。利用这些方法设计出的断路器机械性能在线监测系统完全达到了国家技术标准要求，在电力企业的实践应用中使用效果和反映都很好。我们要大力推动这个系统的构建和应用，为电力系统安全运行、高质量服务提供坚实保障。
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论文作者:郭旭东,段星烁
论文发表刊物:《河南电力》2018年8期
论文发表时间:2018/10/18
标签：断路器论文; 在线论文; 特性论文; 机械论文; 信号论文; 位移传感器论文; 离线论文; 《河南电力》2018年8期论文;