李英杰,翟瑞占,韓長偉

（山東省科學(xué)院激光研究所,山東 濟寧 272000）

基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)

李英杰,翟瑞占,韓長偉

（山東省科學(xué)院激光研究所,山東 濟寧 272000）

斷路器的電壽命是衡量自身使用價值和使用期限的重要參數(shù)，而斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠為高壓設(shè)備提供一些列的智能化檢測服務(wù)，確保電力系統(tǒng)的安全可靠運行。本文提出一種基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命的在線監(jiān)測系統(tǒng)，以光電傳感器采集電流信號，以加權(quán)累計法計算電壽命，從而有效提升了系統(tǒng)的測量精準(zhǔn)度，減少電力系統(tǒng)的檢修次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的安全性能。

光電傳感器；高壓斷路器電壽命；在線監(jiān)測系統(tǒng)

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，電力系統(tǒng)也向高度智能化、集成化方向發(fā)展。然而電力系統(tǒng)中的高壓斷路器問題一直是影響電力系統(tǒng)安全可靠運行的關(guān)鍵，高壓斷路器數(shù)量越多，檢修范圍和次數(shù)就會相應(yīng)增加，從而提升了設(shè)備檢修的成本[1]。斷路器的電壽命是衡量自身使用價值和使用期限的重要參數(shù)，通常以額定電流的開關(guān)次數(shù)來衡量其使用壽命。如果斷路器的使用壽命超過額定值，將會導(dǎo)致滅弧室失效甚至爆炸，造成不可估量的設(shè)備損失和經(jīng)濟損失。因此對斷路器的電壽命進行實時在線監(jiān)測是迫切需要解決的。

1 基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介

該在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由Rogwski光電傳感器、光纜、電力系統(tǒng)控制室內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)組成。這款在線監(jiān)測系統(tǒng)主要以Rogwski光電傳感器基礎(chǔ)信號采集和處理工具，將每個電路中隱藏的故障電流（＞50KA）進行精確的測量和計算，然后將測量結(jié)果通過電力系統(tǒng)中的光纜傳輸?shù)娇刂剖覂?nèi)的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)，最后將通過智能化的斷路器電壽命監(jiān)測軟件將該路故障電流以及該路斷路器電壽命計算出來，如圖1所示。該在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)φ麄€電力系統(tǒng)中的斷路器進行實時在線的監(jiān)督和測量，從而構(gòu)成一個高度智能化、集成化的在線監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)，全程全時監(jiān)督電力系統(tǒng)的運行。

圖1 高壓斷路器電壽命監(jiān)測示意圖

2 Rogwski光電傳感器線圈的工作原理

電信號是指高壓短路器在開端過程中形成的電流信號，倘若采用常規(guī)的電信號采集方法不能確保電流信號的精準(zhǔn)性。而Rogwski光電傳感器是一種環(huán)狀空心的線圈，用于捕捉和測量電流信號效果顯著，可以將其直接固定在斷路器上。當(dāng)斷路器上有交流電流通過時，斷路器周圍會形成一個交替循環(huán)運動的磁場，這個交替運動的磁場會與Rogwski光電傳感器線圈產(chǎn)生聯(lián)系，并由Rogwski光電傳感器線圈發(fā)出相應(yīng)的交流電信號。Rogwski光電傳感器的輸出電壓計算公式為：Vout=Mdi/dt。其中M值為Rogwski光電傳感器線圈的互感效應(yīng)值，而di/dt表示電流信號的變化率。通過這個公式可以得出，在現(xiàn)有的條件下，通過對一個斷路器的電壓信號進行計算，并利用專用積分器進行積分，可以計算出另一個斷路器的交流電壓信號，最終將整個斷路器的交流電壓信號形成有規(guī)律的組合，這樣就能夠精確地得出出被測量電流信號的波形規(guī)律。由Rogwski光電傳感器線圈的工作原理，我們可以看出Rogwski光電傳感器線圈具有高精準(zhǔn)性、受干擾作用小、瞬間反應(yīng)靈敏、性能度佳、可供測量的電流頻率廣、可供測量的電流量大的優(yōu)勢。

3 光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與信號檢測系統(tǒng)

電力系統(tǒng)控制室內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及信號檢測系統(tǒng)共同促成高壓斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)。在電力高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，除電流信號的采集任務(wù)，還要確保其余與斷路器運行的相關(guān)的信號的同步采集，因此在電力系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及信號檢測系統(tǒng)中的間隔層需要設(shè)置一個獨立的合并控制器，為每個功能獨立的光電互感器提供同步運行的采樣脈沖，確保獨立合并控制器與其余二次互感裝置能夠得到同步的數(shù)據(jù)[2]。本文所介紹的基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命檢測系統(tǒng)可以成功將獨立合并控制器省略，以集成化的設(shè)置將合并控制器所承擔(dān)的功能放置于信號采集主板上，然后運用動態(tài)現(xiàn)行插值技術(shù)實現(xiàn)同步信號的采集。而每個Rogwski光電傳感器線圈之間可以以獨立固定周期的方式進行電流信號的采樣，最終的測量采樣結(jié)果會以報文形勢經(jīng)過光纜傳輸?shù)街醒肟刂剖业墓怆娹D(zhuǎn)換系統(tǒng)和信號檢測系統(tǒng)中，最后經(jīng)過計算機智能化的報文解碼程序?qū)笪膬?nèi)容進行解碼處理，最后經(jīng)過中央控制器中的CPU對解碼數(shù)據(jù)進行最后的處理，計算出電力系統(tǒng)中電網(wǎng)的電壓頻率，并根據(jù)自身設(shè)定的額定頻率發(fā)出采樣脈沖，當(dāng)采樣脈沖進入到解碼電路設(shè)備單元后，會對相鄰兩個報文采樣數(shù)據(jù)的傳達時間進行插值法計算，得出采樣脈沖時刻的最后信號數(shù)據(jù)。

4 斷路器電壽命的計算方法

以往的斷路器電壽命的計算方法通常是以斷路器的開斷準(zhǔn)確測量值為前提基礎(chǔ)，通過開斷電流信號積累法來計算斷路器電壽命。這種方法只需要記錄斷路器的開端電流的次數(shù)，不需要對開端過程中電流流量信號進行測算。然而在高壓電路器的開斷運行過程中，開斷電流信號的變化非常發(fā)雜，涉及范圍較大，還會產(chǎn)生直流分量，當(dāng)電流式傳感器出現(xiàn)電流飽和狀態(tài)時，會導(dǎo)致二次電流輸出信號的波形規(guī)律混亂，因而最后得出的電壽命結(jié)果有失精確性，可供參考價值不高。而基于光電轉(zhuǎn)換器的高壓斷路器電壽命的在線監(jiān)測系統(tǒng)是以加權(quán)積累法為電壽命計算方法，以電流信號為依據(jù)，累計平均值，并將斷路器在開斷電流過程中的磨損折舊損耗考慮在內(nèi)，使最終的斷路器電壽命的計算結(jié)果越來越精準(zhǔn)，以此為電力系統(tǒng)檢修提供科學(xué)、準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

5 結(jié)束語

斷路器的電壽命關(guān)系到滅弧室的功能效率，一旦斷路器的電壽命超出限定值將會帶來難以估算的設(shè)備損失和經(jīng)濟損失，直接影響到整個電力系統(tǒng)的安全可靠運行。本文提出一種以光電傳感器為采集電流信號的高壓斷路器電壽命的在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠通過監(jiān)測經(jīng)過高壓斷路器開關(guān)電流的大小來計算高壓斷路器的電壽命，并確保測量結(jié)果的高度精準(zhǔn)性，從而為電力系統(tǒng)運行人員提供科學(xué)的剩余電壽命參考依據(jù)，并提供及時預(yù)警預(yù)測服務(wù)，提高電力系統(tǒng)的安全可靠性。

[1]陳金輝,韓媛媛,趙進忠.基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].電測與儀表,2010（531）：66-69.

[2]王鵬,張軍,余泳.一種新型斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化,2010（17）：109-115.

李英杰（1980—），男，河北唐山人，工程師。