【摘要】 闡述電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)涉及的主要技術(shù)及應(yīng)用。通過介紹我公司在在線監(jiān)測(cè)方面所作的研發(fā)與創(chuàng)新工作，闡明在線監(jiān)測(cè)對(duì)于電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的顯著作用，并結(jié)合實(shí)際提出促進(jìn)在線監(jiān)測(cè)發(fā)展的幾點(diǎn)建議。隨著狀態(tài)檢修逐步取代定期檢修，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)必將越來越受到重視。

【關(guān)鍵詞】 在線監(jiān)測(cè) 狀態(tài)檢修 定期檢修 戶內(nèi)斷路器 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

隨著電力電壓等級(jí)的逐步提高，保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行越來越重要，而在對(duì)待電氣設(shè)備檢修維護(hù)策略上，從原來的定期檢修發(fā)展到狀態(tài)檢修也成了大家共同關(guān)注的話題。電氣設(shè)備的定期檢修是以預(yù)防性試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過定期計(jì)劃?rùn)z修來判定設(shè)備的健康狀況，經(jīng)驗(yàn)表明這種檢修方式不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和事前預(yù)防，而戶內(nèi)高壓真空斷路器作為電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，其可靠性直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。以往大多采用離線例行檢查對(duì)斷路器進(jìn)行定期計(jì)劃?rùn)z修，這種計(jì)劃性預(yù)防檢修盲目性大、費(fèi)用高，且影響電力生產(chǎn)。隨著電力系統(tǒng)的設(shè)備智能化應(yīng)用技術(shù)的不斷提高，根據(jù)斷路器的實(shí)際工作狀態(tài)而確定檢修與否的狀態(tài)檢修方法逐步得到肯定和推廣。實(shí)踐證明，狀態(tài)檢修方法能給電力部門帶來巨大的效益，近幾年取得了較快的發(fā)展。然而，由于使用環(huán)境惡劣及復(fù)雜的工作特點(diǎn)，斷路器機(jī)械、電氣及溫度特性在線監(jiān)測(cè)有較大的難度，是行業(yè)發(fā)展進(jìn)步的瓶頸之一。作為高壓斷路器安全工作指標(biāo)性參數(shù)的電流觸頭溫度在線檢測(cè)，是高壓斷路器智能化的一個(gè)研究重點(diǎn)，需要解決的問題在于如何在高壓環(huán)境復(fù)雜的條件下測(cè)得溫度信號(hào)并傳送到低壓端，同時(shí)防止將高壓引到低壓端，需要研究的關(guān)鍵問題有二，其一是如何實(shí)現(xiàn)高壓端測(cè)量電路供電，其二是如何將檢測(cè)結(jié)果用非電接觸的方式傳遞到低壓端。其三，單一監(jiān)測(cè)信息的遠(yuǎn)程傳輸、集成、管理和應(yīng)用。

本文給出了一種技術(shù)解決方案。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1為系統(tǒng)總體框圖，系統(tǒng)采用互感器高壓端取電技術(shù)解決測(cè)量電路供電問題，采用紅外數(shù)傳通訊解決了測(cè)量數(shù)據(jù)下傳到低壓端的問題?？紤]到高壓斷路器有六組梅花觸頭，系統(tǒng)提供了六路相互獨(dú)立的測(cè)溫模組以及相應(yīng)的紅外數(shù)據(jù)傳遞通道。

高壓端工作時(shí)，CT線圈將工頻電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換成電源功率，為溫度檢測(cè)模組和紅外載波調(diào)制模組提供電源。每一個(gè)溫度檢測(cè)模組可支持兩個(gè)溫度傳感器，溫度檢測(cè)模組將溫度傳感器檢測(cè)到的溫度信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、數(shù)字化后，組裝成數(shù)據(jù)幀。紅外載波調(diào)制模組將組裝好的數(shù)據(jù)幀調(diào)制到相應(yīng)的紅外載波頻率后通過紅外發(fā)射管發(fā)送出去，為了防止通道間發(fā)生信號(hào)干涉，每個(gè)載波通道的載波頻率都不同。

低壓端工作時(shí)，每一個(gè)載波通道的紅外接收管將相應(yīng)通道的載波信號(hào)接收下來（不同通道的載波由于頻率不同不會(huì)產(chǎn)生干涉），經(jīng)過解調(diào)，得到攜帶高壓端觸頭溫度信息的數(shù)據(jù)幀，各通道的數(shù)據(jù)幀信號(hào)送人數(shù)據(jù)處理控制單元進(jìn)行處理，分包解幀，得到各個(gè)觸頭的溫度數(shù)據(jù)。溫度數(shù)據(jù)可送顯示模塊顯示，亦可送遠(yuǎn)傳協(xié)議模塊轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)上傳或經(jīng)由GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)上傳。

二、系統(tǒng)硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

2.1 CT互感器電源

CT電源的能量來自于高壓側(cè)母線電流，由于母線電流情況復(fù)雜，電流在幾十安至幾千安之間波動(dòng)，CI電源設(shè)計(jì)的主要任務(wù)在于如何將一個(gè)變化幅度大的電流能源轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出恒定的電壓源，下面通過圖2進(jìn)行分析。

如圖2（a），CT電源結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，互感器后就是一個(gè)普通的整流電源拓?fù)?，設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于互感器的設(shè)計(jì)。互感器是由一次線圈、二次線圈及鐵芯構(gòu)成，一次線圈流過的母線電流I1產(chǎn)生的磁通經(jīng)鐵芯耦合到次級(jí)產(chǎn)生電壓U0。圖2（b）表明磁芯磁化特性曲線，當(dāng)一次線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度小于HC時(shí)，磁通密度線性增加，表現(xiàn)為U0隨I1線性增加。當(dāng)I1產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度大于HC以后，磁通密度不在隨I1的增加而增加，表現(xiàn)為U0保持恒定，不隨的增加而增加，這就是磁飽和。利用磁飽和特性可解決在電流大幅度變化的情況下，保持輸出電壓恒定的問題。因此，CT電源鐵芯應(yīng)選擇高磁導(dǎo)率、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低的鐵磁性材料以保證小電流下能順利啟動(dòng)、大電流下限制功率輸出的要求。根據(jù)以上原則，可優(yōu)選磁導(dǎo)率高、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低的坡莫合金1J85作為CT鐵芯。

2.2溫度檢測(cè)模塊

溫度傳感器采用K型熱電偶，配套AD595芯片，AD595是AD公司生產(chǎn)的一款熱電偶放大器， 具備冷端補(bǔ)償，10mV/°C電壓輸出、單端+5V電壓供電，圖3是測(cè)溫電路框圖。

圖中只畫出一路測(cè)溫電路，實(shí)際電路中有兩路并行的AD595測(cè)溫電路。微處理器內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器將檢測(cè)到的溫度信號(hào)按測(cè)溫通道次序打包成數(shù)據(jù)幀后輸出。

2.3紅外載波調(diào)制

圖4是紅外載波調(diào)制電路框圖，R1、R2、R3、C、與非門A、與非門B共同組成載波波振蕩器，待調(diào)制的數(shù)據(jù)幀通過與非門A的一個(gè)輸入端輸入。R3、R4、紅外發(fā)光管D、晶體管T共同組成紅外發(fā)射器。

載波振蕩器振蕩頻率f=1/2.2R2C，不同的數(shù)據(jù)信道可選擇不同的載波頻率。

2.4紅外載波解調(diào)電路

乘積型相位鑒頻器MC1496是根據(jù)雙差分對(duì)模擬相乘器基本原理制成的乘法器芯片，本文用它構(gòu)成紅外載波解調(diào)電路，具有電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便的優(yōu)點(diǎn)，所構(gòu)成的紅外鑒頻電路框圖如圖5所示：

其中C1與并聯(lián)諧振回路C L共同組成線性移相網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率的變化轉(zhuǎn)變成瞬時(shí)相位的變化。MC1496 的作用是將調(diào)頻波與調(diào)頻調(diào)相波相乘，相乘后得到鑒頻信號(hào)，解調(diào)后的信號(hào)為雙端信號(hào)，經(jīng)差分放大器處理后變成單端輸出，得到解調(diào)后的數(shù)據(jù)幀信號(hào)。改變并聯(lián)諧振回路C L參數(shù)，即可得到不同載波的鑒頻頻率。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

硬件平臺(tái)將接收到的數(shù)據(jù)幀信號(hào)送數(shù)據(jù)處理控制單元處理，數(shù)據(jù)處理控制單元負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制，其系統(tǒng)軟件涵蓋溫度數(shù)據(jù)解幀、數(shù)據(jù)調(diào)理、數(shù)據(jù)顯示以及遠(yuǎn)傳協(xié)議實(shí)現(xiàn)幾大模塊。圖6為主程序流程圖：

程序先按信道依次將數(shù)據(jù)接收后解幀，得到各個(gè)通道的溫度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過顯示程序可在本地顯示屏上顯示出各通道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過調(diào)用遠(yuǎn)傳程序?qū)?shù)據(jù)按照遠(yuǎn)傳格式再次打包成數(shù)據(jù)幀遠(yuǎn)傳。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1系統(tǒng)工作參數(shù)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用2500A電流發(fā)生器為CT提供測(cè)試工作電流，采用GSM手機(jī)無線電話網(wǎng)的短信功能進(jìn)行遠(yuǎn)傳通信信道進(jìn)行了運(yùn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試如表1：

4.2 溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)

將系統(tǒng)配置的熱電偶放在一個(gè)盛水的不銹鋼容器內(nèi)，同時(shí)放置一個(gè)參比溫度計(jì)，加熱容器內(nèi)的水進(jìn)行溫度測(cè)量對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2：

五、結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用互感器（CT）高壓側(cè)工作電流取電是可行的，本系統(tǒng)能夠在50A-2500A寬范圍能正常工作。實(shí)驗(yàn)同時(shí)表明，本系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)用性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種高壓斷路器上。