馬亞

(西安工程大學　陜西　西安　710048)

引言

隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，尤其是智能變電站的大力建設，傳統(tǒng)的“定期檢修”已不能滿足智能變電站的建設，為了確保斷路器能夠可靠的工作，對高壓開關設備的可靠性提出了更嚴格的要求。斷路器作為電力系統(tǒng)中最主要的高壓開關設備，其重要性不言而喻。為保證斷路器能夠可靠的工作，避免由于故障原因造成不必要的損失，斷路器的機械特性在線監(jiān)測技術在其中的重要性不言而喻，斷路器機械特性參數(shù)一般包括三種參量，即行程、時間和速度，這三個參量直接關系到斷路器的關合性能。眾所周知，合閘時間過長，分合閘速度降低，燃弧時間變長，觸頭磨損增加，觸頭的電壽命就會縮短。相反，如果分合閘速度太高，會對斷路器操動機構(gòu)產(chǎn)生巨大的撞擊，造成部分器件的損壞。斷路器的分合閘不同期會產(chǎn)生操作過電壓，危害絕緣，造成電力系統(tǒng)非全相運行。所以，斷路器的觸頭行程參數(shù)對斷路器運行狀態(tài)有著重要的作用。

本采用旋轉(zhuǎn)位移傳感器進行斷路器觸頭行程測量，既不改變斷路器原始結(jié)構(gòu)，又能有效測量觸頭行程信號。首先分析了傳感器的工作原理；其次，進行監(jiān)測裝置的軟硬件設計；最后，搭建試驗平臺以一臺型號為ZN63A-12戶內(nèi)型高壓真空斷路器進行試驗，將獲得的觸頭行程、超程、開距等機械參數(shù)與正常運行狀態(tài)下斷路器的機械參數(shù)進行比較、分析，試驗證明本文方案可行。

一、斷路器觸頭行程測量原理

斷路器操動機構(gòu)是四連桿結(jié)構(gòu)，將旋轉(zhuǎn)位移傳感器能夠安裝在斷路器操動主軸的一端。旋轉(zhuǎn)位移傳感器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量或電脈沖的傳感器，一般分為增量式、絕對式和混合式三種，本論文采用的是增量式的旋轉(zhuǎn)位移傳感器。增量式旋轉(zhuǎn)位移傳感器內(nèi)部有兩個光敏接受器，傳感器可以通過光敏接受器將角度碼盤的轉(zhuǎn)過的角度和相位關系轉(zhuǎn)化為主軸轉(zhuǎn)動方向的判斷依據(jù)。斷路器操動主軸的轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)位移傳感器一起轉(zhuǎn)動，A、B會輸出不同的狀態(tài)，如果把當前A、B的輸出狀態(tài)記錄下來，與下一個輸出狀態(tài)相比較，從而得到角度碼盤的旋轉(zhuǎn)方向，間接的可以判斷出斷路器操動主軸的轉(zhuǎn)動方向。旋轉(zhuǎn)位移傳感器旋轉(zhuǎn)一圈旋轉(zhuǎn)了360度，同時旋轉(zhuǎn)一圈也會對應一個固定的脈沖數(shù)，本論文所采用的旋轉(zhuǎn)位移傳感器旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生2000個脈沖，即一度對應6脈沖，而旋轉(zhuǎn)位移傳感器采集上來的數(shù)據(jù)是脈沖數(shù)，將脈沖數(shù)轉(zhuǎn)化為相應的角度即可得到斷路器操動主軸轉(zhuǎn)過的角度。本文選用DSP28335作為MCU，其外設有一個正交編碼脈沖電路QEP，將斷路器操動主軸轉(zhuǎn)過的角度對應的TTL電平信號送入QEP電路進行計算，得到變化的總脈沖數(shù)，即為相應的斷路器主軸旋轉(zhuǎn)角度。然后根據(jù)斷路器內(nèi)部機構(gòu)連接的關系求取出動觸頭的直線位移，得到斷路器分合閘時對應的觸頭行程時間關系。

二、在線監(jiān)測裝置的硬件設計

斷路器機械特性在線監(jiān)測硬件電路圖三部分構(gòu)成。1)測量單元：通過旋轉(zhuǎn)位移傳感器、無線測溫模塊、閉環(huán)霍爾電流互感器，其中，旋轉(zhuǎn)位移傳感器用來測量A、B、C三相觸頭觸頭行程；無線測溫模塊用來測量三相觸頭溫升，并通過433MHz射頻芯片將溫升數(shù)據(jù)發(fā)送至主控板；閉環(huán)霍爾電流互感器用來測量斷路器分合閘線圈及儲能電機的電流，用來確定分合時間；2)智能控制單元：MCU控制A/D采樣，數(shù)據(jù)濾波、存儲及機械參數(shù)計算短路出頭行程、超程、開距、分合閘速度的機械特性參數(shù)，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)及設定的閾值進行故障判讀；3)采用CAN總線將斷路器的各機械參數(shù)上傳至上位機進行顯示及觸頭行程曲線繪制。

三、在線監(jiān)測裝置的軟件設計

監(jiān)測裝置上電后，首先，進行系統(tǒng)初始化；其次，通過實時監(jiān)測斷路器的開入量與分合閘線圈電流，判斷斷路器是否發(fā)生動作。當斷路器發(fā)生動作，采用A/D+DMA中斷的模式對進行信號采集與搬運，數(shù)據(jù)搬運結(jié)束后，關閉DMA中斷，并分別調(diào)用分合閘采樣子程序、濾波算法程序、數(shù)據(jù)運算子程序進行采樣數(shù)據(jù)備份，數(shù)字濾波、斷路器特征參數(shù)計算和打包；最后，通過CAN通訊方式將曲線數(shù)據(jù)與特征參數(shù)全部上傳至斷路器IED。

四、實例分析

本次實驗是對ZN63A-12戶內(nèi)型高壓真空斷路器的觸頭行程進行測試，通過對測試的波形計算得出，合閘時間為45ms，分閘時間為25ms，觸頭行程為15.6 mm，開距為12 mm，超程為3.6mm。ZN63A-12戶內(nèi)型高壓真空高壓斷路器出廠時的參數(shù)分別為：合閘時間為43ms，分閘時間為24ms，觸頭行程為14.6 mm，開距為11.1 mm，超程為3.5 mm，通過對比得出，旋轉(zhuǎn)位移傳感器的測量誤差在1.5%以內(nèi)，符合要求。

五、結(jié)語

本文采用旋轉(zhuǎn)位移傳感器進行斷路器觸頭行程測量，在沒有破壞斷路器的絕緣特性，而且旋轉(zhuǎn)位移傳感器輸出的數(shù)字信號，提高了設備的抗干擾能力，同時很好的利用DSP高速數(shù)據(jù)處理能力，快速、可靠的實現(xiàn)對斷路器分合閘時觸頭行程數(shù)據(jù)的采集，行程錄波數(shù)據(jù)曲線的繪制以及各機械特性參數(shù)的分析計算。實現(xiàn)了斷路器健康狀況的實時監(jiān)測。