李國賓 于瀟 鄭智勇 楊廷方

摘要：設(shè)計了監(jiān)測高壓斷路器分合閘線圈電壓、分合閘速度以及線圈帶電時間等機(jī)械特性參數(shù)的硬件電路及軟件程序，實現(xiàn)了對斷路器運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。該設(shè)計采用80C196單片機(jī)作為處理器，利用DMAC8237構(gòu)成直接存取控制電路，實現(xiàn)處理器與存儲器之間的高速數(shù)據(jù)存儲和傳輸?，F(xiàn)場測試表明，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能滿足高壓斷路器機(jī)械特性監(jiān)測的要求，對提高高壓斷路器運行的可靠性具有重要作用。

關(guān)鍵詞：高壓斷路器;機(jī)械特性;監(jiān)測;分合閘速度;線圈電壓

0? ? 引言

高壓斷路器是電力系統(tǒng)主要的電氣設(shè)備，其工作狀態(tài)的好壞會直接影響電力系統(tǒng)的可靠性。高壓斷路器的運行性能主要包括電氣性能和機(jī)械性能兩大塊，其中電氣性能主要指其絕緣是否良好。一般在斷路器運行過程中，會導(dǎo)致斷路器故障的主要還是其機(jī)械特性。斷路器機(jī)械特性主要包括分合閘時間、分合閘速度、超程以及不同期度等參數(shù)，其中分合閘時間、分合閘速度是斷路器最重要的機(jī)械動作特性。所以，在現(xiàn)場通常監(jiān)測斷路器的分合閘線圈電壓以及分合閘速度特性來判斷斷路器的機(jī)械特性是否完好。

1? ? 數(shù)據(jù)采集設(shè)計

本次設(shè)計采用光電隔離WBV334U05-S型電壓傳感器，直接把分合閘線圈的DC220 V電源電壓轉(zhuǎn)換為微機(jī)系統(tǒng)能接受的DC0～20 mA電流，再進(jìn)行濾波整形，送往AD采樣。光電隔離WBV334U05-S型電壓傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、精度高、線性度好的特點。

另外，利用光電軸角編碼器監(jiān)測斷路器主軸的分合閘速度特性。由于斷路器動觸頭在分合閘過程中的運動行程與主軸轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線近似為直線，所以，測得斷路器主軸的分合閘速度特性也可得到其動觸頭的速度特性。光電軸角編碼器是一種數(shù)字式傳感器，它采用圓光柵，通過光電轉(zhuǎn)換原理將斷路器主軸的旋轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。主軸的轉(zhuǎn)動通過一套專門設(shè)計的傳動機(jī)構(gòu)帶動光電編碼器的軸轉(zhuǎn)動。斷路器分合閘是一個變速運動的過程，通過測量分合閘過程中光電編碼器輸出的各個電脈沖信號的脈寬即可得到斷路器的分合閘速度特性。

2? ? 硬件電路設(shè)計

整個數(shù)據(jù)采集監(jiān)測電路的硬件設(shè)計如圖1所示。

圖1中，硬件電路的主CPU為80C196單片機(jī)，數(shù)據(jù)采用DMAC8237直接存取，利用采樣AD346進(jìn)行采樣保持，圖中CD4051是多路選擇開關(guān)，本系統(tǒng)采用的A/D是12位的高速轉(zhuǎn)換器件ADC579，并采用可編程串行通信接口芯片8251對外通信。

本次設(shè)計中80C196外中斷采用邊沿觸發(fā)方式。線圈電壓信號和主軸速度脈沖信號經(jīng)濾波調(diào)整電路處理后，其脈沖上升沿和下降沿均可向80C196申請中斷。

光電編碼器采用兩路脈沖相序比較的方式實現(xiàn)速度方向辨別。辨別后的電平信號輸入主CPU的I/O接口，以判別斷路器處于分閘還是合閘狀態(tài)，并依據(jù)電平變化確定斷路器的分合閘速度特性。

3? ? 軟件程序設(shè)計

軟件設(shè)計思路如下：當(dāng)斷路器分合閘時，線圈電壓信號使CPU的INT0中斷，啟動采樣。線圈帶電后，斷路器主軸運動，可對分合閘速度進(jìn)行采樣，同時啟動A/D轉(zhuǎn)換器對分合閘線圈電壓進(jìn)行采樣，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行串行通信，整個程序?qū)崿F(xiàn)了模塊化。主程序設(shè)計框圖如圖2所示。

4? ? 實驗測試

通過80C196單片機(jī)的全雙工串行口通信，研制了一套“高壓斷路器機(jī)械特性多機(jī)并行數(shù)據(jù)采集在線監(jiān)測系統(tǒng)”，并在變電站進(jìn)行了安裝投運。

圖3和圖4分別是該變電站一臺斷路器分閘線圈的電壓值u和分閘速度v與脈沖行程N的實測關(guān)系曲線。

通過比較每次斷路器的分合閘線圈電壓曲線及速度曲線，可判斷斷路器的運行狀態(tài)是否異常，以及其操作電源系統(tǒng)和機(jī)械操作機(jī)構(gòu)的運行是否滿足要求，從而實現(xiàn)斷路器的實時在線監(jiān)測。

5? ? 結(jié)語

現(xiàn)場測試表明，該套監(jiān)測系統(tǒng)能準(zhǔn)確監(jiān)測斷路器的分合閘線圈電壓、分合閘速度、帶電時間等參數(shù)，實現(xiàn)了對斷路器運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，其對提高高壓斷路器運行的可靠性具有重要意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李忠欣.GIS開關(guān)操作機(jī)構(gòu)電機(jī)保護(hù)裝置設(shè)計[D].西安：西安工程大學(xué)，2012.

[2] 李永麗，李瑞鵬，盧揚，等.斷路器操作回路的智能化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].電力自動化設(shè)備，2017，37（10）：211-217.

[3] 黃新波，陶晨，劉斌.智能斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測技術(shù)和狀態(tài)評估[J].高壓電器，2015，51（3）：129-134.

[4] 孫銀山，張文濤，張一茗，等.高壓斷路器分合閘線圈電流信號特征提取與故障判別方法研究[J].高壓電器，2015，51（9）：134-139.

收稿日期：2020-09-04

作者簡介：李國賓（1983—），男，河北邢臺人，高級工程師，研究方向：機(jī)電運維。