断路器技术报告.doc

基于无线传感技术的断路器状态在线监测系统技术报告目 录第一部分：概述03第二部分：基于无线传感技术的断路器状态在线监测系统06 技术内容及指标06 技术关键07 高压断路器在线监测项目07 无线监测装置08 管理装置09 电源系统09第一部分 概述随着电力体制改革的深入，在电力市场，电力系统需要进一步提高电力设备的可靠性。保证运行可靠性和维修经济性成为输电、发电企业适应市场竞争的迫切需要，用状态检修模式取代现有的计划检修模式，是电力工业发展的趋势。实现电气设备状态检修的基础是对设备的在线状态监测。在线监测能准确、实时地反映电气设备的状况和预测使用寿命，为检修决策提供依据。电气设备状态监测不仅是设备状态检修模式的基础，也符合无人值守变电站目前我国电力部门正在实施的电气运行管理模式的发展需要。这就要求电力企业逐步形成一套融故障检修、定期检修、状态检修和主动检修为一体的、优化的综合检修方式，以提高设备的可靠性并降低电力成本。一、断路器在线状态监测的意义高压断路器在线状态监测系统用于变电站、开闭所、电厂高压断路器的机械性能、电气绝缘性能、触头电寿命及操作回路工作状态的监测，通过综合分析在线监测的数据和相关历史数据，诊断出高压断路器当前的工作状态，为电气设备状态检修提供决策依据。电力系统中，高压断路器数量最多、检修量大、费用高。有关统计表明，变电站维护费用的一半以上是用在高压断路器上，而其中60%又是用于断路器的小修和例行检修上。另外据统计，10%的断路器故障是由于不正确的检修所致，断路器的大修完全解体，既费时间，费用也很高，而且解体和重新装配会引起很多新的缺陷。在目前相对保守的计划检修中，检修缺乏一定的针对性。断路器在线状态监测系统能及时了解断路器的工作状态、缺陷的部位，减少过早或不必要的停电试验和检修，减少维护工作量，降低维修费用，提高检修的针对性，可显著提高电力系统可靠性和经济性。在线监测主要包括机械性在线监测、触头电寿命监测等，监测内容有泄漏电流监测、气体密度监测、开断次数监测、开断电流监测、振动波形监测、分合闸线圈电流波形监测、断路器红外成像监测和操作机构油压监测等。二、高压断路器在线监测系统发展概况目前，一些发达国家对高压开关设备的状态诊断技术已日趋成熟，国内也有许多部门开展这方面的工作。中国电科院开关研究所1994年已研制成功KZC-1型高压断路器在线监测仪，并已在现场经实际试运行通过考核。近年来，又结合国产及早期进口高压断路器的状态检修在线监测工作，研制成功多台SF6高压断路器机械参量在线监测系统，并已投入试运行。据资料介绍，美国于1995年颁布了“电气设备绝缘诊断方法导则”，现已转向以在线监测为主，并已制定出有关标准。日本上世纪80年代开始进入以状态监测为基础的预知维修时代，其该项技术的研究与应用进展很快，并已积累了大量数据与经验，逐步形成了一些标准和较成熟的方法。1998年的GIS智能维护中就有监测内部电晕、分解气体、导音、耐电压特性、温升等项目。德国频谱化学和频谱应用研究所、科技研究与发展所的中央实验室开发的离子迁移率频谱仪（由分析传感器系统公司制造），作为SF6断路器气体现场监测的工具，已在巴西的电力部门成功应用。在美国有50%以上的电力公司已经应用状态检修技术对发电设备实施状态检修，美国。CONSOLIDATED ELECTRONICS，INC. （CEI）公司研制生产的SM6系列断路器监测器 （美国专利号5，385，451)，能够在线测量SF6气体温度和压力，并连续地、实时地计算SF6气体密度。同时，还可监视断路器内加热器、操作电流、气体液体压力以及跳闸合闸线圈的工作状况，预测SF6气体泄漏趋势及其它潜在故障，避免了事故的发生，从而提高了电力系统运行可靠性。该监测数据既可通过现场PC机，也可通过RS232/485接口远程通信获得，并且存储数据长达10年之久，目前该产品已进人中国市场。ABB公司在高压气体绝缘组合开关（GIS）的生产过程中，已经考虑到其断路器部分性能的状态监测。如断路器的储能状态、二次回路完好性、分合闸位置状态的监测等。ABB公司还推出的高压开关柜智能化集中控制保护单元，将控制、信号、保护、测量和监视等功能组合起来，使高压开关柜具有连续自监视以及与电站控制系统直接连接等功能。监测的项目：辅助回路监视、对电动机操动开关装置的电源监视、跳闸线圈完好性监视、断路器储能弹簧状态监视、机械操作次数监视、气体压力监视、开关累计运行时间（按小时）、触点切换时间（从合到开的位置）等。三、传统监测系统结构方式：1、数据总线方法：这种结构现场通过A/D转换控制器将传感器信号变换成数字信号，再经数据总线送中控室计算机进行计算处理。数据传输方式提高了信号传输的抗干扰能力，但这种方式前端只将传感器信号进行A/D转换后进行传输，当被测设备较多时，则数据传输量相当大，同时被测参数的计算和处理仍然依赖中控计算机系统，因而其可靠性也不太高。见图（1）图（1）数据总线方法2、分层分布式数据总线方法：这种结构将原来的整个检测系统分解成若干个能独立完成工作的子系统，每个系统称之为单元。每个单元直接安装在现场，独立完成一个单元（A、B、C三相）设备所有绝缘参数的采集、计算工作。也就是说，单元式设备不依靠上位计算机在前端就地完成对设备绝缘参数的测量，并可直接读取测量值。整个检测系统由多个独立的单元式检测仪通过485串行总线网络连接而成，因此整个系统不论抗干扰能力方面还是系统可靠性方面都得到相当的改善，是一种最为实用的方案。见图（2）图（2）分层分布式数据总线方法第二部分基于无线传感器技术的断路器状态在线监测系统通过分析总结国外电容性设备在线监测系统的应用情况，我们发现采用电气连接的信号传输方式，不能有效的抑制现场干扰。为此，我们研制了一套基于无线传感器技术的断路器状态在线监测系统，断路器状态在线监测系统由无线监测装置及管理装置组成，监测装置实时记录断路器合闸、分闸线圈电流，断路器动触头的行程，将测量信息传送至管理装置，由管理装置对信息进行处理后通过485总线或光纤上传至上位管理计算机。原理图如下：图（3） 系统结构图3.1技术内容及技术指标主要是对断路器设备进行在线监测，通过提取被测设备的特征参数进行在线分析、判断，达到在线“故障诊断”的目的，从而实现对设备的状态检修。监测参数测量范围测量精度断路器合分闸线圈电流010A0.5%断路器机械特性参数 0.5%3.2技术关键* 无线传感器技术 信号采集与无线传输一体化，低功耗设计，彻底杜绝强电磁场的干扰对测量信号的影响； * 无线组网技术迅速简单的自动配置；全系统可靠性自动恢复功能；3.3 高压断路器在线监测项目1. 分合闸线圈电流波形分合闸线圈电流是表征断路器操作机构动作性能的关键特征，电流波形中蕴含丰富的信息。图（4）所示的是一个典型的断路器开断短路电流的跳闸回路电流，T0为分合命令到达时刻，T1为铁芯开始运行时刻，T2代表铁芯触动操作机构的负载后减速或停止运行的时刻，T3可视作开关辅助a接点断开线圈电路时刻，T0-T1与控制电源及线圈电阻有关，T1-T2的变化表征电磁铁铁芯运行机构有无卡涩、脱扣及机械负载变动情况，T2-T3或T0-T3可以反映操作传动系统运动的情况。通过以上几个不同特征时间的分析即可诊断断路器部分机械故障趋势，包括拒分、拒合等故障。 图（4） 分合闸线圈电流波形2.断路器开断过程的时间行程特性曲线断路器的时间行程特性曲线中蕴含多种信息，包括分合闸时间、同期性、速度以及行程信号等。这些信号与断路器的灭弧室性能、燃弧时间以及弧后介质的恢复、合分闸弹簧的性能等相关。3.4 无线监测装置无线监测装置是断路器在线监测系统的核心部分，并通过无线上传至同步管理单元。监测装置通过外围传感器采集数据，进行必要的数据处理后，存储在Flash存储器中，上位机巡检时将数据取走。1、变阻器高压断路器机械特性参数通过变阻器来获得，变阻器与断路器轴通过机械相连，与断路器轴同步转动。2、霍尔电流传感器 采集电流用传感器为霍尔电流传感器，采用穿心式结构，体积小重量轻，在不损及原有线缆的情况下就可完成安装，非常方便。核心部件采用高精度零漂小元器件，性能