谷云飞 苏云 谢营举
河南平高电气股份有限公司 河南省平顶山市 467000
摘要：高压断路器监测系统集实时采集、数据转换处理、数据图形显示、数据存储于一体，能够实时监测到高压断路器的合分闸电流和触头行程，且各项参数最大误差均在2%以下，监测系统体积够小，便携性好。在实际运行中，验证了该系统具有实时性好、精确度高、抗干扰能力强等优点，具有较高的实用性。
关键词：高压断路器；故障检修；状态监测
前言
高压开关的执行机构在执行电路开合动作的时候必然会产生一定机械运动，而机械运动往往会有一些震动信号，并且在不同的状态下所产生的机械震动信号也不尽相同。这些不同点会表现在震动的振幅、衰减等信息上，也就是说，这些震动信息与机械运动的过程存在一定关联性，而机械运动的过程受到故障的影响。如果能搭建一个将机械运动特征转换为数字信号的系统，理论上就可以对高压断路器机械故障进行分析。本文介绍了一种可以采集断路器的操动机构机械运动特征的系统，包括传感器选择、故障分析、系统的搭建等。
1直流断路器的主要性能
1.1绝缘性能
直流断路器的绝缘性能主要包括额定运行电压状况和绝缘水平以及绝缘强度等。一般而言，直流断路器额定运行电压主要是指在直流断路系统中，断路器在规定的正常使用条件下，能够完成连续运行功能和确保直流断路器其他性能完美实现的额定电压。通常情况下，直流断路器额定运行电压为1-100ｋＶ。同时，直流断路器的绝缘水平以及绝缘强度考核指标除了额定短时工频耐受电压外，更进一步加人了额定冲击耐受电压为取值判断标准，判断直流电路器的绝缘注。
1.2电流转换性能
直流断路器的电流转换性能主要是为了改变直流断路系统中断路器的运行方式，一般而言，在外界环境无冷却的基本条件下，ＭＲＴＢ和ＥＲＴＢ具备连续转换两次电流的转换能力。也就是说，
该两类直流断路器能够在电路分闸后的电弧不熄灭期间快速使断路器重新合闸后再进一步分闸。对于被保护的直流断路系统断路器而言，中性母线断路器和中性母线接地断路器能够满足直流断路系统的一次转换功能，而该类直流断路系统的转换性能是根据不同断路器的交流性能要求所实现的，断路器转移额定电流次数的能力，也就是断路器的实际电寿命，往往是由具体的直流输电系统和直流输电工程运行能力及运行要求确定的，该值一般不低于１０００次。
1.3环境耐受性能
直流断路器在周围外界环境条件下安全稳定运行的功能状态，也就是直流电路器系统对周围环境的耐受性。该类周围环境条件主要包括海拔高度、环境温度、环境污秽等级三大部分。就环境温度问题而言，直流电路器周围环境温度过低，往往会使直流断路系统中断路器的润滑油黏度不断增加，直接影响直流断路器的分闸和合闸速度，还会进一步使直流断路器的润滑油中部分气体液化，将大幅度降低直流断路系统的开断性能。周围温度过高，会导致直流断路系统导电回路温度不断升高，使断路器润滑油中的部分气体直流母线压力随之增大，影响直濂断路系统的稳定运行。
2高压断路器常见机械故障类型
电气设备发生故障是指设备在投入运行过程中，由于某些因素导致设备失去其功能或者不能达到其预期的作用。如果电网在正常运行过程中，一旦高压开关出现问题将对整个系统产生负面影响。不排除会让大生产区的电力供应产生问题以及出现其他相关损失。较为常见的高压开关机械故障包含拒动和误动两种。断路器最出现次数较多、最常见的故障类型是拒动故障。所谓拒动故障指的是断路器拒绝执行相应的操动指令，无法顺利执行预定动作。
拒分故障和拒合故障是常见的两种拒动故障类型，而其中以拒分的故障类型相对拒合的故障类型更为多见。一旦拒分故障出现，此时一般是电路系统出现了其他问题或者需要检修而进行分闸。但是如果分闸失败就会导致上一级越级跳闸，使故障影响面积进一步扩大，因此它造成的影响更为严重。电气故障或者机械故障都有可能引起断路器故障。机械故障的主要原因是操动系统的工作故障和传动装置故障，这些因素约占故障总数的70%。如果不对高压开关进行正确的维护，机体损耗会导致二次回路接触不良，操作机械零件变形，断路器断开动作的执行就会产生误差。这通常是由于二次回路中出现问题或者是运动机构、例如弹簧操动机构等出现问题，其中发生在断路器的计划检修后操动机构故障是最常见问题。
3高压断路器状态监测系统总体设计
高压断路器状态监测系统的设计分为硬件设计和软件设计。硬件设计包括AD7606采样电路、信号调理电路、U盘存储电路及RS485通信接口电路等。高压断路器的合分闸线圈电流信号经霍尔电流传感器及其信号调理电路将转换成电压信号，触头行程信号经直线位移传感器转换成电压信号，AD采样模块将电压信号转变为数字信号，数字信号传输至微处理器TMS320C28346并进行计算分析，分析后的数据可保存至U盘，最终通过RS485传输到触摸屏上显示监测报告。软件设计包括主程序、信号采样程序、U盘存储程序、MODBUS传输程序及触摸屏程序。上电后，主程序首先初始化，调用信号采样程序，对数据进行分析，调用存储程序保存数据，调用MODBUS程序实现数据传输，最终调用触摸屏程序实现显示。
4系统硬件设计
4.1监测模块
在本次系统设计中DSP选择TI公司的TMS320C28346，在成本上得到了改善，霍尔电流传感器选择CSM010GT，直线位移传感器选择TS-0050，触摸屏选择tpc7062td。信号调理模块的核心CSM010GT型电流传感器运用霍尔效应闭环原理，能够快速响应电流信号；测量精度高，副边电压的变化可以真实地反映原边电流的变化；在电隔离条件下，能测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形的电流。
4.2AD7606采样电路
为保证监测信号的采样精度，系统选用16位的AD7606作为微处理器的外扩采样芯片，以满足实时性的需求。AD7606芯片采用单电源供电，8通道同步采样，且所有通道均能以高达200kSPS的吞吐率采样，待机时功耗25mW，运行时功耗100mW，具有速度高、功耗低的特点，具有高输入阻抗和片内滤波，可以改善信噪比。
4.3信号调理电路高压断路器的合分闸线圈电流大小一般在0～5A。由于监测到的电流信号较弱，需要信号调理电路实现对信号的放大处理才能够实现状态量的监测。
5系统软件设计
高压断路器状态监测系统的软件设计包括主程序、AD采样子程序、U盘存储子程序、MODBUS传输子程序以及触摸屏程序。上电后，系统初始化，调用AD采样子程序，不间断地实时采集电流信号和行程信号；调用U盘存储子程序，将监测数据存于U盘中；调用MODBUS传输子程序，将相关状态量参数传输至触摸屏；用户可在触摸屏上选择显示监测报告、截屏打印、保存数据等功能，实现了友好的人机交互。
结束语
随着经济的高速发展，电能使用量的不断增加，电网规模越来越大，对电力设备的安全运行提出了更高的要求。高压断路器作为电力系统中重要的开关设备，起着控制和保护的作用，能够保证变电站以及电力系统正常、安全运行。在电力系统运行中，如果高压断路器发生了故障，轻则设备受损，重则系统解列、用户大面积的停电，影响正常的社会生活和生产。因此，实时监测断路器的运行状态，显得至关重要。
参考文献：
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