真空斷路器壽命在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　 一、真空斷路器是近十幾年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的一種新型電器。同傳統(tǒng)的油斷路器相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如不燃爆、不污染、免檢期長(zhǎng)、可頻繁操作、較小的觸頭間隙、體積孝重量輕、電弧不外露、壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，它正逐步取代傳統(tǒng)的少油斷路器而成為中壓配電系統(tǒng)的主要開(kāi)關(guān)設(shè)備。
　　
　　壽命長(zhǎng)是真空斷路器的顯著特點(diǎn)。它的使用壽命是機(jī)械壽命與電壽命的綜合。其機(jī)械壽命是指斷路器在空載或額定長(zhǎng)期負(fù)荷輕載下的分合循環(huán)操作次數(shù)，著眼于機(jī)械動(dòng)作方面的能力。真空斷路器機(jī)械壽命比較長(zhǎng)，可達(dá)10，000次以上。 電壽命是真空斷路器的電氣開(kāi)斷能力，通常以額定短路開(kāi)斷電流的開(kāi)斷次數(shù)來(lái)表示。由于強(qiáng)大的電弧對(duì)觸頭的燒蝕，真空斷路器的電壽命次數(shù)僅數(shù)十次。一般來(lái)講，真空斷路器的電壽命決定其真實(shí)使用期限。如果電壽命超過(guò)，真空滅弧室會(huì)失效，電弧不能斷開(kāi)，滅弧室可能爆炸，造成重大事故。所以，對(duì)其電壽命的監(jiān)測(cè)和評(píng)估是非常必要的。
　　
　　當(dāng)前，隨著真空斷路器在中壓配電系統(tǒng)中日益廣泛的采用，對(duì)其電壽命的在線監(jiān)測(cè)也變得非常重要。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得出其剩余電壽命，并給出一定的報(bào)警信號(hào)，維護(hù)人員即可進(jìn)行及時(shí)的處理，從而避免重大事故的發(fā)生。
　　
　　傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測(cè)方法一般都建立在對(duì)開(kāi)斷電流準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)上，由于斷路器在實(shí)際運(yùn)行中，開(kāi)斷電流的變化范圍非常大，且在開(kāi)斷短路電流情況下有時(shí)會(huì)含有直流分量，電流互感器(CT)會(huì)出現(xiàn)不同程度的飽和，因此準(zhǔn)確測(cè)取開(kāi)斷電流存在一定的困難。另外，傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測(cè)方法是開(kāi)斷電流的次數(shù)，通常在開(kāi)關(guān)柜中有一個(gè)開(kāi)斷電流次數(shù)的計(jì)數(shù)器，使用該方法監(jiān)測(cè)斷路器的壽命，只需要進(jìn)行開(kāi)斷電流的測(cè)量和簡(jiǎn)單的計(jì)算，在實(shí)際操作中忽略了實(shí)際因素，因而在一些情況下誤差會(huì)很大。所以，用傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測(cè)方法準(zhǔn)確度比較低；再者，由于技術(shù)因素的限制，這種方式所能夠提供的信息量也比較有限。
　　
　　隨著傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)出真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是完全可能的，也是非常必要的。并且，它可以給出較多的信息量和提供報(bào)警信息，所以對(duì)于電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著重要的意 義。
　　
　　為此，我們擬研制和開(kāi)發(fā)出一套針對(duì)真空斷路器電壽命的智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。用于在線監(jiān)測(cè)真空斷路器的剩余電壽命、開(kāi)斷短路電流次數(shù)以及開(kāi)斷電流的數(shù)值等參數(shù)，并給出相應(yīng)的報(bào)警信息，保障電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。 在樣機(jī)研制成功后，將對(duì)一個(gè)變電站中的約20臺(tái)10kV的真空斷路器安裝此監(jiān)測(cè)裝置，并進(jìn)行集中監(jiān)控。
　　
　　二、 真空斷路器電壽命臨測(cè)的研究狀況
　　
　　對(duì)于真空斷路器來(lái)說(shuō)，影響電壽命的主要岡素是斷路器開(kāi)斷電流時(shí)山于電弧作用而產(chǎn)生的電磨損，主要有接觸表面的破壞、金屬材料的損失和變形等。電磨損會(huì)影響滅弧室滅弧的性能。由于不同電流下觸頭的燒損與電流的大小不是簡(jiǎn)單的比例關(guān)系，因此，對(duì)于電壽命的監(jiān)測(cè)，簡(jiǎn)單的累計(jì)開(kāi)斷電流的方法誤差很大。
　　
　　一種普遍采用的方法是開(kāi)斷電流加權(quán)累計(jì)法，開(kāi)斷電流加權(quán)累計(jì)法采用以下公式： Q= 公式(1) 式中 是第I次斷開(kāi)的電流值、 是加權(quán)系數(shù)。 一般在1．5到2之間，一般由斷路器的電壽命曲線得到，Q即為開(kāi)斷電流加權(quán)累計(jì)值(累計(jì)電磨損值)。將Q與閾值進(jìn)行比較，可以判斷電壽命剩余情況。這種方法只需要知道每次開(kāi)斷電流的大小，比較簡(jiǎn)單實(shí)用。
　　
　　有關(guān)參考文獻(xiàn)應(yīng)用模糊理論，提出斷路器電壽命的綜合判斷方法。根據(jù)影響電壽命的六個(gè)主要因素—首開(kāi)相的燃弧時(shí)間、后開(kāi)相的燃弧時(shí)間、開(kāi)斷速度、開(kāi)斷時(shí)間、首開(kāi)相在三相中的均勻度和等效開(kāi)斷電流的電磨損系數(shù)對(duì)斷路器的電壽命進(jìn)行判斷。由于不同因素的權(quán)重不盡相同，應(yīng)用這種方法需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給這種方法的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了一定的困難。
　　
　　目前，由于在強(qiáng)電磁干擾條件下測(cè)試開(kāi)斷大電流方面的困難，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)幾個(gè)單位在理論上作了一些論證，但還沒(méi)有研制出針對(duì)真空斷路器電壽命監(jiān)測(cè)的專門(mén)化裝置，但如前文所述，由于真空斷路器在系統(tǒng)中日益廣泛的采用，這種裝置的出現(xiàn)是遲早之事。
　　
　　三、 本項(xiàng)目擬研究的主要問(wèn)題
　　
　　1． 主要課題和內(nèi)容
　　
　　本項(xiàng)目致力于研制和開(kāi)發(fā)真空斷路器智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它由以下幾部分組成：
　　
　　1．基于RoSowskl線圈的開(kāi)斷電流測(cè)量系統(tǒng)：
　　
　　2．?dāng)?shù)據(jù)處理以及存儲(chǔ)和顯示系統(tǒng)：
　　
　　3．通信系統(tǒng)；
　　
　　4．系統(tǒng)自檢和設(shè)定；
　　
　　5．遠(yuǎn)端監(jiān)控軟件。
　　
　　其功能包括以下幾個(gè)方面：
　　
　　1．實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能：對(duì)斷路器剩余壽命以及開(kāi)斷電流次數(shù)和電流數(shù)值等重要參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
　　
　　2．顯示功能：該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示斷路器剩余壽命，開(kāi)斷電流次數(shù)和電流數(shù)值及對(duì)應(yīng)時(shí)間等參數(shù)：
　　
　　3．可以通過(guò)按鈕查看歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定和修改設(shè)定值：
　　
　　4．通信功能：可以通過(guò)該系統(tǒng)的RS-485串口實(shí)現(xiàn)與變電站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信�？梢园褦�(shù)據(jù)傳至上位機(jī)，并進(jìn)行遠(yuǎn)端監(jiān)控和報(bào)警等。
　　
　　5．系統(tǒng)自檢：對(duì)系統(tǒng)本身的工作狀況進(jìn)行自檢，發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)報(bào)警；
　　
　　6．可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)端監(jiān)控。
　　
[$page]　　本項(xiàng)目的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　
　　1．研制和開(kāi)發(fā)基于Rogowski線圈的開(kāi)斷電流測(cè)量系統(tǒng)；
　　
　　2．開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)顯示系統(tǒng)；
　　
　　3．開(kāi)發(fā)通信以及遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)。
　　
　　在樣機(jī)研制成功后，對(duì)一個(gè)變電站中的約20臺(tái)10kV的真空斷路器安裝此監(jiān)測(cè)裝置，并在控制室中用上位機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控。
　　
　　2．項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵分析
　　
　　真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測(cè)是多種技術(shù)的綜合，包括準(zhǔn)確測(cè)量開(kāi)斷電流的傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)以及抗干擾技術(shù)等。下面著重介紹以下三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
　　
　　a)開(kāi)斷電流的準(zhǔn)確測(cè)量技術(shù)
　　
　　真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，關(guān)鍵的也是比較難的技術(shù)問(wèn)題之一是測(cè)量幾十千安的短路電流，例如31．5kA到50kA。普通的電流互感器(CT)的準(zhǔn)確度為5P20或10P20。如果它的額定電流為600A，它只能準(zhǔn)確地測(cè)到20倍的額定電流，約12kA左右。由于普通的電流互感器帶有鐵心，電流過(guò)大時(shí)