1 　斷路器在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　斷路器的動(dòng)作可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。以往多采用離線例行試驗(yàn)對斷路器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷,預(yù)防性試驗(yàn)及計(jì)劃檢修存在盲目性大、費(fèi)用高等缺點(diǎn),并且頻繁的操作及過度的拆卸會(huì)降低斷路器動(dòng)作的可靠性。隨著用戶對供電可靠性要求的不斷提高,及時(shí)了解斷路器的運(yùn)行狀況,掌握其變化趨勢顯得尤其迫切。

　　與變壓器、避雷器及電容性設(shè)備相比,斷路器在線監(jiān)測技術(shù)起步較晚。20世紀(jì)90年代,美國、日本開始研究斷路器的狀態(tài)監(jiān)測,美國學(xué)者率先給出斷路器壽命與開斷電流的關(guān)系,提出“滅弧觸頭電壽命”的概念,同時(shí)還提出了“全工況跳合閘回路完整性監(jiān)視”的概念,此時(shí)的研究工作主要是圍繞著斷路器狀態(tài)檢修進(jìn)行。

　　2001年國際電氣工程師協(xié)會(huì)開關(guān)設(shè)備委員會(huì)出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)指出,斷路器檢測方法應(yīng)分為5個(gè)步驟,即: (1)故障類型分析; (2)選取合適的監(jiān)測對象來發(fā)現(xiàn)最可能發(fā)生的故障; ( 3)對設(shè)備可能發(fā)生的故障進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析; ( 4)進(jìn)行利益分析來確定是采用在線監(jiān)測還是周期檢測; ( 5)制定方法。

　　在上述標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下,根據(jù)國內(nèi)外多年的運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)和國內(nèi)外一些在線監(jiān)測的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),斷路器在線監(jiān)測的內(nèi)容有: ( 1 )合、分閘線圈回路; (2)合、分閘線圈電流; (3)合、分閘線圈電壓;(4)斷路器動(dòng)觸頭行程; (5)斷路器動(dòng)觸頭速度;(6)開斷電流; (7)斷路器的操動(dòng)次數(shù)統(tǒng)計(jì); (8)斷路器操動(dòng)過程中的機(jī)械振動(dòng); (9)合閘彈簧狀態(tài);(10)導(dǎo)電接觸部位的溫度; ( 11)絕緣狀態(tài); ( 12)SF6 斷路器的氣體密度; ( 13)真空斷路器的真空度。

　　上述監(jiān)測項(xiàng)目從不同角度反映斷路器的狀態(tài),在實(shí)際應(yīng)用中,可以有選擇性的選取部分參量做為監(jiān)測內(nèi)容。

　　2　關(guān)鍵參數(shù)選取及分析方法

　　(1) 高壓斷路器行程—時(shí)間特性的在線監(jiān)測

　　高壓斷路器在分、合閘過程中,動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)行程規(guī)律與主軸連動(dòng)桿的合、分閘速度特性一致,可通過位移傳感器連結(jié)在主軸連動(dòng)桿上監(jiān)測開關(guān)動(dòng)作的行程- 時(shí)間特性,可提取各種機(jī)械特性參數(shù)(行程、開距、超程及剛分剛合速度等) ,并分析其變化可發(fā)現(xiàn)較多機(jī)械故障隱患,并可預(yù)測可能的故障部位。但是目前由于高壓斷路器位移傳感器的安裝存在很大障礙,建議在中壓斷路器上可采用此方法。

　　(2) 高壓斷路器分、合閘電磁鐵線圈電流的在線監(jiān)測

　　分合閘線圈是控制斷路器動(dòng)作的關(guān)鍵元件,應(yīng)用霍爾元件電流傳感器可方便地監(jiān)測多種信息的分、合閘電流波形。高壓斷路器一般都是以電磁鐵作為操作的第一級控制元件,以直流為控制電源。直流電磁線圈的波形中包含著重要的信息,一定程度上可以彌補(bǔ)位移傳感器無法安裝的不足。

　　(3) 主操作桿上機(jī)械負(fù)載特性的在線監(jiān)測

　　不同類型的斷路器有不同的機(jī)械負(fù)載特性,分、合閘過程中力—行程特性的變化是斷路器工作狀態(tài)變化的主要表征。監(jiān)測主操作桿上機(jī)械負(fù)載特性可提供剛分剛合時(shí)刻、觸頭接觸壓力,還可反映連桿松動(dòng)、斷裂、卡死、斷路器機(jī)械負(fù)載持性與操動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出特性之間的配合情況。

　　(4) 振動(dòng)信號的在線監(jiān)測

　　斷路器操作過程中機(jī)械零部件間的撞擊或摩擦?xí)�引起振�?dòng),對于同一高壓斷路器同種狀態(tài)下的重復(fù)操作過程,外部振動(dòng)信號在一定范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。機(jī)械振動(dòng)波形是由一系列衰減的正弦波組合而成的,外部振動(dòng)響應(yīng)的幅值與沖擊力的大小成正比,振動(dòng)的頻率及衰減時(shí)間常數(shù)與高壓斷路器的機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)。斷路器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的監(jiān)測針對斷路器分合動(dòng)作時(shí)其機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行。首先錄下斷路器正常狀態(tài)下的機(jī)械振動(dòng)“指紋波”,斷路器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)卡澀、斷裂、松動(dòng)等問題,其振動(dòng)事件頻率和時(shí)間會(huì)發(fā)生改變;另外,分合動(dòng)作撞擊力度的改變也直接影響振動(dòng)信號的幅度。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)異常的分合振動(dòng)波形是與正常狀況的分合振動(dòng)波形有明顯區(qū)別的。振動(dòng)信號可以反映斷路器的機(jī)械狀態(tài)。其最大優(yōu)點(diǎn)是不涉及電氣測量,傳感器安裝于外部,對斷路器無任何影響。

　　(5) 儲(chǔ)能電機(jī)的在線監(jiān)測

　　對儲(chǔ)能電機(jī)的監(jiān)測針對儲(chǔ)能電機(jī)的日儲(chǔ)能次數(shù)、單次儲(chǔ)能時(shí)間長短。如果儲(chǔ)能周期縮短,單次儲(chǔ)能時(shí)間變長,則說明儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)了問題,如油路或氣路發(fā)生泄漏、儲(chǔ)能電機(jī)出力不夠管路不暢等。如油泵打壓頻度增加或彈簧儲(chǔ)能不到位等來預(yù)告儲(chǔ)能系統(tǒng)液壓油不清潔、閥口密封破壞及泵系統(tǒng)異常、彈簧機(jī)構(gòu)狀態(tài)異常等故障。

　　(6) 相對電壽命診斷方法

　　[$page]　　對斷路器電壽命監(jiān)測是建立在觸頭累計(jì)磨損量模型基礎(chǔ)上的。根據(jù)I—N曲線擬和的計(jì)算公式,按單次開斷電流累計(jì)觸頭磨損量。在計(jì)算開斷電流的同時(shí),根據(jù)輔助觸頭與開斷電流波形,計(jì)算出燃弧時(shí)間,則ΣI2 t可以定量計(jì)算。通過對累計(jì)觸頭磨損量, ΣI2 t的監(jiān)測來判斷電壽命是目前比較通用的方法。但具體絕對磨損量的計(jì)算涉及到觸頭材料、工藝、絕緣材料、動(dòng)作電壓電流及滅弧室結(jié)構(gòu)等諸多因素的影響,因此根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)趨勢分析原理應(yīng)采用相對磨損量的概念來標(biāo)定斷路器的電壽命。

　　3　IEC61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用在斷路器在線監(jiān)測上的擴(kuò)展研究

　　本文根據(jù)特高壓斷路器在線監(jiān)測的特征量,采用CIM /C IS方法在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行信息建模和服務(wù)建模。首先對斷路器在線監(jiān)測的特征量進(jìn)行研究和分析,深入理解特征量在高壓現(xiàn)場環(huán)境中表現(xiàn)出的特征和規(guī)律,然后對所建立的信息模型作擴(kuò)展,對具體的邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析研究,創(chuàng)建合適的LN 類。具體包括模擬量數(shù)據(jù)建模、控制數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)描述及GOOSE模型分析等。最后應(yīng)用新興的、復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理方法引入對斷路器的診斷,如用模式識(shí)別和分類的數(shù)學(xué)模型,通過大量無電流操作及模擬故障試驗(yàn)訓(xùn)練識(shí)別系統(tǒng),從所測數(shù)據(jù)辨認(rèn)參數(shù)的變化。

　　IEC61850規(guī)范了數(shù)據(jù)模型、服務(wù)以及建模方法。本文基于面向?qū)ο蟮慕�模思想和分層次的總體原則對斷路器設(shè)備建模進(jìn)行研究。

　　同一個(gè)功能對象相關(guān)的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)屬性,建模在該功能對象中(包括對該對象的擴(kuò)展) ;多個(gè)功能相關(guān),或全系統(tǒng)功能相關(guān)的數(shù)據(jù),建模在公共的邏輯節(jié)點(diǎn)或者邏輯設(shè)備中。

　　(1) 物理設(shè)備的建模

　　一個(gè)斷路器設(shè)備即一個(gè)IED,應(yīng)建模為一個(gè)裝置對象。該對象是一個(gè)容器,應(yīng)包含服務(wù)器對象,服務(wù)器對象中應(yīng)包含至少一個(gè)LD對象,每個(gè)LD對象中應(yīng)至少包含3個(gè)LN對象。

　　(2) 邏輯設(shè)備的建模

　　按功能劃分邏輯設(shè)備類型,有以下幾種類型:公用LD、測量LD、保護(hù)LD、控制及開入LD、錄波LD等。在不影響正常功能的條件下,不劃分過多LD。
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