高压断路器机械状态监测系统研究

摘要：描述了利用单片机实现高压断路器机械状态在线监测的智能装置及其考虑的监测因素。此智能装置可以长期在线监测高压断路器动作过程中的机械参量，为断路器机械故障诊断和状态预测提供依据。
关键词：高压断路器；状态监测；传感器；

0 引言
断路器的可靠性是保障电力系统安全稳定运行的基本条件。根据GLGRE的调查发现，断路器的主要故障为机械故障，而其中大多数故障为操动机构故障。加强机械故障的检测，提前发现潜在故障，对降低设备故障率，提高电力系统安全、可靠、稳定运行的性能具有十分重要的实际意义。
从20世纪70年代开始就出现了微机型高压开关机械特性测量仪器等监测装置和系统，对断路器实时在线监测，实时掌握断路器的运行状态，以便及时采取预防措施，避免停电等重大事故发生。
通过对文献的分析发现，目前断路器在线监测系统尚存在几个问题：
(1)数据分析能力不足，缺乏数据积累，无法进行故障分析与诊断能力。因此需要扩展系统功能，建立数据库，强化故障分析与诊断功能。
(2)仅关注机械参量的计算结果，缺乏对机械运动过程的关注。
(3)目前的高压断路器检测系装置存在寿命短、精度低，性价比低，无法在实际工程应用中高效应用和推广。因此，新型在线监测装置需要提高监测精度和使用寿命，提高系统的性价比。
为了达到上述目标，本文研究一种新的高压断路器状态在线监测系统，记录断路器分、合闸过程中的信号，提供高精度、高时间分辨率的数据，改善系统的性价比，为高压断路器的故障诊断和预测提供基础数据积累。

1 系统总体设计
对中性点不接地系统进行在线监测的系统由上位机软件和分布式高压断路器机械参量在线监测仪组成。上位机与在线监测仪通过RS485接口连接，系统结构见图1。

在线监测仪通过传感器及变送器采集来自真空断路器的动作信息，一旦发生断路器分、合闸信号等符合的起动条件，仪器就开始启动采集数据程序。首先，上位机软件按照一定规则轮询各在线检测仪，当有应答，则采集仪器记录的监测断路器的动作数据，并将采集的数据放入数据库中，积累历史数据。上位机软件课根据设置，对采集的数据进行分类、汇总和分析，计算出所监测高压断路器的机械参量，并输出断路器动作过程曲线。
另外，系统在历史数据的基础上，对故障特征及发展趋势作出预测和诊断，可依据故障的模式和等级，做出报警。根据专家规则，可对设备检修提出合理化建议。

2 在线监测系统实现
高压断路器机械状态在线监测系统分软件和硬件两部分。
2．1 在线检测仪的实现
其中，硬件部分主要为在线监测仪，实现分布式高压断路器机械参量的采集和上传，每个通道由主控板、接口板和接线板三部分组成。本系统可灵活实现接口板和主控板的程序上载以适应不同的监测要求，最大程度上保证产品的性价比。在线检测仪可将最高达4个通道接到接线主面板上，数据采集通道和接线主面板装在一个机箱中而组成完整的在线监测装置。上位机能带16个通道，而且还根据需要进行高效、低成本扩展，仅仅需要RS485通讯芯片即可(更好驱动的芯片)。监测仪硬件部分结构如图2所示。