真空斷路器壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)

　　 一、真空斷路器是近十幾年來快速發(fā)展起來的一種新型電器。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、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)的主要開關(guān)設(shè)備。
　　
　　壽命長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)械動作方面的能力。真空斷路器機(jī)械壽命比較長，可達(dá)10，000次以上。 電壽命是真空斷路器的電氣開斷能力，通常以額定短路開斷電流的開斷次數(shù)來表示。由于強(qiáng)大的電弧對觸頭的燒蝕，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，真空滅弧室會失效，電弧不能斷開，滅弧室可能爆炸，造成重大事故。所以，對其電壽命的監(jiān)測和評估是非常必要的。
　　
　　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，對其電壽命的在線監(jiān)測也變得非常重要。通過實(shí)時監(jiān)測，得出其剩余電壽命，并給出一定的報(bào)警信號，維護(hù)人員即可進(jìn)行及時的處理，從而避免重大事故的發(fā)生。
　　
　　傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測方法一般都建立在對開斷電流準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)上，由于斷路器在實(shí)際運(yùn)行中，開斷電流的變化范圍非常大，且在開斷短路電流情況下有時會含有直流分量，電流互感器(CT)會出現(xiàn)不同程度的飽和，因此準(zhǔn)確測取開斷電流存在一定的困難。另外，傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測方法是開斷電流的次數(shù)，通常在開關(guān)柜中有一個開斷電流次數(shù)的計(jì)數(shù)器，使用該方法監(jiān)測斷路器的壽命，只需要進(jìn)行開斷電流的測量和簡單的計(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很大。所以，用傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測方法準(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，開發(fā)出真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測系統(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，我們擬研制和開發(fā)出一套針對真空斷路器電壽命的智能化監(jiān)測系統(tǒng)。用于在線監(jiān)測真空斷路器的剩余電壽命、開斷短路電流次數(shù)以及開斷電流的數(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，將對一個變電站中的約20臺10kV的真空斷路器安裝此監(jiān)測裝置，并進(jìn)行集中監(jiān)控。
　　
　　二、 真空斷路器電壽命臨測的研究狀況
　　
　　對于真空斷路器來說，影響電壽命的主要岡素是斷路器開斷電流時山于電弧作用而產(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單的比例關(guān)系，因此，對于電壽命的監(jiān)測，簡單的累計(jì)開斷電流的方法誤差很大。
　　
　　一種普遍采用的方法是開斷電流加權(quán)累計(jì)法，開斷電流加權(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斷電流的大小，比較簡單實(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)影響電壽命的六個主要因素—首開相的燃弧時間、后開相的燃弧時間、開斷速度、開斷時間、首開相在三相中的均勻度和等效開斷電流的電磨損系數(shù)對斷路器的電壽命進(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)用帶來了一定的困難。
　　
　　目前，由于在強(qiáng)電磁干擾條件下測試開斷大電流方面的困難，國內(nèi)僅有少數(shù)幾個單位在理論上作了一些論證，但還沒有研制出針對真空斷路器電壽命監(jiān)測的專門化裝置，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)目擬研究的主要問題
　　
　　1． 主要課題和內(nèi)容
　　
　　本項(xiàng)目致力于研制和開發(fā)真空斷路器智能化監(jiān)測系統(tǒng)，它由以下幾部分組成：
　　
　　1．基于RoSowskl線圈的開斷電流測量系統(tǒng)：
　　
　　2．?dāng)?shù)據(jù)處理以及存儲和顯示系統(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方面：
　　
　　1．實(shí)時監(jiān)測功能：對斷路器剩余壽命以及開斷電流次數(shù)和電流數(shù)值等重要參數(shù)進(jìn)行長期連續(xù)的實(shí)時監(jiān)測；
　　
　　2．顯示功能：該系統(tǒng)可以實(shí)時顯示斷路器剩余壽命，開斷電流次數(shù)和電流數(shù)值及對應(yīng)時間等參數(shù)：
　　
　　3．可以通過按鈕查看歷史數(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：對系統(tǒng)本身的工作狀況進(jìn)行自檢，發(fā)現(xiàn)故障并及時報(bào)警；
　　
　　6．可以通過上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)端監(jiān)控。
　　
[$page]　　本項(xiàng)目的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　
　　1．研制和開發(fā)基于Rogowski線圈的開斷電流測量系統(tǒng)；
　　
　　2．開發(fā)數(shù)據(jù)的處理、存儲顯示系統(tǒng)；
　　
　　3．開發(fā)通信以及遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)。
　　
　　在樣機(jī)研制成功后，對一個變電站中的約20臺10kV的真空斷路器安裝此監(jiān)測裝置，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)測是多種技術(shù)的綜合，包括準(zhǔn)確測量開斷電流的傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信號處理技術(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)開斷電流的準(zhǔn)確測量技術(shù)
　　
　　真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測系統(tǒng)中，關(guān)鍵的也是比較難的技術(shù)問題之一是測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，電流過大時