一種遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)分相開關(guān)機(jī)構(gòu)打壓次數(shù)及狀態(tài)分析裝置

潘雄　邱驍奇　付堅(jiān)　李小強(qiáng)　吳文健　黃建鋒

摘要：開關(guān)機(jī)構(gòu)是否能正常工作關(guān)系到其是否能提供足夠的動(dòng)力促使開關(guān)分、合閘。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)機(jī)構(gòu)打壓次數(shù)及狀態(tài)功能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也是對(duì)保證電網(wǎng)安全起到很大的現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)需求研究出一種裝置可以進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)開關(guān)機(jī)構(gòu)的，及時(shí)發(fā)現(xiàn)頻繁打壓分項(xiàng)開關(guān)機(jī)構(gòu)并分析其原因，有效降低檢修工作的難度和減少開關(guān)事故。

關(guān)鍵字：開關(guān)機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)打壓次數(shù)、機(jī)構(gòu)打壓狀態(tài)、開關(guān)故障

1概述

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，必然會(huì)給電力行業(yè)帶來新的發(fā)展，從變電站、輸變線路到電力巡檢等電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，都會(huì)注入智能化元素。建立智能監(jiān)控中心，從現(xiàn)場(chǎng)把不同類型的信號(hào)、運(yùn)行數(shù)據(jù)通過采集及通信遠(yuǎn)程傳至監(jiān)控中心，實(shí)行遠(yuǎn)程、集中監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，由智能監(jiān)控中心發(fā)出報(bào)警及調(diào)度人員搶修，從而實(shí)現(xiàn)線上監(jiān)控，線下?lián)屝薜淖饔谩?/p>

目前變電站開關(guān)機(jī)構(gòu)在1天之內(nèi)打壓次數(shù)是有一定范圍要求的，如果打壓超過要求次數(shù)，需對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的觀察，如果打壓次數(shù)在發(fā)展，說明泄露點(diǎn)在發(fā)展，需要維修。理論計(jì)算表明，頻繁打壓對(duì)斷路器的直接分合閘性能基本無多大影響，只要不是壓力保持不住，使得油壓泄為零。一般情況下，保證一次重合閘的能力是絕無問題的。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，頻繁打壓對(duì)液壓機(jī)構(gòu)間接影響較大，應(yīng)予以盡快處理，其危害主要有：

（1） 儲(chǔ)壓筒V形墊磨損大，易造成活塞桿外滲漏油或使油中橡膠末增加。

（2） 接觸器接點(diǎn)燒損嚴(yán)重。

（3） 電機(jī)因起動(dòng)電流較大而起動(dòng)頻繁，易燒傷整流子。

（4） 由于油臟導(dǎo)致的頻繁打壓，使相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的磨損加劇，劃傷表面的機(jī)會(huì)增大，造成內(nèi)部泄露，影響斷路器的開斷性能，并更加加劇油臟程度。

（5） 有可能因油臟影響開關(guān)的分合能力。

當(dāng)前變電站開關(guān)機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀為：監(jiān)控可以監(jiān)測(cè)開關(guān)機(jī)構(gòu)的打壓狀態(tài)，但三相機(jī)構(gòu)分不清楚哪一相機(jī)構(gòu)起動(dòng)打壓的，對(duì)開關(guān)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)了解不清楚;對(duì)開關(guān)機(jī)構(gòu)存在機(jī)械卡阻等隱性問題，沒能有個(gè)監(jiān)測(cè)手段，往往問題暴露了才能發(fā)現(xiàn)。

2開關(guān)機(jī)構(gòu)頻繁打壓的原因分析

這些年來，液壓開關(guān)機(jī)構(gòu)憑借著外型結(jié)構(gòu)，易于滿足各種動(dòng)作需求，操縱簡(jiǎn)單方便，成本低，可靠性高等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，扮演著重要的角色。然而，實(shí)際情況中，液壓開關(guān)機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)打壓頻繁的現(xiàn)象，情況嚴(yán)重甚至影響開關(guān)的正常工作。一般導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)由以下幾個(gè)原因組成。

2.1漏油

漏油會(huì)導(dǎo)致液壓損失，是影響斷路器的機(jī)械性能的重要原因;因此漏油是液壓開關(guān)機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)，分為外漏和內(nèi)漏。外漏是指漏到外面的大氣中，漏油主要是因?yàn)榧庸ぞ炔桓?，器件質(zhì)量不好，密封性工作做得差所引起的。內(nèi)漏是指開關(guān)機(jī)構(gòu)內(nèi)部的油液從高壓部分流向低壓部分，一般是因?yàn)橛椭写嬖谖畚飳?dǎo)致閥密封不良，一方面是由于檢修人員在工作中的疏忽、工藝差和不規(guī)范，另一方面是機(jī)構(gòu)內(nèi)部零件出現(xiàn)生銹所致。除此之外，還有可能是氮?dú)馀c高壓油之間的泄露導(dǎo)致打壓前壓力偏高。

2.2微動(dòng)開關(guān)故障

一方面如果微動(dòng)開關(guān)調(diào)整不當(dāng)，長(zhǎng)時(shí)間偏低而造成位移，使停泵、啟泵距離發(fā)生改變;另一方面觸點(diǎn)與觸點(diǎn)彈簧片的失靈故障，微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)變形、接觸不良、彈簧片受潮變質(zhì)這些因素都會(huì)造成失靈。以上兩種情況均會(huì)使開關(guān)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)打壓頻繁。

2.3溫度變化

根據(jù)物理學(xué)“熱脹冷縮”原理，液壓油會(huì)隨著溫度變化發(fā)生膨脹或者收縮，油壓則相應(yīng)地升高或者降低，出現(xiàn)異常升高或降低現(xiàn)象。若在一段時(shí)間內(nèi)天氣變化較大且反復(fù)，造成油泵打壓頻繁。

3裝置系統(tǒng)介紹

遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)分相開關(guān)機(jī)構(gòu)打壓次數(shù)及狀態(tài)分析裝置是為了檢測(cè)開關(guān)機(jī)構(gòu)打壓分機(jī)構(gòu)的相線電流，監(jiān)測(cè)開關(guān)機(jī)構(gòu)打壓分機(jī)構(gòu)的相線電流變化趨勢(shì)，分析分機(jī)構(gòu)的打壓情況以及狀態(tài)。通過檢測(cè)到電流的次數(shù)來判斷是否超過1天之內(nèi)打壓次數(shù)的范圍要求，如果超過了范圍要求則判定為開關(guān)機(jī)構(gòu)狀態(tài)異常，若判定為不可靠，則輸出告警。

遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)分相開關(guān)機(jī)構(gòu)打壓次數(shù)及狀態(tài)分析裝置由主機(jī)、檢測(cè)模塊和CT組成，CT作用測(cè)量檢測(cè)目標(biāo)位置接地電纜狀態(tài)電流模擬量信號(hào)及通訊;采集模塊作用是采用RS485通訊網(wǎng)路，將分散的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的模擬量經(jīng)AD變換傳輸?shù)街鳈C(jī);主機(jī)作用是給處理采樣數(shù)據(jù)，判斷開關(guān)機(jī)構(gòu)是否打壓，實(shí)現(xiàn)顯示、儲(chǔ)存、告警。

一條相線一個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)，CT安裝在機(jī)構(gòu)箱里被監(jiān)測(cè)回路上，一個(gè)機(jī)構(gòu)箱可安裝一個(gè)或多個(gè)采集模塊，具體看CT數(shù)量而定，成套系統(tǒng)最多可接入16個(gè)采集模塊，每個(gè)采集模塊最多可接入8路CT。因開關(guān)機(jī)構(gòu)由三相電流供電，所以一個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)會(huì)裝有3個(gè)開口CT分別檢測(cè)其電源電流，把檢測(cè)到的電流信號(hào)傳輸?shù)讲杉K進(jìn)行高速且高精準(zhǔn)的采樣，再通過RS485端口傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。由此來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控開關(guān)機(jī)構(gòu)的打壓次數(shù)及狀態(tài)，及時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)情況，大大提高了工作人員搶修的效率。

3.1主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)介紹

主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)由CPU單元、調(diào)試模塊、USB下載單元、SD卡存儲(chǔ)單元、485通訊單元、顯示及操作單元、電源模塊、告警節(jié)點(diǎn)輸出單元組成。

主控CPU我們選用STM32F103ZET6。該芯片是ARM 32位的Cortex?--M3 CPU，具有運(yùn)行速度快、存儲(chǔ)量大、功耗低和各種功能接口數(shù)量眾多的特點(diǎn)可運(yùn)行μC/OS操作系統(tǒng)。該CPU最快72MHz工作頻率;12通道的12為AD通道;多達(dá)112個(gè)快速雙向I/O口;多達(dá)13個(gè)通信接口，其中有USB2.0全速接口和SDIO接口。

CPU是主機(jī)系統(tǒng)的核心，通過與其他模塊配合，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理，與采集模塊和后臺(tái)進(jìn)行通訊，顯示告警等功能。

3.2采集模塊硬件結(jié)構(gòu)介紹

采集模塊主要功能是測(cè)量1-8路電流信息，傳輸給主機(jī)。模塊設(shè)計(jì)8路CT信號(hào)放大與采樣電路、下載調(diào)試電路、通信電路和存儲(chǔ)電路等。實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量，然后有序傳輸給主機(jī)。可以通過軟件配置模塊實(shí)際監(jiān)測(cè)CT數(shù)量，不會(huì)出現(xiàn)空號(hào)支路等問題。

3.3 CT信號(hào)處理電路圖

電流互感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理。電流互感器是由閉合鐵芯和繞組組成，將一次側(cè)的大電流，按比例變?yōu)檫m合通過儀表或繼電器使用的，額定電流為5A/1A的變換設(shè)備。它是電力系統(tǒng)中電能計(jì)量和繼電保護(hù)的重要設(shè)備，其精度及可靠性與電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)。

由此可見，電流信號(hào)經(jīng)過輸入保護(hù)，然后經(jīng)放大器反向輸入端輸入，運(yùn)放正向輸入端設(shè)計(jì)一個(gè)電壓太高電平，信號(hào)通過放大后再經(jīng)過一個(gè)濾波器，最后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換完成采樣。設(shè)計(jì)目標(biāo)準(zhǔn)確采樣1-10A電流。通過上述電路，就可以把CT從分相開關(guān)機(jī)構(gòu)采集到的信號(hào)，經(jīng)過處理，最后反饋到主機(jī)。

4總結(jié)

本文論述了分相開關(guān)機(jī)構(gòu)頻繁打壓的危害以及原因分析，并針對(duì)這種現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)分相開關(guān)機(jī)構(gòu)打壓次數(shù)及狀態(tài)分析裝置的研究。通過這種專用的裝置可以解決開關(guān)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)問題，及時(shí)遠(yuǎn)程發(fā)現(xiàn)頻繁打壓的分相開關(guān)，清楚了解分相開關(guān)的狀態(tài)并作出原因分析，做出反措檢修。通過對(duì)分相開關(guān)機(jī)構(gòu)的智能化集中監(jiān)控，大大降低人工成本，提高工作效率，對(duì)于電網(wǎng)建設(shè)也是有著很好的現(xiàn)實(shí)意義。

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