高壓斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)

李國賓 于瀟 鄭智勇 楊廷方

摘要：設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)高壓斷路器分合閘線圈電壓、分合閘速度以及線圈帶電時(shí)間等機(jī)械特性參數(shù)的硬件電路及軟件程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷路器運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該設(shè)計(jì)采用80C196單片機(jī)作為處理器，利用DMAC8237構(gòu)成直接存取控制電路，實(shí)現(xiàn)處理器與存儲(chǔ)器之間的高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能滿足高壓斷路器機(jī)械特性監(jiān)測(cè)的要求，對(duì)提高高壓斷路器運(yùn)行的可靠性具有重要作用。

關(guān)鍵詞：高壓斷路器;機(jī)械特性;監(jiān)測(cè);分合閘速度;線圈電壓

0? ? 引言

高壓斷路器是電力系統(tǒng)主要的電氣設(shè)備，其工作狀態(tài)的好壞會(huì)直接影響電力系統(tǒng)的可靠性。高壓斷路器的運(yùn)行性能主要包括電氣性能和機(jī)械性能兩大塊，其中電氣性能主要指其絕緣是否良好。一般在斷路器運(yùn)行過程中，會(huì)導(dǎo)致斷路器故障的主要還是其機(jī)械特性。斷路器機(jī)械特性主要包括分合閘時(shí)間、分合閘速度、超程以及不同期度等參數(shù)，其中分合閘時(shí)間、分合閘速度是斷路器最重要的機(jī)械動(dòng)作特性。所以，在現(xiàn)場(chǎng)通常監(jiān)測(cè)斷路器的分合閘線圈電壓以及分合閘速度特性來判斷斷路器的機(jī)械特性是否完好。

1? ? 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用光電隔離WBV334U05-S型電壓傳感器，直接把分合閘線圈的DC220 V電源電壓轉(zhuǎn)換為微機(jī)系統(tǒng)能接受的DC0～20 mA電流，再進(jìn)行濾波整形，送往AD采樣。光電隔離WBV334U05-S型電壓傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、精度高、線性度好的特點(diǎn)。

另外，利用光電軸角編碼器監(jiān)測(cè)斷路器主軸的分合閘速度特性。由于斷路器動(dòng)觸頭在分合閘過程中的運(yùn)動(dòng)行程與主軸轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線近似為直線，所以，測(cè)得斷路器主軸的分合閘速度特性也可得到其動(dòng)觸頭的速度特性。光電軸角編碼器是一種數(shù)字式傳感器，它采用圓光柵，通過光電轉(zhuǎn)換原理將斷路器主軸的旋轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)通過一套專門設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)光電編碼器的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。斷路器分合閘是一個(gè)變速運(yùn)動(dòng)的過程，通過測(cè)量分合閘過程中光電編碼器輸出的各個(gè)電脈沖信號(hào)的脈寬即可得到斷路器的分合閘速度特性。

2? ? 硬件電路設(shè)計(jì)

整個(gè)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)電路的硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1中，硬件電路的主CPU為80C196單片機(jī)，數(shù)據(jù)采用DMAC8237直接存取，利用采樣AD346進(jìn)行采樣保持，圖中CD4051是多路選擇開關(guān)，本系統(tǒng)采用的A/D是12位的高速轉(zhuǎn)換器件ADC579，并采用可編程串行通信接口芯片8251對(duì)外通信。

本次設(shè)計(jì)中80C196外中斷采用邊沿觸發(fā)方式。線圈電壓信號(hào)和主軸速度脈沖信號(hào)經(jīng)濾波調(diào)整電路處理后，其脈沖上升沿和下降沿均可向80C196申請(qǐng)中斷。

光電編碼器采用兩路脈沖相序比較的方式實(shí)現(xiàn)速度方向辨別。辨別后的電平信號(hào)輸入主CPU的I/O接口，以判別斷路器處于分閘還是合閘狀態(tài)，并依據(jù)電平變化確定斷路器的分合閘速度特性。

3? ? 軟件程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)思路如下：當(dāng)斷路器分合閘時(shí)，線圈電壓信號(hào)使CPU的INT0中斷，啟動(dòng)采樣。線圈帶電后，斷路器主軸運(yùn)動(dòng)，可對(duì)分合閘速度進(jìn)行采樣，同時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)分合閘線圈電壓進(jìn)行采樣，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行串行通信，整個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)了模塊化。主程序設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

4? ? 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

通過80C196單片機(jī)的全雙工串行口通信，研制了一套“高壓斷路器機(jī)械特性多機(jī)并行數(shù)據(jù)采集在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，并在變電站進(jìn)行了安裝投運(yùn)。

圖3和圖4分別是該變電站一臺(tái)斷路器分閘線圈的電壓值u和分閘速度v與脈沖行程N(yùn)的實(shí)測(cè)關(guān)系曲線。

通過比較每次斷路器的分合閘線圈電壓曲線及速度曲線，可判斷斷路器的運(yùn)行狀態(tài)是否異常，以及其操作電源系統(tǒng)和機(jī)械操作機(jī)構(gòu)的運(yùn)行是否滿足要求，從而實(shí)現(xiàn)斷路器的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

5? ? 結(jié)語

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，該套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)斷路器的分合閘線圈電壓、分合閘速度、帶電時(shí)間等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷路器運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其對(duì)提高高壓斷路器運(yùn)行的可靠性具有重要意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李忠欣.GIS開關(guān)操作機(jī)構(gòu)電機(jī)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)[D].西安：西安工程大學(xué)，2012.

[2] 李永麗，李瑞鵬，盧揚(yáng)，等.斷路器操作回路的智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2017，37（10）：211-217.

[3] 黃新波，陶晨，劉斌.智能斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和狀態(tài)評(píng)估[J].高壓電器，2015，51（3）：129-134.

[4] 孫銀山，張文濤，張一茗，等.高壓斷路器分合閘線圈電流信號(hào)特征提取與故障判別方法研究[J].高壓電器，2015，51（9）：134-139.

收稿日期：2020-09-04

作者簡(jiǎn)介：李國賓（1983—），男，河北邢臺(tái)人，高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)電運(yùn)維。