智能高压开关设备的在线监测

智能高压开关设备的在线监测

浙江 宁波 315336

摘要：高压开关的在线监测可以实时不间断监测开关设备的主要参数，不仅可以显示设备目前的实际运行状态，而且可以全面分析所有关键参数的实际变化情况，准确判断存在发生故障的可能性。本文对智能高压开关设备的在线监测技术进行分析。

关键词：智能化；高压开关设备；在线监测

1智能高压开关设备概述

智能高压开关设备由高压开关设备本体和智能组件组成，在开关设备本体上安装各种传感器和操动机构。传感器通过感知开关设备本体的各种状态参量，通过数字或模拟的方式传送给智能组件，再由智能组件上报给智能电网的其他系统；智能电网其他系统可根据获取的状态信息，实现对高压开关设备状态的可观测，进而支撑智能电网的优化运行，同时智能电网的相关系统根据观测的结果对智能组件发指令，智能组件经过逻辑判断后发出指令给操动机构执行分合操作，达到对智能电网优化控制的目的。

2智能高压开关设备的在线监测技术

2.1中置抽出柜柜中、断路器手车触头位置温升检测

2.1.1异常温升的原因

许多设备发生故障的关键原因在于异常温升。在日常运行中，高压电器导电回路长期将工作电流产生的能量转化成热能，导致电器材料温度升高。一般来讲，比规定范围低。但是，若导电回路的接触电阻偏高，就有可能造成电器材料温度上升速度偏快，影响电器材料的多个方面，如机械强度、物理性能等。因此，有些规定明确了不同类型电器材料的适合长期工作温度。动触头与静触头在高压断路器的手车结构中是基本元件。当这两个触头发生接触时，相互之间有一个接触电阻。若此接触电阻偏大，温度上升会比规定值高，易导致两个接触部位迅速氧化，而氧化会增加接触电阻，必定使发热速度更快，不仅提高温度，而且很有可能直接烧毁电弧。中置抽出式高压开关柜有显著的特征，由于工艺不适合、弹簧材料质量不达标等原因，断路器手车触头处比正常范围大，造成异常温升而烧毁高压断路器手车动和静触头，进而导致电力系统断电，造成重大的经济损失。

2.1.2CG2061型高压断路器触头温升在线测量装置原理

CG2061型高压断路器触头温升在线测量装置通过将热敏电阻传感器埋置在动触头位置测量该位置温升，并通过射频技术向低电位端无线传输高电位端收集的地址信号和温度。此装置也可以测量抽出柜柜中湿度和温度。装置主要是由两部分组成：一是处在高电位位置的高端模块，二是处在低电位位置的低端模块。

2.1.3测量装置测温的原理

处在高电位触头端的模块一主要是由信号发射部件、热敏电阻以及接收部件等构成，安装于触头周围。因为高压端发热点周围安装高压端发热点，当触壁异常温升时，说明该模块所处的区域是高温条件，这时高压端的传感器模块要选用军用级标准器件，工作温度能够超过125℃。如果高电位母线通过高于50A电流，它的输出会提供信号发射和信号处理，出现在触头附近的热敏电阻将该位置发出的温度模拟量信号传送给信号处理部件，使

用适宜的微处理机芯片实现温度模拟量信号变成脉冲数字信号，然后通过发射部件来发射。通常，模块一的接收部件是以接收低端模块的地址命令和接收命令为主。在开关柜上边的仪表室中安装低端模块二。它由多个部分构成，如报警输出等。由接收部件接收高端模块一发射的载波信号，通过科学处理和解调，在低端模块二的面板上显示被测位置的传感器地址号和温度值；通过微处理机芯片正确辨别是否高出提前设定的温度门限，若被测位置的温度值高于温度门限，迅速发送报警触点信号；利用RS485串行接口，低端模块二接收的信息经光纤及时传送给数据采集终端。低电位端模块二的监控芯片选用8位高速单片机W77E58芯片。该芯片的8位I/O外设接口有4个，能够便于显示、采集以及控制现场数据，且能够控制数据传输。

2.2永磁操动机构断路器远方监视

2.2.1断路器驱动电流与位移曲线拐点时间相一致的特征

永磁机构输出特性与真空开关负荷特性相同，所以操作机构与开关之间可以直接连接。通过永磁铁的磁力使断路器保持在分与合部分，但分闸操作和合闸操作通过电磁力完成，省去损耗较大的零件，可以减少很多零件，避免机械在运行中出现振动情况。断路器驱动过程中的线圈位移波形和电流波形如图1所示。

由图1可以发现，断路器驱动期间，位移波形与电流波形中发生拐点的时间相同。最初通电时，永久磁铁的电磁力较大，动铁心保持不变；若线圈中有较大的电流，动铁心会逐渐与合闸端面分开，移动到分闸端面。在动铁心位置最初移动时，线圈电流是峰值，接着因为受到铁心移动产生的电动势影响而越来越小，最后动铁心与绝缘杆和动触头形成一体移动。所以，在一段时间后可移动部分的重量也会有所改变，且动铁心移动速度自然也会发生变化。在某个时刻，线圈电流拐点和位移波形拐点相对应。

2.2.2以驱动机构为依托的电流分析监视技术

初期断路器线圈电流波形和机构可动件位移波形出现拐点时间相同。在拐点时间方面，触头已电弧烧损的断路器线圈电流波形和机构可动位移波形一样。因此，通过电流波形的拐点时间变化检查机构操动特性异常，仅仅是对线圈电力报信进行24h监测，不仅可以提取电流波形改变的电流值，而且可以提取电流波形改变的时间，能够实时分析真空断路器性能，无需测量位移特性。通过对VCB永磁操动线圈电流波形进行24h监视，必定可以及时发现VCB故障出现的种种迹象。这样就从以前的定期维护向状态维护转变，也就是变成“按状态”维护方法。这种维护方法能够省略设备寿命前的停电作业和维护检查作业，以

明显减少寿命周期费用。

3结语

供用电的可靠性不仅要求开关设备具有较强的性能，而且要求技术人员改变维护思想，即将定期维护转变成按状态维护。随着微电子技术、传感器技术等的日益发展，中央控制单元可以快速获取现场情况，便于在中央站实时监测现场运行过程中的开关柜，“按状态”维护高压电器设备。电器制造企业将在线监测技术作为统一制造和设计的一部分，能够减少电器产品制造后又补装在线监测设备的安装成本。

参考文献：

[1]高压开关设备设计原理及问题探析[J].白国斌.装备维修技术.2019(03)

[2]智能高压开关设备技术研究进展[J].孙聪,高亮.科技风.2018(16)