真空断路器电寿命状态监测系统的研究

曹军

摘 要：通过真空断路器电寿命状态监测系统的研究，采用罗氏线圈采集真空断路器短路开断电流，并且使用开断电流加权累计法计算真空断路器的剩余电寿命。该项研究有助于实现对真空断路器的状态检修，也实现了以最少资金投入保证真空断路器安全运行的同时获得较高的经济效益。

关键词：真空断路器 电寿命 短路开断电流 罗氏线圈 状态检修

中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0220-02

目前国内大多数的真空断路器的检测工作都是进行定期检修，根据检修结果和历史经验来判断真空断路器的运行状况，从而确定是否可以继续投入运行或是否进行更换，但随着对电力系统的安全可靠性指标的要求越来越高，对经济效益要求越来越高。很显然单纯依靠传统的检修手段已经不能满足电力系统飞速发展的要求，为了确保电力系统的安全运行，最大限度降低事故率，迫切需要寻求新的对真空断路器电寿命状态进行监测的方法。通过实时监测，得出其剩余电寿命，缩短断电检修流程，维护人员可定期检查其剩余电寿命，同时运行部门可以在安全条件下高效使用真空断路器，减少不必要的投入和避免重大事故的发生。

1 项目主要研究内容

（1）在对国内相关技术调研的基础上，完成断路器电寿命智能化监测系统的软硬件开发，并进行该系统的试点应用，完善和改进系统功能。

（2）开发基于精确电流采集装置的开断电流测量系统，可以实现大变化范围的电流信号的测量，并且在整个测量范围内能够保持很好的线性度。

（3）收集目前使用广泛的断路器的电寿命曲线、机械寿命曲线，研究断路器开断电流加权算法，确定短路电流与断路器的电寿命对应关系，以判断断路器电寿命剩余情况。

（4）开发断路器电寿命智能监测软件模块，软件综合考虑常规CT测量电流和变位信号、Rogowski线圈等装置采集的精确电流信号、断路器的电寿命曲线、机械特性曲线、故障性质等因素，采用开断电流加权累计法，客观计算断路器实际的剩余寿命。系统可以实时显示断路器剩余寿命，开断电流次数和电流数值及对应时间等参数。

2 系统架构、组成及功能

2.1 系统架构（如图1）

2.2 基于RoSowski线圈的开断电流测量系统

系统采用基于Rogowski线圈的电流传感器，可以实现大变化范围的电流信号的测量，并且在整个测量范围内能够保持很好的线性度。这种传感器不但成本低廉，而且在经过一定的处理后可以达到很高的测量精度。

罗氏线圈的工作原理如图2所示。

由于Rogowski线圈具有优良的线性度，测量范围很宽，所以采用一个线圈即可以实现电流互感器的测量和保护两种功能。

2.3 信号采集及合并处理

信号采集单元转换罗氏线圈感应的电压信号，经过信号滤波和积分后形成可以计量的信号，通过光纤将数据发到信号合并单元，由信号合并单元统一将信号合并后，采用数字变电站的通信协议IEC61850将数据发给监测服务器。

监测服务器获得GPS校时及断路器变位信息，结合一次系统接线图，进行断路器开断电流的计算，根据真空断路器电寿命的数学模型公式立即计算出断路器的剩余历史寿命。

3 项目创新点

（1）为了降低项目的成本，一个变电站内仅在主变高压侧或低压侧安装一组Rogowski线圈，并通过软件判断该段母线上变位开关的截断电流值。

（2）为了准确计算出真空断路器的剩余电寿命，将采集单元的信号按GPS时钟进行同步合并处理，按照IEC61850协议上传电流数值，接收GPS对时信号，保持与站内设备同步，接收综自断路器变位信号和电流数据，进行数学运算、存储，并计算出真空断路器的剩余寿命。

（3）系统可以记录开关截断电流的波形、剩余电寿命，并提供较强大的查询功能，将监测结果形成报表并通过网络发布给相关单位；系统给状态检修提供依据。

4 结论

综合上述研究，该套系统可以在线真实反映真空断路器实际的电寿命分断能力。按照上述理论，若每个环节配合正常，则可以实现对真空断路器的状态监测和状态检修，为变电站的安全稳定、经济高效运行带来良好效益，同时也为下一步探索智能电网规划和建设中变电站设备的状态监测提供一条新的途径。

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