剖析智能化断路器机械特性在线监测关键技术设计及验证

刘伟

摘 要：文章以12 kV（VS1）真空断路器，针对智能化断路器机械特性在线监测关键技术进行了概述，并探析了智能化断路器机械特性在线监测技术设计方法及其验证，同时分析了刚合点、刚分点的获取方法，以供参考。

关键词：智能化断路器 机械特性 在线监测关键技术 验证

中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（a）-0030-02

断路器在电网系统中发挥着至关重要的作用，其运行水平直接影响整个电网系统运行的安全性和可靠性。机械特性参数是判断断路器运行状态的重要指标，通过对断路器的机械特性参数进行监测，能够判断断路器是否能够正常、稳定运行。传统的断路器机械特性监测采用离线监测技术，难以满足智能化断路器机械特性监测的实际要求。在线监测技术的应用，能够有效地解决离线监测技术的各种弊端，更加快速、直观地获得断路器的机械特性。因此，文章针对智能化断路器机械特性在线监测关键技术设计及验证的研究具有非常重要的现实意义。

1 智能化断路器机械特性在线监测技术关键技术概述

传统离线式机械特性监测，通常应用5 cm直线位移传感器对断路器的行程进行测量，对三相真空灭弧室的分、合信号进行采集，并以此为依据获得刚分点、刚合点的信号，这样能够为断路器机械特性各种参数的计算提供可靠的依据。离线监测技术和在线监测的区别在于传感器安装在断路器的内部，不会对断路器的结构、绝缘特性以及机械特性等产生不良影响，因此传感器的体积相对较小，并且能够快速、方便地获取离线测量的刚合点、刚分点。智能化断路器（12 kV（VS1）真空断路器）机械特性的在线监测需要施加12 kV高压，如何获取刚合点、刚分点也是一个难点。智能化断路器状态监测的参数主要包括以下几个方面：合闸数据，主要包括：合闸线圈电流、合闸速度、合闸实践以及全行程；分闸数据，主要包括分闸线圈电流、分闸速度、刚分速度、分闸实践以及开距等。

2 智能化断路器机械特性在线监测技术设计方法及其验证

（1）直线位移传感器在线监测技术设计方法及其验证。传统机械特性测试仪主要采用直线位移传感器在线监测技术，对断路器的机械特性参数进行检测。直线位移传感器通常设置在断路器动静触头运动方向上，这样能够对断路器的行程-时间特性参数进行直接的反映。因为受到12 kV（VS1）真空断路器开关空间的限制，应该选择体积相对较小的直线位移传感器，并将其安装在断路器中。12 kV（VS1）真空断路器的全行程通常介于13～15 mm之间，所以应该将直线位移传感器的形成控制在20 mm，这样既能够满足测量的要求，同时还能够减小传感器的体积。在进行合闸、分闸测试时，需要将采样周期控制在40 μs左右，选择5 000为采样点，经过计算，一个合闸、分闸过程的采样时间为200 ms（40×5 000），更好地满足12 kV（VS1）真空断路器运动特性的监测要求。

（2）角度位移传感器在线检测技术设计方法及其验证。因为不能对12 kV（VS1）真空断路器的原始结构进行改变，需要选择体积相对较小的位移传感器，以此保证位移传感器能够安装到断路器内部，角度位移传感器的体积相对较小，并且安装方式也能够符合断路器的要求，角度传感器外观如图1所示。通常状况，将角度位移传感器安装在12 kV（VS1）真空断路器的主轴上，对主轴的分闸、合闸位移-时间曲线进行测试，这样能够对动触头的直线-时间特性进行直接的监测。通过对12 kV（VS1）真空断路器的机械设计图进行分析，能够推导出断路器的主轴、绝缘拉杆和动触头存在直线运动关系。

角度位移传感器的设计计算公式包括为：

按照公式（1）～（9），能够对主轴旋转角度对应的形成进行计算，公式中i表示输入的角度，L3表示计算获得的形成，单位为mm，其他参数全部为中间变量。因为在对12 kV（VS1）真空断路器的机械特性参数进行采样时，对实时性的要求非常高，这就要求在实际算法之前按照上述公式进行计算，然后把直线和角度形成的对应关系录入程序储存器，动触头的直线位移量可以通过查表获得。通过实际监测，12 kV（VS1）真空断路器的机械特性和测试结果基本一致，并且测试参数的精度由断路器和角度位移传感器装配的一致性、机械加工部件的一致性以及采样点数等共同决定。

3 刚合点、刚分点信号的获取方法

合闸速度是ABC第一个相合上时刻所在位置与刚合之前运行形成的差值与该段形成时间的比值；分闸速度是ABC第一个相合分开后运动的距离和相应时间的比值。由此可见，刚合点与刚分点信号的获取，与断路器机械特性的监测存在密切的关联。刚合点、刚分点信号的获取方法分别表现如下。

（1）刚分点信号获取方法。采用自适应算法能够快速、准确地获得刚分点的信号，断路器合闸、分闸时长度位移轴上刚合点与刚分点处于相同位置，并且在实际分闸过程中，只需要对时间值与长度位移值进行采集，时间和位移信息采集完成后，由软件根据刚合点在长度位移轴上的位置确定分闸动作刚合点的位置，当确定了刚分点在位移-时间上的位置，就能够准确地找出刚分点。

（2）刚合点信号获取方法。刚合点信号通常采用同一台12 kV断路器上的传统离线测量与振动传感器测量获得，并且通过大量合闸动作，振动传感器测量刚合点信号和传统离线测量刚合点信号基本吻合，能够满足12 kV（VS1）真空断路器机械特性参数监测要求。

4 结语

综上所述，直线位移传感器在线监测技术、角度位移传感器在线检测技术能够很好地满足断路器机械特性参数在线监测的要求，同时刚合点、刚分点信号获取也是在线监测技术的难点，文章对此进行了分析和验证，希望能够为行业使用提供一定的参考。

参考文献

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