断路器状态监测及故障诊断系统的设计

牟磊+杨永山+彭博

摘 要 本文通过罗氏线圈电流互感器，采集智能断路器短路故障状态下的开断电流，然后使用加权累计算法，计算得出智能断路器的短路故障状态，通过实践应用验证，该方法能够很好的实现对智能断路器运行状态进行检测，同时也降低了资金投入，能够获得较高的经济效益。

【关键词】断路器 短路故障 状态 诊断 检修

罗氏线圈（Rogowski Coil）又叫电流测量线圈、微分电流传感器，它的主要结构是一个在非铁磁性材料上均匀缠绕的环状线圈。由于罗氏线圈电流互感器不含任何磁性材料并且结构简单，因此，可以通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实的还原输入电流的大小，相位误差极低，测量的范围也更加广泛。现阶段，电网智能化程度越来越高，对于电网的故障诊断检测和保护工作也越来越重要，智能断路器用于控制和保护低压配电网络及运行状态。智能断路器能够实现电子操作，有效地将机械储能转化成电容储能，变机械传动为变频器经电机直接驱动，机械系统的可靠性更高。基于罗氏线圈电流互感器的智能断路器故障状态检测系统，具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和以及没有相位误差的特点，因此，可以应用于继电保护、故障监测等更为广泛的场合。

1 智能断路器故障状态检测系统结构

智能断路器故障状态检测系统，采用基于罗氏线圈电流互感器，可以对变化范围较大的电流信号进行精确测量，测量结果能够保持较为理想的线性度。罗氏线圈电流互感器具有成本低廉，测量精度高等优势，因此，在对智能断路器短路故障状态检测过程中，能够取得显著效果。罗氏线圈工作原理，如图1所示。

如图1所示，由于罗氏线圈电流互感器具有优良的线性度，测量范围很广，因此，采用一个线圈就可以对智能断路器的电流故障进行检测等功能。

2 电流信号的采集与处理技术评价

智能断路器短路故障状态检测系统，需要将罗氏线圈电流互感器测量到的电压信号进行转换，经过信号滤波和积分转化成可供计算处理的数据信息，然后再通过通信系统，将这些数据信息传输到信号合并模块，该模块统一将数据信息合并处理，采用数字变电站的通信协议IEC61850一并将其发送至监测服务器，IEC61850提出了一种公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。监测服务器获得全球定位系统（Global Positioning System，GPS）校时及智能断路器变位信息，结合一次系统接线图，进行智能断路器开断电流的精确计算，根据智能断路器的数学模型公式立即计算出智能断路器的运行状态。

为了能够有效降低智能断路器故障状态檢测系统建设项目的投资成本，一个变电站内，仅在主变高压侧或者低压侧安装一组罗氏线圈电流互感器，并且通过相关的软件判断智能断路器母线上变位开关的截断电流值。

为了能够精确计算出智能断路器的运行状态，智能断路器故障状态检测系统将信号采集模块收集到的信号，按全球定位系统GPS时钟进行同步合并处理，然后按照IEC61850协议上传电流数值，IEC61850标准是电力系统自动化领域唯一的全球通用标准。它通过标准的实现，实现了智能变电站的工程运作标准化。使得智能变电站的工程实施变得规范、统一和透明。智能断路器故障状态检测系统接收全球定位系统传输的实时信号，确保与站内设备的数据信息保持一致，接收来自智能断路器变位信号以及各种电流数据信息，使用加权累计算法运算、存储，并且精确计算出断路器的运行状态。

智能断路器故障状态检测系统，可以记录智能断路器开关截断电流的波形以及运行状态，并且具有数据库功能，方便工作人员随时查阅智能断路器的历史数据信息，将监测结果形成报表并通过网络发送至相关单位；采用图形界面展示其监测结果，因此，智能断路器故障状态检测系统可以为状态检修人员提供准确可靠的数据信息。

3 结论

综上所述，通过智能断路器故障状态检测系统，可以在精确可靠的反映智能断路器实际的运行状态及运行能力。根据本文分析，智能断路器故障状态检测系统的每个环节相互配合，可以实现对智能断路器运行状态监测以及状态检修，为变电站提供更加安全、稳定、经济、高效的运行环境，同时也为国家电网智能化改造和升级提供一条新的路径。

参考文献

[1]杨凌霄.基于概率神经网络的高压断路器故障诊断[J].电力系统保护与控制，2015（10）.

[2]谢潇磊，刘亚东，刘宗等.高频差分绕线PCB罗氏线圈设计[J].仪器仪表学报，2015（04）.

[3]柯春俊，张国钢等.基于自积分Rogowski线圈的脉冲电流传感器的建模研究[J].电工电能新技术，2010（02）.

[4]Jian Bo Ding，Hu Li，Jiang Dong Cao.Research on Optimization Design of Low-Voltage Circuit Breaker Power System[J].Applied Mechanics and Materials，2014.

作者简介

牟磊（1980-），男，大学本科学历。青岛供电公司，工程师，从事电气工程及自动化方向研究。

作者单位

青岛供电公司 山东省青岛市 266002