CN101261192A - 24kV高压真空断路器机械特性在线监测方法及监测装置 - Google Patents

Abstract

24kV高压真空断路器机械特性在线监测方法，通过监测真空断路器动作时的分、合闸线圈电流特性曲线和动触头的行程特性曲线，得到真空断路器的机械特性参数，对应的监测装置包括DSP单片机、断路器线圈电流监测模块、断路器动触头行程监测模块和断路器主回路电流监测模块，还包括GPRS通信模块。同现有断路器机械特性在线监测方法和装置相比，本发明采用先进的传感技术、信号处理技术、无线通信技术、计算机技术等，实现对户外高压真空断路器的在线监测，通过监测数据实时显示真空断路器动作时的分、合闸线圈电流特性曲线和动触头的行程特性曲线，可计算出真空断路器的分、合闸时间、动作速度、动触头行程、开距等机械特性参数，方便对监测结果进行分析。

Description

24kV高压真空断路器机械特性在线监测方法及监测装置

技术领域

本发明涉及电力保护设备，具体涉及一种与24kV真空断路器相配合使用的24kV高压真空断路器机械特性在线监测方法及监测装置。

背景技术

随着社会经济和科学技术的高速发展，城乡电网对高质量、高可靠性的电能供应提出了越来越高的要求，逐步实现城乡电网的配电自动化、电气化、智能化，以提高整个配电系统的电能和供电可靠性，其社会效益和经济效益都是非常明显的。为此，我国目前正投以巨资对城乡电网进行建设与改造。而随着我国大中城市的用电负荷急剧增大，以及农村电网线路长、设备老、线损高的问题日益突出，原有的10kV供电已经难以满足供电要求，逐渐暴露出其供电距离过大、线损率高、电压质量难以合乎要求等弱点，而采用20kV电压等级供电具有增加供电能力、保证电压质量、降低电网电能损耗、节省电网的建设费用等一系列优势，所以采用20kV电压配电等级是发展的必然趋势，势在必行。我国目前正投以巨资对20kV电网进行建设，其中已经对江苏省部分地区进行了20kV配电线路的全面建设。24kV高压交流真空断路器作为一种高压开关设备，是20kV配电网的重要组成部分，其作用举足轻重。

但是，据国际权威机构对高压开关事故的统计分析均表明，高压断路器的大多数故障，即主要故障的70％和次要故障的86％，发生在断路器的机械机构，主要涉及操动机构、监视装置和辅助装置等，主要是由于机械特性不良造成的，例如拒分、拒合或误动作等。

真空断路器的电气性能是通过其机械特性来保证的，对真空断路器的运行状态实施在线测量，主要包括分、合闸操作机械特性的测量，能及时了解其工作情况，实现从预防维修到状态检修的转变，对提高其运行可靠性，保障电力系统安全十分重要。

传统的针对高压断路器机械特性在线监测的装置由可控硅直流电源测速器控制电路、门控电路及计时显示电路和同期灯等几部分组成，存在自动化程度低、测量误差大和功能不强等缺点，而且目前大多数产品只能对其中的一个或几个机械特性参量进行监测的问题，检测结果的适用性和部分项目的检测方法仍然很不理想。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有的高压真空断路器机械特性监测方法和监测装置存在自动化程度低、测量误差大和功能不强等缺点，而且大多只能对断路器的一个或几个机械特性参量进行监测，监测结果的适用性和监测方法仍然很不理想。

本发明的技术方案是：24kV高压真空断路器机械特性在线监测方法，通过监测真空断路器动作时的分、合闸线圈电流特性曲线和动触头的行程特性曲线，计算出真空断路器的分、合闸时间、动作速度，动触头行程、开距等机械特性参数：

首先确定分、合闸时间：分、合闸操作起始的依据是分、合闸线圈中有电流通过，启动电流的定值，即门坎值设为1mA，从启动时刻开始计时，到动触头移动到换位点的时间，即是分、合闸时间，合闸的换位点取主回路三相电流都出现的时刻，分闸的换位点是根据已测的合闸超行程，结合分闸时动触头的行程曲线确定的；

其次是动触头行程、超行程以及开距等参量：从动触头合闸前的稳态位置到合闸后的稳态位置之间的位移量之差，为动触头合闸行程，从分闸前的稳态位置到分闸后的稳态位置之间的位移量之差，为动触头分闸行程，超行程随着开断次数增多而减小，合闸超行程为三相动触头全接触开始到合闸后稳态位置为止的动触头位移量之差；

动作速度的确定：在确定分、合闸操作起始的同时确定动触头刚合、刚分位置点，结合动触头的行程-时间特性曲线，得到分、合闸平均速度和刚合、刚分速度，动触头的速度-时间曲线可以由行程-时间曲线计算得到，从而可以得出最大速度，任一点的瞬时速度可以通过该点在分、合闸操作中发生的时刻，由速度-时间曲线确定。

断路器的位置信号通过其辅助触点引出，通过采集辅助触点的信息得到断路器位置状态信号。通过远程通信方式将监测的真空断路器分、合闸线圈电流信号和动触头的行程信号传送到上位机，再进行真空断路器机械特性的计算分析。

对应于上述监测方法的24kV高压真空断路器机械特性监测装置，包括DSP单片机、断路器线圈电流监测模块、断路器动触头行程监测模块和断路器主回路电流监测模块，断路器线圈电流监测模块、断路器动触头行程监测模块和断路器主回路电流监测模块的输出连接DSP单片机。

断路器线圈电流监测模块包括磁平衡式霍尔电流传感器，其对瞬时信号反应十分灵敏，真空断路器的分、合闸线圈引线穿过磁平衡式霍尔电流传感器测量孔径，由此取得分、合闸电流信号记录；断路器动触头行程监测模块包括光栅式位移传感器，光栅式位移传感器设在真空断路器的动触头旁，将动触头的机械位移转换成同步变化的电压信号输出；断路器主回路电流监测模块包括CT传感器和霍尔传感器，断路器主回路相电流信号输入CT传感器，主回路交流信号输入霍尔传感器。

监测装置还包括GPRS通信模块，GPRS通信模块连接DSP单片机，实现真空断路器监测装置与上位机之间数据的直接交换。数据在GPRS通信模块经过编码、调制后，通过GPRS网络以数据包的形式将数据传输到上位机，如用户端的服务器，用户通过访问服务器所分配的IP地址和端口号来获取远端真空断路器的监测信息。DSP单片机还连接开关量输入模块、开关量输出模块、数码显示和键盘电路，开关量输入模块连接断路器的辅助触点，实时监测真空断路器的分合状态，开关量输出模块连接断路器的分、合闸继电器，根据DSP单片机传输的指令控制真空断路器的分、合闸，数码显示和键盘电路便于用户现场观测真空断路器的监测数据及输入控制指令。

同现有断路器机械特性在线监测方法和装置相比，本发明针对24kV高压输电线路，采用先进的传感技术、信号处理技术、无线通信技术、计算机技术等，实现对户外高压真空断路器的分、合闸时间、合闸弹跳时间，分、合闸平均速度，触头行程、开距、超行程等机械特性参数的在线监测。针对待测信号的特点，采用磁平衡式霍尔电流传感器对真空断路器操动机构动作时的分、合闸线圈电流信号进行测量，选用光栅式位移传感器对动触头的行程信号进行测量，以便方便、迅速、准确、可靠地完成检测任务；监测装置与远方监测中心的上位机的数据传输采用GPRS无线通信方式，依靠移动通信现有通信网络，将现场采集的信号和处理后的数据及时传输到远方的监控中心上，通过监测数据而得到的机械特性曲线，实时显示真空断路器动作时的分、合闸线圈电流特性曲线和动触头的行程特性曲线，可计算出真空断路器的分、合闸时间、动作速度、动触头行程、开距等机械特性参数，方便对监测结果进行分析。

附图说明

图1为本发明真空断路器机械特性在线监测装置的结构原理框图。

图2为本发明霍尔电流传感器接线图。

图3为本发明合闸线圈电流信号调理电路。

图4为本发明光栅式位移传感器的正交编码脉冲信号。

图5为本发明光栅式位移传感器的输出接口YC-18-7。

图6为本发明光栅式位移传感器与DSP单片机间的电平转换电路图。

图7为本发明光栅式位移传感器安装示意图。

图8为本发明的主回路电流输入调理电路。

图9为本发明开关量输入模块的电路图。

图10为本发明开关量输出模块的电路图。

图11为本发明数码显示及键盘电路图。

图12为本发明电源原理图。

图13为本发明GPRS模块与DSP单片机的通信连接图。

图14为本发明运行的流程图。

图15为本发明合闸动作记录流程图。

图16为本发明分闸动作记录流程图。

图17为本发明GPRS通信模块的通信流程图。

具体实施方式

本发明通过监测真空断路器动作时的分、合闸线圈电流特性曲线和动触头的行程特性曲线，计算出真空断路器的分、合闸时间、动作速度，动触头行程、开距等机械特性参数，确定真空断路器各动作时刻在分、合闸操作时间序列中的位置，以便确定时间参量，由此配合各序列点位移量确定位移参量，再由位移量与时间量计算出速度参量。

首先确定分、合闸时间：分、合闸操作起始瞬间的选择直接影响着真空断路器机械参量的数值，本发明分、合闸操作起始的依据是分、合闸线圈中有电流通过，启动电流的定值，即门坎值的大小影响着测量精度，也影响着测量系统稳定度，本发明门坎值设为1mA，稳定度达到98％以上，从启动时刻开始计时，到动触头移动到换位点的时间，即是分、合闸时间，合闸的换位点取主回路三相电流都出现的时刻，分闸的换位点是根据已测的合闸超行程，结合分闸时动触头的行程曲线确定的；

其次是动触头行程、超行程以及开距等参量：从动触头合闸前的稳态位置到合闸后的稳态位置之间的位移量之差，为动触头合闸行程，从分闸前的稳态位置到分闸后的稳态位置之间的位移量之差，为动触头分闸行程，超行程随着开断次数增多而减小，合闸超行程为三相动触头全接触开始到合闸后稳态位置为止的动触头位移量之差；

动作速度的确定：在确定分、合闸操作起始的同时确定动触头刚合、刚分位置点，结合监测得到的动触头的行程-时间特性曲线，得到分、合闸平均速度和刚合、刚分速度，动触头的速度-时间曲线可以由行程-时间曲线计算得到，从而可以得出最大速度，任一点的瞬时速度可以通过该点在分、合闸操作中发生的时刻，由速度-时间曲线确定。

断路器的位置信号通过其辅助触点引出，通过采集辅助触点的信息得到断路器位置状态信号。通过远程通信方式将监测的真空断路器分、合闸线圈电流信号和动触头的行程信号传送到上位机，再进行真空断路器机械特性的计算分析。

下面具体介绍本发明的监测装置。

高压真空断路器机械特性在线监测装置的结构原理图如图1所示，以DSP单片机TMS320LF2407A为核心，扩展了外围硬件接口电路。装置采用对瞬时信号反应灵敏的磁平衡式霍尔电流传感器来检测真空断路器机械操动机构中分、合闸线圈电流的信号，采用光栅式位移传感器测量动触头的行程，将动触头的机械位移转换成同步变化的电压信号输出。线圈信号经滤波放大电路调理后，由单片机内部的逐次逼近型A/D转换器进行模数转换。单片机通过GPRS通信模块将数据传送至上位机，完成机械特性曲线的显示，结合主回路电流信号进行必要的计算，然后得出真空断路器的分、合闸时间，分、合闸平均速度、动触头行程、开距、超程等机械特性参数。

分、合闸线圈电流的在线监测是真空断路器状态监测的一项重要内容，也是机械特性在线监测的重要组成部分。本发明中，真空断路器操作启动时刻根据分、合闸线圈中电流的有无而定，对线圈电流信号的在线监测为真空断路器分、合闸时间起始的精确计算提供必要的前提条件。针对弹簧操动机构真空断路器及检测信号的瞬时性，本发明监测装置选用了对信号反应非常迅速的磁平衡式霍尔电流传感器，可以测量任意波形的电流，其输出端能真实地反映输入端电流的波形参数。将真空断路器分、合闸线圈引线穿过霍尔电流传感器测量孔径，可以很方便地取得电流信号记录，并克服以往电磁式互感器的非理想性缺点，又解决了直流电参量测量时的隔离问题。

本发明选用磁平衡式霍尔电流传感器DT5-P，输入/输出电流比为500∶1，响应时间小于1μs，测量孔径为Φ10，频率响应范围宽。如图2所示，真空断路器合闸线圈的直流模拟信号I1(约为0～3A)经过的霍尔电流传感器DT5-P，变换成0～6mA电流信号12，I2经过匹配电阻负载R(为800Ω)，转换成DSP单片机能接受的0～5V电压信号U0，并由滤波放大电路调理，以合闸线圈电流的调理为例，图3中R31和D31一起构成限压保护环节，防止输入范围过大而烧坏单片机；其中R31是限流电阻，防止磁平衡式霍尔传感器输出端的电流过大而毁坏监测装置的电源单元，C31、C32、R32、R33和单电源CMOS低功耗运算放大器MCP601一起构成二阶有源低通滤波电路，滤波电路的截止频率 $f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{R_{32}{R}_{33}{C}_{31}}{C}_{32}}=1011\mathrm{Hz}.$ 运算放大器MCP601具有偏置电流低、运行速度快、开环增益高以及满幅输出等特点。滤波后的信号经单片机的模拟输入通道ADCIN01，由单片机内部的逐次逼近型A/D转换器进行模数转换，然后进行处理。分闸线圈电流信号的调理与合闸线圈电流的调理电路基本一致，不同的是滤波后进入单片机的另外一个模拟输入通道。监测装置对分、合闸线圈带电瞬间时的线圈电流进行高速数据采集，经过单片机与上位机之间的串行数据通讯，由上位机描绘出分、合闸线圈电流曲线。

真空断路器分、合闸时的行程是表征断路器机械特性的重要参数，也是计算断路器分、合闸速度的依据。断路器动触头速度的测量，主要是通过测量动触头的行程-时间关系，然后结合动触头刚合、刚分位置点计算得到动触头的速度等参数。因此，对动触头行程的监测，是真空断路器机械特性在线监测的一项重要内容。真空断路器的分、合闸过程中，主要检测的参数是动触头运动的行程，结合各时序计算出断路器的机械特性参数。

光栅式位移传感器主要应用于直线移动导轨机构，可实现移动量的精确测量。光栅式位移传感器的工作原理是：当一对光栅中的主光栅(即标尺光栅)和副光栅(即指示光栅)进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间(或明暗相间)的莫尔条纹，经过光电器件转换，使黑白(或明暗)相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90度的+5V方波正交编码脉冲信号A、B，同时输出一路零点位置信号Z，用来显示指示光栅运动状况，其输出如图4所示，光栅式位移传感器的输出为数字信号，易于与DSP进行接口。

本发明选用SGC-6T-200-50型光栅式位移传感器，图5所示为该传感器的输出接口。该型光栅传感器输出信号为TTL电平，有效量程200mm，每50mm一个零位参考点。传感器测速范围为0～4.8m/s，分辨率0.005mm(光栅间距)，输出信号接线采用YC-18-7七芯与外围接口电路连接。YC-18-7七芯信号接线插头，输出七个引脚，图中插头1是传感器接地线，插头2为空，插头3为A相输出正交编码脉冲，插头4为B相输出正交编码脉冲，插头5为光栅传感器5V电源输入线，插头6为零点位置信号线，插头7为屏蔽线。

TMS320LF2407A DSP的片内外设接收3.3V的电压信号，但光栅式位移传感器输出的是5V的TTL电平信号。由于监测装置对转换的速度/频率要求较高，同时又要求转换功耗也不能太大，考虑了灵敏度的要求，采用总线收发器SN74LVCH245A作为电平转换器件，实现5V输入信号到DSP可以接收的3.3V电平的转换。SN74LVCH245A能够在保持信号完整性及速度不变的情况下，在接口电压完全不同的两个设备之间进行通信。如图6，为SN74LVCH245A与DSP单片机的连接电路图，SN74LVCH245A8位正逻辑总线收发器，使用的电源Vcc为3.3V，可以同时提供8路转换，既可以提供从A端到B端的转换(5V到3.3V的转换)，也可以提供从B端到A端的转换(3.3V到5V的转换)，转换方向由OE引脚和DIR引脚电平控制，当OE为低电平，DIR为高电平时实现从A端到B端的转换，当OE为低电平，DIR也为低电平时，实现从B端到A端的转换。将光栅式位移传感器输出的5V的正交编码脉冲转换为3.3V的正交编码脉冲信号，最终正交编码脉冲信号连接到单片机TMS320LF2407A的正交编码脉冲电路的输入引脚QEP1和QEP2，对正交编码脉冲信号进行译码和计数，实现对高压断路器触头的位移、速度和加速度等参数的计算和存储，并经通讯传给上位机。

本发明监测装置采用光栅式位移传感器来测量动触头的行程，安装示意图如图7所示，将铜板8用螺丝9固定在与真空断路器动触头一体的绝缘拉杆10上，将光栅位移传感器的测头11固定在铜板8上，传感器壳体12固定在支撑断路器的铁架13上。断路器分、合操作时，绝缘拉杆10的运动带动光栅式位移传感器的移动测杆14运动，由位移传感器将动触头的机械位移转换成同步变化的直流电压信号输出，实现了动触头的相对位移量的测量。

监测装置采用的A/D转换器是DSP单片机内部的ADC模块，是单极性的，所以在转换交流信号时，需要将输入的电流互感器交流电流信号转换适合单片机处理的电压信号。CT传感器将主回路相电流信号变换为幅值为5A的双极性信号，霍尔电流传感器将交流电流信号转变为-10～+10mA的弱电信号，如图8所示，经电位器调节使输出幅值为2V的一般的双极性交流信号，信号经滤波放大电路(滤去高频成分)及提升电压(理想集成运算放大器在线性放大区，根据“虚短虚断”原理，可以得知运放正极输入端的电位应为1V)，变成了适合单片机处理的正弦单极性信号0～4V，集成运算放大器的放大倍数 $\mathrm{\α}=-\frac{R_{51}}{R_{49}}=-1,$ 其中二极管构成限压保护环节，防止传感器输出电流过大而损坏单片机系统，三相主回路电流的模拟输入通道分别为ADCIN03、ADCIN04、ADIN05。图8给出了模拟通道ADCIN03的前置电路连接图，模拟通道ADCIN04和ADCIN05的前置电路连接图与模拟通道ADCIN03的相同。

检测真空断路器的实际运行位置状态，是真空断路器机械特性在线监测的基本功能之一。本发明将检测单元放置于真空断路器的附属部件内，间接地检测断路器的位置状态，具体为断路器的位置信号通过其辅助触点引出，辅助触点在真空配电装置的操动机构中与断路器的传动轴连动的，辅助触点位置与断路器位置一一对应。这样，只须将辅助触点的信息采集进来就完成了断路器位置状态信号的采集，信号采集电路如图9所示。

图9中，将真空断路器的常闭辅助触点串接在输入电路中，T型RC网络构成低通滤波器，用来滤掉回路中的高频干扰。电阻还有限流的作用，使进入发光二极管的电流限制在毫安级，两个二极管起保护光耦的作用。光电耦合器可以实现现场开关量与DSP单片机总线之间的完全隔离，因为在光电耦合器里，信息传送介质为光，但输入和输出都是电信号，由于信息的传送和转换的过程都是在不透光的密封环境下进行的，既不会受电磁干扰信号的干扰，也不会受外界光的影响，因此光电耦合器可实现DSP单片机与现场的光电隔离，去掉它们之间公共地的电气联系。加上光电耦合器输入和输出之间分布电容极少，一般为0.5～1pF，而绝缘电阻又非常大，通常在10¹¹～10¹³Ω之间，所以隔离效果比较好，现场侧的电磁干扰很难到达DSP单片机的总线上。

图9电路的工作原理如下：设真空断路器处于分闸状态，其常闭辅助触点闭合，+12V经过RC网络后输入到光耦，光耦中发光二极管发光，光敏三极管导通，输出端输出低电平“0”；若真空断路器处于合闸状态，其常闭辅助触点断开，发光二极管无电不发光，光敏三极管截止，输出端输出高电平“1”，从而完成了真空断路器位置信号的采集。

开关量的输出就是发出命令去控制真空断路器，使真空断路器能进行分、合闸操作。由于控制命令直接影响断路器的运行，所以控制电路必须有很高的可靠性和实时性。本发明开关量输出电路原理图如图10，图中光电耦合的作用与开关量输入电路中是相同的，都是起到CPU与现场的电气隔离作用，防止电磁干扰的作用。图10电路的工作原理如下：正常状态下，IOPC3与IOPC4输出都为0，与门输出为0，光电耦合不导通，继电器线圈不带电，当监控主机发合闸命令时，IOPC3与IOPC4同时输出高电平，光电耦合导通，合闸继电器的线圈带电，继电器常开节点闭合，高压真空配电装置的电动机旋转，机构进行合闸运动。同理，当发出分闸命令时，IOPC3与IOPC4同时输出高电平，光电耦合导通，分闸继电器的线圈带电，常开触点闭合，机构进行分闸运动。

可以看出，继电器在开关量输出电路中起着决定性的作用。常用的触点式继电器为机械结构，寿命较短。本发明选用了直流固态继电器(DC-SSR)，型号是1781-1MXS(IAC24)，输入电压为3～32V，输入电流小于15mA，输出工作电压180V-280VDC，工作电流1～20A。直流型固态继电器的输入和输出电压均为直流，是一种由固态电子元器件组成的新型无触点电子开关器件，采用分立元件、集成器件及微电子技术，实现了控制回路(输入)与负载回路(输出)之间的电气隔离及信号耦合。能用小信号控制大功率直流负载，通断没有可动接触部件，具有工作可靠、开关速度快、无噪音、寿命长、体积小、无火花、防爆抗振等特点。

本发明监测装置设置的数码显示及键盘电路主要是为了对DSP单片机内各种参数的设置进行修改，以方便用户根据需要对系统进行控制。在图11中，通过设置，S5键用于启动或关闭模拟输入通道；S6键用于控制合闸操作；S7键用于控制分闸操作；S8用于设置数据是否传送至计算机；S9键和S10用于显示设置。本发明中用到了7位数码管，位驱动由8155的PB口经MC1413芯片驱动，段驱动由8155的PA口经2片7407驱动芯片来完成，数码管采用了共阴极型号的LED，PB口提供位选码，PA口提供段选码。键盘为2×3矩阵键盘，其列输出由8155的PB口提供，行输入由8155的PC0和PC1口提供。显示功能的实现是通过软件译码动态扫描显示工作方式，键盘采用逐列扫描查询工作方式。

高压真空断路器机械特性在线监测装置的电源如图12所示，装置所用直流电由三端集成稳压器7812、7912、7805和7905组成的串联型直流稳压电源提供。采用交流220V供电时，经220V/16V的小变压器降为一个整流桥能够接受的交流电压，经过整流桥整流，变为一个直流脉动信号，再采用了大容量的电解电容等进行滤波，以减小输出电压纹波。但由于电解电容器在高频下工作存在电感特性，对于来自电源侧的高频干扰不能抑制，因此在整流电路后加入高频电容，可以进一步改善纹波。电容可以改善负载端的瞬态响应，抑制瞬态噪声干扰。这些电容应选用频率特性好的陶瓷电容。通过电容滤波可以提高稳压器的稳定性和改变瞬态响应。在稳压块上要增加散热器，以防止烧坏稳压块。这样就可以得到监测部分的电源，分别提供±12V，±3.3V，其中二极管起保护作用。

本发明高压真空断路器机械特性在线监测装置要实现实时在线监测的功能，最重要的是实时采集现场信号，并进行相关的数据传输及处理，将采集的数据按照一定的数据传输方式传输到上位机(监测主站)，然后由上位机系统完成数据的分析处理。因此，数据通讯部分在整个系统中占有重要的地位，关系到数据能否准确无误地传输，为实现机械特性波形图实时显示及特性参数的计算提供前提条件。

24kV的真空断路器目前主要用于城网改造，考虑到断路器的安装地点比较分散，而且有些安装地点离监测主站比较远，采用传统的RS485通讯方式，不仅需要耗费大量的人力、物力，而且由于受其自身传输距离有限的缺点，往往还需配备额外数据集中器等设备，这又无形中增大了建网费用。随着无线通信技术的快速发展，移动公司目前建成的基于2.5代移动通信GPRS网络能够提供端到端的无线分组交换数据业务，性能完全能满足配电自动化通信的要求，是一种方便、可行、廉价的通信手段，可以采用。最重要的是GSM和GPRS网络是由移动运营商投资系统，可以节省数以千亿计的导线材料及人工费用，达到环保、节能、资源最大共享的目的，而且免除了网络的日常修改和维护工作，最大限度地节省了投资。

本发明监测装置采用中兴公司的GPRS模块ME3000，通过它的UART口直接与DSP单片机的UART口相连接，如图13所示，实现数据的直接交换。数据在GPRS模块经过编码、调制后，数据通过GPRS网络以数据包的形式将数据传输到用户端的服务器上，用户通过访问服务器所分配的IP地址和端口号来获取远端的信息。

整个GPRS通信的主函数流程图见图17。首先程序通过函数入口，将一些特定参数(如远端服务器的IP地址和端口号等)存入相应的变量缓存区内，接着打开GPRS模块串口，以TCP的通信方式建立SOCKET连接，在PPP协议层建立连接后，通过绑定服务器地址来监听它所对应的端口，随后程序进入循环等待状态，判断GPRS网络是否有连接请求，有的话接受连接请求，进入系统循环中，ToDevBuf是要向串口发送和从网络读取的数据缓冲区。如果缓冲区满，那么模块以TCP方式向网络发送信息；如果缓冲区的内容不满，那么就以TCP方式从网络接收信息。ToNetBuf是要向网络发送和从串口读取数据的缓冲区，当它的缓冲区内容不为空时，它就会以TCP方式向网络发送信息。

本发明监测方法通过监测装置按一定流程工作来实现，主要工作流程见以下说明。

打开高压真空断路器机械特性在线监测装置电源，运行前进行相关参数设置，参数设置完毕，监测装置立即开始工作，即初始化和主循环两部分。初始化的任务有：(1)装置设定：包括装置的端口定义、工作方式和模块方式选择、主时钟选择和设置；(2)模块级设定：各个功能模块的工作方式选择、中断允许、时钟选择等等。主循环即对真空断路器实时监测，包括：监视有没有需要服务的任务，包括合闸命令、分闸命令、通信、键盘等，工作流程如图14所示。

监测装置工作流程中的合闸动作记录包括：记录合闸操作线圈开始有电流时刻、动触头开始运动时刻、首相刚合时刻、三相全合时刻，由于无法确定确切的合闸过程结束时刻，所以采样直到最大可能的合闸稳定时间200ms。每个时刻记录下该点的位置和时间，求出机械特性参数，并在数码管进行显示。合闸动作记录流程图如图15所示。

监测装置工作流程中的分闸动作记录包括：记录分闸操作线圈开始有电流时刻、动触头开始运动时刻，由于无法确定确切的分闸过程结束时刻，所以采样直到最大可能的分闸稳定时间200ms。每个时刻记录下该点的位置和时间，求出机械特性参数，并在数码管进行显示。分闸动作记录流程图如图16所示。

真空断路器机械特性在线监测的数据处理可在上位机进行，为了方便人机交流、简化用户操作，首先对监测装置传来的数据进行接收，然后对接收的数据进行标度变换，转换为实测值，为了使曲线平滑输出，进行非线性校正，最后实现特性曲线的显示、特性参数的计算等。

Claims (8)

1、24kV高压真空断路器机械特性在线监测方法，其特征是通过监测真空断路器动作时的分、合闸线圈电流特性曲线和动触头的行程特性曲线，计算出真空断路器的分、合闸时间、动作速度，动触头行程、开距等机械特性参数，

首先确定分、合闸时间：分、合闸操作起始的依据是分、合闸线圈中有电流通过，启动电流的定值，即门坎值设为1mA，从启动时刻开始计时，到动触头移动到换位点的时间，即是分、合闸时间，合闸的换位点取主回路三相电流都出现的时刻，分闸的换位点是根据已测的合闸超行程，结合分闸时动触头的行程曲线确定的；

其次是动触头行程、超行程以及开距等参量：从动触头合闸前的稳态位置到合闸后的稳态位置之间的位移量之差，为动触头合闸行程，从分闸前的稳态位置到分闸后的稳态位置之间的位移量之差，为动触头分闸行程，超行程随着开断次数增多而减小，合闸超行程为三相动触头全接触开始到合闸后稳态位置为止的动触头位移量之差；

动作速度的确定：在确定分、合闸操作起始的同时确定动触头刚合、刚分位置点，结合监测所得的动触头的行程-时间特性曲线，得到分、合闸平均速度和刚合、刚分速度，动触头的速度-时间曲线可以由行程-时间曲线计算得到，从而可以得出最大速度，任一点的瞬时速度可以通过该点在分、合闸操作中发生的时刻，由速度-时间曲线确定。

2、根据权利要求1所述的24kV高压真空断路器机械特性在线监测方法，其特征是断路器的位置信号通过其辅助触点引出，通过采集辅助触点的信息得到断路器位置状态信号。

3、根据权利要求1或2所述的24kV高压真空断路器机械特性在线监测方法，其特征是通过远程无线通信方式将监测的真空断路器分、合闸线圈电流信号和动触头的行程信号传送到上位机，再进行真空断路器机械特性的计算分析。

4、权利要求1所述的24kV高压真空断路器机械特性在线监测方法的监测装置，其特征是包括DSP单片机、断路器线圈电流监测模块、断路器动触头行程监测模块和断路器主回路电流监测模块，断路器线圈电流监测模块、断路器动触头行程监测模块和断路器主回路电流监测模块的输出连接DSP单片机。

5、根据权利要求4所述的24kV高压真空断路器机械特性在线监测装置，其特征是断路器线圈电流监测模块包括磁平衡式霍尔电流传感器，真空断路器的分、合闸线圈引线穿过磁平衡式霍尔电流传感器测量孔径；断路器动触头行程监测模块包括光栅式位移传感器，光栅式位移传感器设在真空断路器的动触头旁；断路器主回路电流监测模块包括CT传感器和霍尔传感器，断路器主回路相电流信号输入CT传感器，主回路交流信号输入霍尔传感器。

6、根据权利要求4或5所述的24kV高压真空断路器机械特性在线监测装置，其特征是还包括GPRS通信模块，GPRS通信模块连接DSP单片机。

7、根据权利要求4或5所述的24kV高压真空断路器机械特性在线监测装置，其特征是DSP单片机还连接开关量输入模块、开关量输出模块、数码显示及键盘电路，开关量输入模块连接断路器的辅助触点，开关量输出模块连接断路器的分、合闸继电器。

8、根据权利要求6所述的24kV高压真空断路器机械特性在线监测装置，其特征是DSP单片机还连接开关量输入模块、开关量输出模块、数码显示及键盘电路，开关量输入模块连接断路器的辅助触点，开关量输出模块连接断路器的分、合闸继电器。

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