CN103018664A

CN103018664A - 高压断路器开断和关合时间在线监测装置

Info

Publication number: CN103018664A
Application number: CN2012104990548A
Authority: CN
Inventors: 张秉俊; 牛立群; 张胜; 张治新; 李大卫
Original assignee: Fuyang Power Supply Co of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Current assignee: Fuyang Power Supply Co of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-04-03

Abstract

一种高压断路器开断与关合时间的在线监测装置，由监测装置、主控板、通信前置机和上位机构成，其特征是：监测装置分两部分，在监测装置I上设有主控板、高速数据处理单元、DSP2812、逻辑信号处理单元CPLD，主控板输出接口分别与主机电脑、波形输出、网络通讯接口、看门狗相连接，监测装置的电流测量、行程测量端口分别与断路器相连接，监测装置II的电流测量、行程测量端口分别与断路器II相连接，监测装置I、II通过CAN总一与通信前置机和上位机相连接。本发明采用光电电流传感器实时测量各种电流信号，在IEC61850规约下通过光纤通信传输给数字处理单元模块，采用国际通用面向对象语言C++编写，在线测量断路器的开断与关合时间，进行断路器故障诊断。

Description

高压断路器开断和关合时间在线监测装置

技术领域：

本发明涉及变电站高压断路器的在线监测装置，特别是在国际电工委员会IEC61850通信规约下高压断路器的开断、关合时间和故障诊断的在线监测装置。

背景技术：

在变电站设备中，高压断路器数量最多、检修工作量巨大，当前高压断路器实行状态检修模式，已基本上完全取代了传统的计划检修模式。为提高检修的针对性，需要实时掌握断路器自身的性能优劣，及时发现运行中高压断路器的缺陷，近年来，在IEC61850通信规约下，在线监测技术对高压断路器机械特性和电气特性的监测要求越来越高。特别是高压断路器的开断和关合时间模块，它不仅可以获取高压断路器分合闸电磁铁动作性能、操动机构以及传动系统的状态信息，而且能够便于分析判高压断路器重要特性参数的变化趋势，使之能够准确评价设备的健康状况，为状态检修策略提供编制依据。因此测量高压断路器关合与开断时间，十分必要。

根据中华人民共和国电力行业标准《交流高压断路器参数选用导则》DL/T615-1997定义：对断路器来说，凡是不带电情况下的操作叫作分闸与合闸，凡是带电情况下的操作叫开断与关合。它们之间的差异在于不带电时没有燃弧时间和预击穿时间，并应注意在三相情况下灭弧瞬间和预击穿瞬间在三相中是不同的，对于断路器触头开断与关合时间的监测，目前已有的技术有：

1、采用外部的电流互感器，取断路器主回路最后一相电流有无的时刻作为断路器触头分合完毕的时刻。这种方法存在的缺陷为：(1)必须要有负荷电流的存在，一旦操作过程没有负荷，就不能监测到电流的存在，导致无法定位；(2)判断电流存在的门槛值的大小影响着断路器分合完毕时刻的精度。

2、加设振动传感器，采用基于机械振动信号来判定断路器分合完毕时刻。

振动信号的采集一般使用加速度传感器，加速度传感器将触头振动信号转换成电荷信号，通过电荷放大器转换成电压信号，再通过共振解调器获得所需信号。但对断路器触头振动信号的分析是机械特性监测的难点，由于高压断路器操作震动和各种环境噪声、信号的弥散、反射和折射，使传感器获取的振动信号存在干扰成分，小信号更难辨识。当干扰信号的瞬时幅值和频率达到与振动信号可比拟时，采用传统的方法很难有效区分噪声和有用信号。缺点是需要多个加速传感器放在不同的位置。采用频域分析法、细化频谱分析方法等分析断路器操动机构振动信号缺点是反映的时间信号不够。

3.有文献提出监测预击穿时刻这个问题，是利用与高压断路器一起安装在开关柜上的高压带电显示装置来测量断路器触头分合闸时刻。当电力线路带电时，电容传感器通过电场耦合感应出电压，并通过带电显示器显示电压信号的有无。缺点是测量出断路器的预击穿时间和燃弧时间误差较大。

总之，目前推荐包括已经使用的断路器在线监测装置，存在着各自的缺点，尤其是对断路器开断主电路的燃弧时间和关合主电路的预击穿时间的监测不够，多数只能进行断路器不带电时的分合闸动作时间监测。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种快速、准确测量高压断路器开断与关合时间的在线监测装置，有效进行断路器开断与关合时间的在线监测。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种高压断路器开断与关合时间的在线监测装置，由监测装置、主控板、通信前置机和上位机构成，其特征是：监测装置分两部分，在监测装置I上设有主控板、高速数据处理单元、DSP2812、逻辑信号处理单元CPLD，主控板输出接口分别与主机电脑、波形输出、网络通讯接口、看门狗相连接，监测装置的电流测量、行程测量端口分别与断路器相连接，监测装置II的电流测量、行程测量端口分别与断路器II相连接，监测装置I、II通过CAN总一与通信前置机和上位机相连接。

本发明采用光电电流传感器实时测量各种电流信号，在IEC61850规约下通过光纤通信传输给数字处理单元模块；利用小波分析技术，提取回路电流波形中的各种信号波形，再利用快速傅利业变换FFT处理数据，进行断路器开断与关合操作过程中的各种电流波形的分析处理，高速数据处理单元DSP2812和逻辑信号处理单元CPLD为数字处理单元的硬件部分，采用国际通用面向对象语言C++编写，在线测量断路器的开断与关合时间，进行断路器故障诊断。

本发明的实施效果如下：

1、利用电流信号的遥信采样，得到断路器开断与导通时刻，包含并网高压断路器合闸过程中的预计穿时间和分闸过程中的燃弧时间，使断路器动态特性监测更加科学准确。

2、采用小波分析技术，进行主回路电流信号计时值设定，并根据信号录波进行人工监测分析诊断较正，解决对电流信号采样的计时起点问题，实现了并网运行断路器开断与关合时间点的时间测量确定。

3、在线监测高压断路器动作过程中的燃弧时间和预击穿时间，对高压断路器故障诊断和判定提供了依据。

附图说明：

附图是本发明的结构示意图。

在附图中，1是监测装置I，2是主控板，3是通信前置机，4是上位机，5是监测装置II，6是DSP2812，7是CPLD、8是电流测量A、9是电流测量B、10是电流测量C、11是是流测量D、12是断路器I，13是电流测量E、14是电流测量F，15是断路器II，16是CAN总线。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图所示，一种高压断路器开断与关合时间的在线监测装置，由监测装置、主控板2、通信前置机3和上位机4构成，其特征是：监测装置分两部分，在监测装置I上设有主控板2、高速数据处理单元、DSP2812、逻辑信号处理单元CPLD7，主控板2输出接口分别与主机电脑、波形输出、网络通讯接口、看门狗相连接，监测装置的电流测量、行程测量端口分别与断路器相连接，监测装置II的电流测量、行程测量端口分别与断路器II相连接，监测装置I、II通过CAN总一与通信前置机和上位机相连接。

其操作步骤如下：

(1)对断路器的分、合闸线圈进行电压信号的遥信采样，当断路器接到分、合闸操作指令时起，开始分别记录遥信信号从无到有的变位时刻，即为分闸时电压信号在分闸线圈中建立的时刻Tf、、合闸时电压信号在合闸线圈中建立的时刻Th，并将Tf、Th作为断路器分闸线圈、合闸线圈带电的起始时刻；

(2)利用光电传感器采集主回路各相电流波形，利用小波分析法记录主回路电流波形有无时刻。关合操作时，主回路电流波形三相从无到有时刻记为Ta1h、Tb1h、Tc1h，将Ta1h、Tb1h、Tc1h作为关合操作过程中各相主回路预击穿时间起始时刻；开断操作时主回路电流波形从有到无时刻记为Ta1f、Tb1f、Tc1f，将Ta1f、Tb1f、Tc1f作为开断操作过程中各相主回路燃弧时间结束时刻；将最后一相电流信号建立时刻作为电路导通时刻，将最后一相电流信号消失时刻作为电路断开时刻；

(3)位移传感器测定拐臂动作时间，根据断路器设备说明及装置现场情况设定拐臂正常动作时位移两端点，断路器处于合闸时，拐臂位置A点，断路器处于分闸时，拐臂位置B点。关合操作时，拐臂运动至A点时刻记为Tsah、Tsbh、Tsch，将Tsah、Tsbh、Tsch作为断路器三相触头闭合时刻；开断操作时，拐臂运动至B点时刻记为Tsaf、Tsbf、Tscf，将Tsaf、Tsbf、Tscf作为断路器三相触头断开时刻；

(4)计算断路器分闸回路带电起始时刻Tf与拐臂运动至B点时刻Tsaf、Tsbf、Tscf的时间差，即为断路器分闸时间T02；计算断路器开断起始时刻Tf与主回路电流信号消失时刻的时间差，即为断路器开断时间T0；计算断路器关合回路带电起始时刻Th与主回路电流导通时刻Ta1h、Tb1h、Tc1h的时间差，即为断路器关合时间T1；计算断路器关合回路带电起始时刻Th与拐臂运动至A点时刻Tsah、Tsbh、Tsch的时间差，即为断路器合闸时间T12。

(5)计算断路器开断时间与断路器分闸时间的时间差即为断路器燃弧时间T01；计算断路器合闸时间与断路器关合时间的时间差即为断路器预击穿时间T11；计算断路器开断过程中主回路三相电流信号消失时刻的时间差即为断路器开断不同期时间Ttq0；计算断路器关合过程中主回路三相电流信号导通时刻的时间差即为断路器关合不同期时间Ttq1。

DSP2812主控板软件是系统控制的核心，CPLD板的软件依赖于DSP2812主控板的数据。DSP2812主控板的程序可划分为监控程序、通讯程序、采样程序和计算程序四个主要的功能模块。监控程序是主循环，采用仿嵌入式实时多任务操作系统的任务调度机制，并对装置自检。采样程序完成对输入量高速采样、录波，生成时钟等任务。计算程序完成断路器操作时的各类在线监控指标的捕捉和计算。通讯程序按规约对通讯数据进行封装，并发送或接收数据。

Claims

1.一种高压断路器开断与关合时间的在线监测装置，由监测装置、主控板、通信前置机和上位机构成，其特征是：监测装置分两部分，在监测装置I上设有主控板、高速数据处理单元、DSP2812、逻辑信号处理单元CPLD，主控板输出接口分别与主机电脑、波形输出、网络通讯接口、看门狗相连接，监测装置的电流测量、行程测量端口分别与断路器相连接，监测装置II的电流测量、行程测量端口分别与断路器II相连接，监测装置I、II通过CAN总一与通信前置机和上位机相连接。