李英杰,翟瑞占,韩长伟

（山东省科学院激光研究所,山东 济宁 272000）

基于光电传感器的高压断路器电寿命在线监测系统

李英杰,翟瑞占,韩长伟

（山东省科学院激光研究所,山东 济宁 272000）

断路器的电寿命是衡量自身使用价值和使用期限的重要参数，而断路器电寿命在线监测系统能够为高压设备提供一些列的智能化检测服务，确保电力系统的安全可靠运行。本文提出一种基于光电传感器的高压断路器电寿命的在线监测系统，以光电传感器采集电流信号，以加权累计法计算电寿命，从而有效提升了系统的测量精准度，减少电力系统的检修次数，提高电力系统的安全性能。

光电传感器；高压断路器电寿命；在线监测系统

0 引言

随着我国社会经济的发展，电力系统也向高度智能化、集成化方向发展。然而电力系统中的高压断路器问题一直是影响电力系统安全可靠运行的关键，高压断路器数量越多，检修范围和次数就会相应增加，从而提升了设备检修的成本[1]。断路器的电寿命是衡量自身使用价值和使用期限的重要参数，通常以额定电流的开关次数来衡量其使用寿命。如果断路器的使用寿命超过额定值，将会导致灭弧室失效甚至爆炸，造成不可估量的设备损失和经济损失。因此对断路器的电寿命进行实时在线监测是迫切需要解决的。

1 基于光电传感器的高压断路器电寿命在线监测系统简介

该在线监测系统主要由Rogwski光电传感器、光缆、电力系统控制室内的光电转换系统、信号检测系统、断路器电寿命监测系统组成。这款在线监测系统主要以Rogwski光电传感器基础信号采集和处理工具，将每个电路中隐藏的故障电流（＞50KA）进行精确的测量和计算，然后将测量结果通过电力系统中的光缆传输到控制室内的光电转换系统和信号处理系统，最后将通过智能化的断路器电寿命监测软件将该路故障电流以及该路断路器电寿命计算出来，如图1所示。该在线监测系统能够对整个电力系统中的断路器进行实时在线的监督和测量，从而构成一个高度智能化、集成化的在线监督网络，全程全时监督电力系统的运行。

图1 高压断路器电寿命监测示意图

2 Rogwski光电传感器线圈的工作原理

电信号是指高压短路器在开端过程中形成的电流信号，倘若采用常规的电信号采集方法不能确保电流信号的精准性。而Rogwski光电传感器是一种环状空心的线圈，用于捕捉和测量电流信号效果显著，可以将其直接固定在断路器上。当断路器上有交流电流通过时，断路器周围会形成一个交替循环运动的磁场，这个交替运动的磁场会与Rogwski光电传感器线圈产生联系，并由Rogwski光电传感器线圈发出相应的交流电信号。Rogwski光电传感器的输出电压计算公式为：Vout=Mdi/dt。其中M值为Rogwski光电传感器线圈的互感效应值，而di/dt表示电流信号的变化率。通过这个公式可以得出，在现有的条件下，通过对一个断路器的电压信号进行计算，并利用专用积分器进行积分，可以计算出另一个断路器的交流电压信号，最终将整个断路器的交流电压信号形成有规律的组合，这样就能够精确地得出出被测量电流信号的波形规律。由Rogwski光电传感器线圈的工作原理，我们可以看出Rogwski光电传感器线圈具有高精准性、受干扰作用小、瞬间反应灵敏、性能度佳、可供测量的电流频率广、可供测量的电流量大的优势。

3 光电转换系统与信号检测系统

电力系统控制室内部的光电转换系统以及信号检测系统共同促成高压断路器电寿命监测系统。在电力高压系统结构中，除电流信号的采集任务，还要确保其余与断路器运行的相关的信号的同步采集，因此在电力系统的光电转换系统以及信号检测系统中的间隔层需要设置一个独立的合并控制器，为每个功能独立的光电互感器提供同步运行的采样脉冲，确保独立合并控制器与其余二次互感装置能够得到同步的数据[2]。本文所介绍的基于光电传感器的高压断路器电寿命检测系统可以成功将独立合并控制器省略，以集成化的设置将合并控制器所承担的功能放置于信号采集主板上，然后运用动态现行插值技术实现同步信号的采集。而每个Rogwski光电传感器线圈之间可以以独立固定周期的方式进行电流信号的采样，最终的测量采样结果会以报文形势经过光缆传输到中央控制室的光电转换系统和信号检测系统中，最后经过计算机智能化的报文解码程序将报文内容进行解码处理，最后经过中央控制器中的CPU对解码数据进行最后的处理，计算出电力系统中电网的电压频率，并根据自身设定的额定频率发出采样脉冲，当采样脉冲进入到解码电路设备单元后，会对相邻两个报文采样数据的传达时间进行插值法计算，得出采样脉冲时刻的最后信号数据。

4 断路器电寿命的计算方法

以往的断路器电寿命的计算方法通常是以断路器的开断准确测量值为前提基础，通过开断电流信号积累法来计算断路器电寿命。这种方法只需要记录断路器的开端电流的次数，不需要对开端过程中电流流量信号进行测算。然而在高压电路器的开断运行过程中，开断电流信号的变化非常发杂，涉及范围较大，还会产生直流分量，当电流式传感器出现电流饱和状态时，会导致二次电流输出信号的波形规律混乱，因而最后得出的电寿命结果有失精确性，可供参考价值不高。而基于光电转换器的高压断路器电寿命的在线监测系统是以加权积累法为电寿命计算方法，以电流信号为依据，累计平均值，并将断路器在开断电流过程中的磨损折旧损耗考虑在内，使最终的断路器电寿命的计算结果越来越精准，以此为电力系统检修提供科学、准确的参考依据。

5 结束语

断路器的电寿命关系到灭弧室的功能效率，一旦断路器的电寿命超出限定值将会带来难以估算的设备损失和经济损失，直接影响到整个电力系统的安全可靠运行。本文提出一种以光电传感器为采集电流信号的高压断路器电寿命的在线监测系统，能够通过监测经过高压断路器开关电流的大小来计算高压断路器的电寿命，并确保测量结果的高度精准性，从而为电力系统运行人员提供科学的剩余电寿命参考依据，并提供及时预警预测服务，提高电力系统的安全可靠性。

[1]陈金辉,韩媛媛,赵进忠.基于光电传感器的高压断路器电寿命在线监测系统[J].电测与仪表,2010（531）：66-69.

[2]王鹏,张军,余泳.一种新型断路器电寿命在线监测系统[J].电力系统自动化,2010（17）：109-115.

李英杰（1980—），男，河北唐山人，工程师。