张效源

（浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江 宁波 315000）

0 引 言

电力系统设备中，断路器是仅次于发电机和变压器的大型设备，起到运行控制作用[1]。随着科技的发展，人们对断路器的要求提高。目前的断路器存在监测系统功能单一、通用性差、缺乏数据积累及数据分析能力不够等劣势。传统的断路器只是一个执行开关功能的装置，不能及时提醒故障。以往断路器实验的电压远低于正常运行电压，所以以往实验从未达到监测目的，存在局限性。为保证电力设备安全运行，减少断路器故障[2]，提出了基于DSP的火电厂高压断路器故障监测系统设计。通过对断路器的硬件设计和软件设计，以实时监控断路器状态，减少故障损失。

1 高压断路器故障监测系统硬件设计

高压断路器故障监测系统应具有良好的监测性能和稳定性。此次设计的高压断路器故障监测系统的硬件配置包括数据采集端口、模拟信号隔离器、母版、电源板、计算机主机、上位机、扫描仪、串口、键盘、A/D转换接口及打印机[3]等，可完成各路信号的调理和运算。采用DSP处理器进行多监测量的监测，利用断路器开断电流计算电寿命，实现采集和快速运算的双重功能，同时保证信号处理的快速性和准确性。通过OPI监测装置对系统进行监测，监测流程如图1所示。

由图1可知，具体监测流程：硬件系统通电后，通过串口从传感器读取数据，采集相应的频率信号和数字量输入进行数据处理；把电压调至规定的范围进行数据输入，在硬件系统内进行频率转换和分析数据，最后把分析诊断的结果通过串口发送至上位机显示出来[4]。

图1 OPI监测装置监测过程

通过断路器的OPI监测装置实时对火电厂齿轮箱、相应部件转速及震动加速度进行监测。它能对断路器的信号进行变换，并发送到采集端口，作为断路器的故障诊断数据。对火电厂设备的所有检测量进行采集处理，能避免大数据下传输电缆量大、不可靠的缺点。对设备进行巡回检测，有利于及时诊断系统[5]。传感器输出的各种信号，不能直接进入A/D接口，需经过预处理。在变换器内输入回路对电容进行干扰，在进行回路输出时加低通滤波。

转换后，利用OPI监测装置将火电厂断路器工作状态在线可视化，利用上位机显示出监测的各装置的工作情况，使工作人员了解实时情况，以便发生故障时及时发出报警信号。OPI监测装置在预估数据的基础上，对采集的故障信号生成相应的网络图层，更改未出现故障时的结构配置，选取图层单元，使用数量化理论开展选择工作。当OPI监测装置工作后，使用人员能及时发现不正常信号。如果出现故障，监测装置通过上位机传递相应的信息，系统将发出的故障信息进行相关部件的在线诊断，并将诊断结论发送到监控的计算机上，从而达到实时监测的目的。

2 高压断路器故障监测系统软件设计

本系统软件由上位机软件控制查询，实现对断路器的监测，包括数据接收、数据查询、故障监测及数据处理，过程如图2所示。

图2 软件处理流程图

将管理板接收的数据存储到海量存储器，进行数据汇总处理，按照需要进行显示板与上层系统的数据传输。启动判断，在采样间隔内计算采样数据，判断故障是否启动，并查询主控板状态，没有数据传输时，不断地进行数据查询，监测到故障时，将故障数据进行故障重现和数据调试。通过建立关系数据库HBNDU进行数据编程，使用数据库建模，采集断路器和电机操动机构数据，实时传送，并及时记录故障。

数据预处理的计算公式为：

其中，∂代表查询目标，t代表故障观测值，n+1代表接收数据次数，本次计算不做定向研究。

数据处理后，诊断故障参数，公式为：

其中，H代表故障参数，Σc代表发生循环数值，v2代表原始值参数，本次计算不做定向研究。

通过软件计算，将火电厂的高压断路器故障进行推演计算。将发生的故障在计算机上进行反演，以计算来解决故障。为提高管理水平，建立电网历史数据库，包括动作日期和电机动作曲线等。对断路器故障信息进行查询、统计分析、打印及刻盘，以供查询。

3 实例分析

为确保设计系统的有效性，将本文系统与传统监测系统进行对比。对某火电厂高压断路器故障进行仿真实验，设置某处故障，运用本文系统和传统监测系统进行故障监控，监控结果如表1所示。

表1 对比结果

由表1可知，传统监测方法的故障发现时间慢，合闸时间长，会对其他程序造成一定伤害，且故障诊断完成度低。本文监测系统可看见电机的形成曲线，从形成曲线上能读取任意时间的数值，能及时发现故障，合闸速度快，弹跳小，对故障造成的危害最低，且上级界面友好，可读性强。

通过对比证明了本文监测系统的有效性，且故障监测速度快，能在一定程度上有效克服传统断路器的监测问题，具有一定推广意义。

4 结 论

针对火电厂高压断路器故障在线监测存在的问题，提出了基于DSP的断路器在线监测系统设计。本文设计的高压断路器在线监测系统能监测各机械参数，及时掌握运行状态，接收数据，并及时对发生的故障进行诊断和处理，减少断路器故障带来的损失。本设计能提升火电厂运行稳定性，保证供电质量。