马亚

(西安工程大学　陕西　西安　710048)

引言

随着电力系统的飞速发展，尤其是智能变电站的大力建设，传统的“定期检修”已不能满足智能变电站的建设，为了确保断路器能够可靠的工作，对高压开关设备的可靠性提出了更严格的要求。断路器作为电力系统中最主要的高压开关设备，其重要性不言而喻。为保证断路器能够可靠的工作，避免由于故障原因造成不必要的损失，断路器的机械特性在线监测技术在其中的重要性不言而喻，断路器机械特性参数一般包括三种参量，即行程、时间和速度，这三个参量直接关系到断路器的关合性能。众所周知，合闸时间过长，分合闸速度降低，燃弧时间变长，触头磨损增加，触头的电寿命就会缩短。相反，如果分合闸速度太高，会对断路器操动机构产生巨大的撞击，造成部分器件的损坏。断路器的分合闸不同期会产生操作过电压，危害绝缘，造成电力系统非全相运行。所以，断路器的触头行程参数对断路器运行状态有着重要的作用。

本采用旋转位移传感器进行断路器触头行程测量，既不改变断路器原始结构，又能有效测量触头行程信号。首先分析了传感器的工作原理；其次，进行监测装置的软硬件设计；最后，搭建试验平台以一台型号为ZN63A-12户内型高压真空断路器进行试验，将获得的触头行程、超程、开距等机械参数与正常运行状态下断路器的机械参数进行比较、分析，试验证明本文方案可行。

一、断路器触头行程测量原理

断路器操动机构是四连杆结构，将旋转位移传感器能够安装在断路器操动主轴的一端。旋转位移传感器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转化成数字量或电脉冲的传感器，一般分为增量式、绝对式和混合式三种，本论文采用的是增量式的旋转位移传感器。增量式旋转位移传感器内部有两个光敏接受器，传感器可以通过光敏接受器将角度码盘的转过的角度和相位关系转化为主轴转动方向的判断依据。断路器操动主轴的转动带动旋转位移传感器一起转动，A、B会输出不同的状态，如果把当前A、B的输出状态记录下来，与下一个输出状态相比较，从而得到角度码盘的旋转方向，间接的可以判断出断路器操动主轴的转动方向。旋转位移传感器旋转一圈旋转了360度，同时旋转一圈也会对应一个固定的脉冲数，本论文所采用的旋转位移传感器旋转一周产生2000个脉冲，即一度对应6脉冲，而旋转位移传感器采集上来的数据是脉冲数，将脉冲数转化为相应的角度即可得到断路器操动主轴转过的角度。本文选用DSP28335作为MCU，其外设有一个正交编码脉冲电路QEP，将断路器操动主轴转过的角度对应的TTL电平信号送入QEP电路进行计算，得到变化的总脉冲数，即为相应的断路器主轴旋转角度。然后根据断路器内部机构连接的关系求取出动触头的直线位移，得到断路器分合闸时对应的触头行程时间关系。

二、在线监测装置的硬件设计

断路器机械特性在线监测硬件电路图三部分构成。1)测量单元：通过旋转位移传感器、无线测温模块、闭环霍尔电流互感器，其中，旋转位移传感器用来测量A、B、C三相触头触头行程；无线测温模块用来测量三相触头温升，并通过433MHz射频芯片将温升数据发送至主控板；闭环霍尔电流互感器用来测量断路器分合闸线圈及储能电机的电流，用来确定分合时间；2)智能控制单元：MCU控制A/D采样，数据滤波、存储及机械参数计算短路出头行程、超程、开距、分合闸速度的机械特性参数，并根据历史数据及设定的阈值进行故障判读；3)采用CAN总线将断路器的各机械参数上传至上位机进行显示及触头行程曲线绘制。

三、在线监测装置的软件设计

监测装置上电后，首先，进行系统初始化；其次，通过实时监测断路器的开入量与分合闸线圈电流，判断断路器是否发生动作。当断路器发生动作，采用A/D+DMA中断的模式对进行信号采集与搬运，数据搬运结束后，关闭DMA中断，并分别调用分合闸采样子程序、滤波算法程序、数据运算子程序进行采样数据备份，数字滤波、断路器特征参数计算和打包；最后，通过CAN通讯方式将曲线数据与特征参数全部上传至断路器IED。

四、实例分析

本次实验是对ZN63A-12户内型高压真空断路器的触头行程进行测试，通过对测试的波形计算得出，合闸时间为45ms，分闸时间为25ms，触头行程为15.6 mm，开距为12 mm，超程为3.6mm。ZN63A-12户内型高压真空高压断路器出厂时的参数分别为：合闸时间为43ms，分闸时间为24ms，触头行程为14.6 mm，开距为11.1 mm，超程为3.5 mm，通过对比得出，旋转位移传感器的测量误差在1.5%以内，符合要求。

五、结语

本文采用旋转位移传感器进行断路器触头行程测量，在没有破坏断路器的绝缘特性，而且旋转位移传感器输出的数字信号，提高了设备的抗干扰能力，同时很好的利用DSP高速数据处理能力，快速、可靠的实现对断路器分合闸时触头行程数据的采集，行程录波数据曲线的绘制以及各机械特性参数的分析计算。实现了断路器健康状况的实时监测。