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真空断 路器在线监测系统的设计发布时间:2016-06-20 10:27:20 | 来源:浙江诚 高高压电气有限公司

[真空断 路器在线监测系统的设计]:摘 要:介绍了 真空断路器的基本结构和工作原理,以现代 状态检修概念为基础,利用各 种传感器技术对真空断路器进行在线工作状态的数据采集,并对数 据进行处理和判断,实现对 真空断路器的在线实时状态监测;并设计了一...

  摘 要:介绍了 真空断路器的基本结构和工作原理,以现代 状态检修概念为基础,利用各 种传感器技术对真空断路器进行在线工作状态的数据采集,并对数 据进行处理和判断,实现对 真空断路器的在线实时状态监测;并设计 了一套真空断路器在线监测系统。
  1 真空断 路器的结构及原理
   真空断路器广泛地 应用在电力控制系统中。在真空条件下(一般指10-4至10-7Torr),真空间 隙的绝缘强度很高,电弧很容易熄灭,所以真 空断路器的灭弧能力很强,介质强度也很高,开断后 的介质恢复速度也很快。
   利用真空条件来熄弧,这个设想早在19世纪末就已提出,但是由于受真空工艺、材料、冶金等 技术水平的限制,当时未能实现实用化。上世纪五十年代以后,随着电 子工业发展起来的许多新技术,解决了 真空灭弧室制造的许多难题,使真空 开关逐渐达到实用水平。七十年 代制造了开断能力达60~80kA,电压等级为10~35kV的真空断路器,使真空 开关成为配电电压等级中首屈一指的新型断路器。
   真空断 路器的主要灭弧机构就是真空灭弧室,如图1所示:
  


   由图1知,真空灭 弧室的结构很象一个大型的真空电子管,外壳有 玻璃和陶瓷两种构造,动触头 的密封靠金属波纹管,在允许 的弹性变形范围内伸缩,有足够高的机械寿命。在动、静触头的外周,装设了 悬浮电位的金属屏蔽罩,它起冷 凝吸收金属蒸汽、均匀电场分布、保护外 壳等表面绝缘作用。
   真空断路器的灭弧 原理与其他种类断路器灭弧原理不同,其他断 路器主要利用灭弧介质来达到熄灭电弧的目的。真空断 路器是利用真空阻止电弧重燃来达到灭弧的目的。因此,电流过 零后能否重燃取决于弧隙介质强度的恢复。若恢复了,则能有 效的阻止电弧的重燃,否则,电弧会 继续燃烧直到下一个过零点,才有可能熄弧。
   因此,性能齐 全的真空断路器在线状态监测系统是保证电力控制设备安全、可靠工作的重要保证。
  2 真空断 路器的在线状态监测过程
   状态监 测是指了解和掌握设备的运行状态,包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法,结合系 统的历史和现状,考虑环境因素,对开关 设备运行状态进行评估,判断其 处于正常或非正常状态,并对状 态进行显示和记录,对异常情况做出报警,以便运 行人员及时加以处理,并对开 关设备的故障分析、性能评估、合理使 用和安全工作提供信息和准备基础数据。
   通常开 关设备的状态可分为正常状态、异常状态、和故障状态几种情况。正常情 况指设备的整体或其局部没有缺陷,或虽有 缺陷但其性能仍在允许的限度以内。异常状 态指缺陷已有一定程度的扩展,使开关 设备状态信号发生一定的变化,开关设 备性能已经劣化,但仍能维持工作。此时应 该注意设备性能的发展趋势,即开关 设备应在监护下运行。故障状 态则指设备性能指标已有大的下降,设备已 经不能维持正常工作。开关设 备的故障状态尚有严重程度之分,包括已 有故障萌生并有进一步发展趋势的早期故障;程度尚不严重,开关设备尚可勉强“带病”运行的 一般功能性故障;已发展 到开关设备不能运行必须停机的严重故障;已导致 灾难事故的破坏性故障,以及由 于某种原因瞬间发生的突发型紧急故障等。
  状态监 测的步骤主要分为以下三步:
  (1)信号采集
   开关设 备在运行过程中必然会有力、热、振动和 能量等各种量的变化,由此会 产生各种不同信息。根据不同的诊断需要,选择能 表征设备工作状态的不同信号。
  (2)信号处理
   这是将 采集到的信号进行分类处理、加工,获得能 表征机器特征过程,也称特征提取过程。
  (3)状态识别
   将经过 信号处理后获得的开关设备特征参数与规定的允许参数进行比较、对比以 确定设备所处的状态,是否存在故障。如图2所示:
  

  3 真空断 路器的在线状态监测原理
   从上世 纪九十年代开始,出现了 以数字波形采集和处理技术为核心的微机多功能在线监测系统,该系统 利用先进的传感器技术、计算机 技术和数字波形采集与处理等高新技术,实现更 多的参数在线监测。这种监 测系统可以实时连续的巡回监测各被测量,因此,监测内容丰富、信息量大、处理速度快,对监测结果可显示、存储、打印及报警,实现状 态监测的全部自动化。在线监 测技术的发展逐渐代替了离线监测,弥补了 离线监测的缺陷。在线状 态监测系统实现了数据采集,数据处理、状态识别、数据库等各项功能。它的基 本原理是电气设备处于运行状态中,利用各 种测量工具测其工作电流、电压等特征参数,采用相 应形式的传感器,将被测信号(电的和非电的)抽取出来,转换成 为监测装置可以检测到的标准形式信号,输入数 字信号采集装置,通过A/D转换,然后进 行相应的数据分析和特征提取。其原理框图如图3所示:
  

   传感器 是在线监测系统的入口器件,其灵敏 度和性能的优劣直接影响测量精度,进而使 数据处理产生较大的误差。监测系 统能够正确运行的前提就是要有好的、性能可靠的、灵敏度高的传感器。所以要求传感器灵敏、可靠、线性度好,能够不 失真的转换被测信号。被测信号不同,传感器的形式也不同。
   数据采 集装置将被测信号转换成为数字量或数字波形,以便进行数据处理。整个采 集装置是在计算机的程序控制下工作的。为了满足测量精度,要求采 集装置具有一定的采样速度和A/D转换精度,以及适当的通道数。为了采集高频信号,还要求 采集装置有相当高的采样频率。
   数据处理系统,这部分 的核心器件是一台工业计算机。系统的 功能主要有以下几个部分:
  (1)控制数 据采集装置以适当的频率对被测信号进行采集,并能够 从数据采集装置中读入采集到的数据;
  (2)对采集 进来的数据进行处理,利用处 理后的数据进行分析并判断所检测设备的状态好坏;
  (3)建立起数据库,能够随 时提取历史数据。并能够实现显

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