一、真空斷路器是近十幾年來快速發(fā)展起來的一種新型電器。同傳統(tǒng)的油斷路器相比,具有許多優(yōu)點,如不燃爆、不污染、免檢期長、可頻繁操作、較小的觸頭間隙、體積孝重量輕、電弧不外露、壽命長等一系列優(yōu)點,它正逐步取代傳統(tǒng)的少油斷路器而成為中壓配電系統(tǒng)的主要開關(guān)設(shè)備。
壽命長是真空斷路器的顯著特點。它的使用壽命是機(jī)械壽命與電壽命的綜合。其機(jī)械壽命是指斷路器在空載或額定長期負(fù)荷輕載下的分合循環(huán)操作次數(shù),著眼于機(jī)械動作方面的能力。真空斷路器機(jī)械壽命比較長,可達(dá)10,000次以上。 電壽命是真空斷路器的電氣開斷能力,通常以額定短路開斷電流的開斷次數(shù)來表示。由于強(qiáng)大的電弧對觸頭的燒蝕,真空斷路器的電壽命次數(shù)僅數(shù)十次。一般來講,真空斷路器的電壽命決定其真實使用期限。如果電壽命超過,真空滅弧室會失效,電弧不能斷開,滅弧室可能爆炸,造成重大事故。所以,對其電壽命的監(jiān)測和評估是非常必要的。
當(dāng)前,隨著真空斷路器在中壓配電系統(tǒng)中日益廣泛的采用,對其電壽命的在線監(jiān)測也變得非常重要。通過實時監(jiān)測,得出其剩余電壽命,并給出一定的報警信號,維護(hù)人員即可進(jìn)行及時的處理,從而避免重大事故的發(fā)生。
傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測方法一般都建立在對開斷電流準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)上,由于斷路器在實際運行中,開斷電流的變化范圍非常大,且在開斷短路電流情況下有時會含有直流分量,電流互感器(CT)會出現(xiàn)不同程度的飽和,因此準(zhǔn)確測取開斷電流存在一定的困難。另外,傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測方法是開斷電流的次數(shù),通常在開關(guān)柜中有一個開斷電流次數(shù)的計數(shù)器,使用該方法監(jiān)測斷路器的壽命,只需要進(jìn)行開斷電流的測量和簡單的計算,在實際操作中忽略了實際因素,因而在一些情況下誤差會很大。所以,用傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測方法準(zhǔn)確度比較低;再者,由于技術(shù)因素的限制,這種方式所能夠提供的信息量也比較有限。
隨著傳感技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展,開發(fā)出真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測系統(tǒng)是完全可能的,也是非常必要的。并且,它可以給出較多的信息量和提供報警信息,所以對于電網(wǎng)的安全運行有著重要的意 義。
為此,我們擬研制和開發(fā)出一套針對真空斷路器電壽命的智能化監(jiān)測系統(tǒng)。用于在線監(jiān)測真空斷路器的剩余電壽命、開斷短路電流次數(shù)以及開斷電流的數(shù)值等參數(shù),并給出相應(yīng)的報警信息,保障電網(wǎng)的安全可靠運行。 在樣機(jī)研制成功后,將對一個變電站中的約20臺10kV的真空斷路器安裝此監(jiān)測裝置,并進(jìn)行集中監(jiān)控。
二、 真空斷路器電壽命臨測的研究狀況
對于真空斷路器來說,影響電壽命的主要岡素是斷路器開斷電流時山于電弧作用而產(chǎn)生的電磨損,主要有接觸表面的破壞、金屬材料的損失和變形等。電磨損會影響滅弧室滅弧的性能。由于不同電流下觸頭的燒損與電流的大小不是簡單的比例關(guān)系,因此,對于電壽命的監(jiān)測,簡單的累計開斷電流的方法誤差很大。
一種普遍采用的方法是開斷電流加權(quán)累計法,開斷電流加權(quán)累計法采用以下公式: Q= 公式(1) 式中 是第I次斷開的電流值、 是加權(quán)系數(shù)。 一般在1.5到2之間,一般由斷路器的電壽命曲線得到,Q即為開斷電流加權(quán)累計值(累計電磨損值)。將Q與閾值進(jìn)行比較,可以判斷電壽命剩余情況。這種方法只需要知道每次開斷電流的大小,比較簡單實用。
有關(guān)參考文獻(xiàn)應(yīng)用模糊理論,提出斷路器電壽命的綜合判斷方法。根據(jù)影響電壽命的六個主要因素—首開相的燃弧時間、后開相的燃弧時間、開斷速度、開斷時間、首開相在三相中的均勻度和等效開斷電流的電磨損系數(shù)對斷路器的電壽命進(jìn)行判斷。由于不同因素的權(quán)重不盡相同,應(yīng)用這種方法需要大量的試驗數(shù)據(jù),給這種方法的實際應(yīng)用帶來了一定的困難。
目前,由于在強(qiáng)電磁干擾條件下測試開斷大電流方面的困難,國內(nèi)僅有少數(shù)幾個單位在理論上作了一些論證,但還沒有研制出針對真空斷路器電壽命監(jiān)測的專門化裝置,但如前文所述,由于真空斷路器在系統(tǒng)中日益廣泛的采用,這種裝置的出現(xiàn)是遲早之事。
三、 本項目擬研究的主要問題
1. 主要課題和內(nèi)容
本項目致力于研制和開發(fā)真空斷路器智能化監(jiān)測系統(tǒng),它由以下幾部分組成:
1.基于RoSowskl線圈的開斷電流測量系統(tǒng):
2.?dāng)?shù)據(jù)處理以及存儲和顯示系統(tǒng):
3.通信系統(tǒng);
4.系統(tǒng)自檢和設(shè)定;
5.遠(yuǎn)端監(jiān)控軟件。
其功能包括以下幾個方面:
1.實時監(jiān)測功能:對斷路器剩余壽命以及開斷電流次數(shù)和電流數(shù)值等重要參數(shù)進(jìn)行長期連續(xù)的實時監(jiān)測;
2.顯示功能:該系統(tǒng)可以實時顯示斷路器剩余壽命,開斷電流次數(shù)和電流數(shù)值及對應(yīng)時間等參數(shù):
3.可以通過按鈕查看歷史數(shù)據(jù),設(shè)定和修改設(shè)定值:
4.通信功能:可以通過該系統(tǒng)的RS-485串口實現(xiàn)與變電站計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信?梢园褦(shù)據(jù)傳至上位機(jī),并進(jìn)行遠(yuǎn)端監(jiān)控和報警等。
5.系統(tǒng)自檢:對系統(tǒng)本身的工作狀況進(jìn)行自檢,發(fā)現(xiàn)故障并及時報警;
6.可以通過上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)端監(jiān)控。
[$page] 本項目的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
1.研制和開發(fā)基于Rogowski線圈的開斷電流測量系統(tǒng);
2.開發(fā)數(shù)據(jù)的處理、存儲顯示系統(tǒng);
3.開發(fā)通信以及遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)。
在樣機(jī)研制成功后,對一個變電站中的約20臺10kV的真空斷路器安裝此監(jiān)測裝置,并在控制室中用上位機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控。
2.項目的技術(shù)關(guān)鍵分析
真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測是多種技術(shù)的綜合,包括準(zhǔn)確測量開斷電流的傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信號處理技術(shù)以及抗干擾技術(shù)等。下面著重介紹以下三項關(guān)鍵技術(shù)。
a)開斷電流的準(zhǔn)確測量技術(shù)
真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測系統(tǒng)中,關(guān)鍵的也是比較難的技術(shù)問題之一是測量幾十千安的短路電流,例如31.5kA到50kA。普通的電流互感器(CT)的準(zhǔn)確度為5P20或10P20。如果它的額定電流為600A,它只能準(zhǔn)確地測到20倍的額定電流,約12kA左右。由于普通的電流互感器帶有鐵心,電流過大時