化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
金屬封閉高壓開關(guān)柜的智能化技術(shù)
閱讀：1825 發(fā)布時間：2013-11-3配,、變電網(wǎng)的自動化是今后發(fā)展方向,。為了對配、變電網(wǎng)進行運行監(jiān)控和管理,、運行計劃模擬和優(yōu)化,、運行分析和管理、用戶負(fù)荷監(jiān)控和故障報警,，配,、變電網(wǎng)主站需要獲取現(xiàn)場一次設(shè)備（成套中壓開關(guān)設(shè)備、斷路器及變壓器等）信息,，同時也需要一次設(shè)備不但能執(zhí)行遠(yuǎn)地主站命令,，而且也能就地完成合、分閘等命令,，因此要求中壓開關(guān)柜（即一次系統(tǒng)）提高智能化程度,。
另外，計算機技術(shù)及電磁兼容性（EMC）水平提高（即能抗強電磁干擾）,，信息傳感技術(shù),、微電子技術(shù)、通信及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的普遍應(yīng)用和發(fā)展,，也促進了成套中壓開關(guān)設(shè)備智能化進程,。
智能化中壓開關(guān)設(shè)備主要由硬件與軟件組成：（1）可控操作的高可靠開關(guān)設(shè)備；（2）測控保護裝置具有保護,、測量,、監(jiān)視、控制及通信等功能,；（3）在線檢測裝置可對SF6斷路器,、油斷路器、其它電器設(shè)備及環(huán)境等進行實時監(jiān)測,；（4）先進的傳感器可實現(xiàn)各種信號可靠轉(zhuǎn)換,；（5）中壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)緊湊、小型化,。
智能化測控裝置的核心器件是微處理機,，裝置充分利用數(shù)字技術(shù)和軟件技術(shù)，將保護,、監(jiān)視,、控制、測量與通信集于一身，在相同的硬件環(huán)境下,，可實現(xiàn)多種功能,。
?。ǎ保┗颈Ｗo功能：有方向或無方向的過流和接地故障保護,；低周減載保護；自動重合閘功能（后加速）,；零序電壓,、過電壓和低電壓保護；斷路器失靈保護,；電流速斷,、*速斷及反時限過流保護。
?。ǎ玻┛刂乒δ埽罕Ｗo跳閘,、合閘，遠(yuǎn)方,、就地控制,，各種信號控制及控制對象的顯示等。
?。ǎ常y量電量功能：可測量相電流,、相間和相對地電壓、零序電壓和電流,、頻率,、有功功率、無功功率,、功率因數(shù)和電能等,。
（４）通信功能：可完成與ＰＣ機就地通信或通過變電站通信系統(tǒng)與遠(yuǎn)方通信,，裝置一般可支持modbus協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約ＩＥＣ８７０—５—101（１０３）,、DNP3.0、TCP/IP等,；串行標(biāo)準(zhǔn)接口ＲＳ２３２,、ＲＳ４８５，工業(yè)現(xiàn)場總線CANBUS,、Lonworks等,，以太網(wǎng)接口；支持多種通信介質(zhì)如雙絞線,、光纖及無線等,。
（５）監(jiān)視功能：斷路器狀態(tài)監(jiān)視、跳,、合閘回路監(jiān)視和本機運行自檢,。
故障記錄和錄波功能：可記錄故障類型、發(fā)生時間及故障量zui大/zui小值,，也可對故障波形進行記錄,。
一臺具有計量、控制,、保護及通信等全部功能的智能化測控保護裝置安裝于開關(guān)柜上時,，二次接線工作十分簡潔，智能化測控保護裝置與外部單元接線見圖1,。用戶僅需將電壓,、電流信號，斷路器狀態(tài)位置信號和出口控制信號等與開關(guān)柜內(nèi)相應(yīng)一次元件的端子相連即可,。
智能化測控保護裝置通過采集電壓,、電流信號，斷路器狀態(tài)信號及其它輸入的開關(guān)量信號,，接地故障狀態(tài),，獨立完成數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)保護,、控制及顯示故障紀(jì)錄功能,，同時通過通信接口完成信息上傳。因此與傳統(tǒng)二次技術(shù)相比,，智能化測控保護裝置不但功能更多,、精度更高，而且二次接線更簡潔,。
由于高壓電器設(shè)備在電網(wǎng)中的重要性,，一旦發(fā)生事故，將引起局部或較大地區(qū)的停電,，會造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響,，因此這些設(shè)備運行一段時間后或運行中，必須進行必要的檢查和維護,。迄今為止,，電力部門一直采用傳統(tǒng)的維護方式：即定期維護技術(shù)，所謂定期維護是經(jīng)過規(guī)定的一段時間（比如5年）,，對設(shè)備進行規(guī)定項目維護,，這些項目是設(shè)備檢查、更換零部件,、解體檢查等,。應(yīng)該說：這種定期維護技術(shù)對減少和防止設(shè)備的故障發(fā)生起到了良好的作用,，但是這種定期維護方式存在不少缺陷，例如在設(shè)備解體檢查時,，需要對斷路器及電器設(shè)備的一部分進行解體,，不但作業(yè)時需要停電，而且視其項目還需要可觀費用,，另外停電后設(shè)備狀態(tài)（如溫度,、作用電壓等）和設(shè)備運行中的狀態(tài)不一致，會影響一些數(shù)據(jù)判定,。
由于定期維護技術(shù)存在許多缺點,，另一方面隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,，電子技術(shù),、光傳感技術(shù)、計算機技術(shù),、信號處理技術(shù)的發(fā)展,，使傳統(tǒng)的定期維護技術(shù)向預(yù)見性維護方式，即按狀態(tài)維護方式過渡,。
與傳統(tǒng)定期維護技術(shù)相比,，按狀態(tài)維護技術(shù)具有如下優(yōu)點：
（1）按狀態(tài)維護技術(shù)的基本點是對設(shè)備在運行狀態(tài)下實時監(jiān)測及判斷,，因此可避免定維護所造成的浪費及其它缺點,；
（2）按狀態(tài)維護技術(shù)是以信息技術(shù)為基礎(chǔ),，采用自動管理技術(shù)來達(dá)到合理延長設(shè)備使用壽命,，因此可降低設(shè)備運行的總費用。
圖2是加拿大WinnipegManitoba附近的Dorsey試驗站中高壓SF6斷路器的在線檢測系統(tǒng),。在試驗斷路器上安裝了各種類型的傳感器,，實現(xiàn)了電能、機械,、SF6氣體在線監(jiān)測,，且已得出了許多有價值的結(jié)果。3．2在線監(jiān)測項目
?。?）斷路器機械,、電器性能監(jiān)測。如合,、分閘線圈電流,、操動機構(gòu)特性、觸頭行程和速度,、振動信號監(jiān)測,。
?。?）中壓開關(guān)柜內(nèi)母線聯(lián)結(jié)處溫升檢測。
如果高壓斷路器的操作機構(gòu)是電磁操動機構(gòu),，其合,、分閘線圈一般由直流電源供電，見圖3,。經(jīng)驗表明：合,、分閘線圈的電流可以作為診斷機械故障的信息，合,、分閘線圈的電流訊號可由補償式霍爾電流傳感器給出,，給出的合、分閘線圈的電流訊號也示於圖3,。
圖中是起始時刻,，是合、分過程計時起點,，t1為線圈中電流,、磁通上升到足于驅(qū)動鐵心運動，即鐵心開始移動的時刻,；t2為鐵心已觸動（開始）操作機構(gòu)負(fù)載,，這也是開關(guān)觸頭開始運動的時刻；t3為開關(guān)輔助接點切斷電源,，即電磁線圈回路斷開的時刻,。利用比較電流波形的變化或差異可以診斷出操作機構(gòu)的故障程度。3．3．2行程,、速度的監(jiān)測
斷路器觸頭剛分速度對滅弧性能影響很大,，適當(dāng)提高剛分速度對減少電弧能量、減少零部件的燒損有很大作用,，但過分增大剛分速度不一定能提高滅弧性能,，反而會加重操動機構(gòu)的負(fù)擔(dān)；同樣斷路器觸頭合閘速度對滅弧性能也有很大影響,。因此,，對斷路器觸頭的行程、速度特性的測量及在線監(jiān)測是很重要的,。為了完成正確測量,，必須選取合適的位移傳感器。
可以選擇旋轉(zhuǎn)光編碼傳感器,。利用增量式旋轉(zhuǎn)光編碼傳感器可以完成轉(zhuǎn)動角度及方向的測量,，一般把旋轉(zhuǎn)光編碼傳感器安裝在斷路器操動機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸上。
增量式旋轉(zhuǎn)光編碼一般有3個碼道（A道,，B道,，Z道）,，A道與B道相差90°，每周的碼條數(shù)可以根據(jù)測量分辨率選取,，Z道每周一條,，用來確定旋轉(zhuǎn)次數(shù)。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時,，編碼器輸出A道,、B道兩路相差90°角的正交脈沖，輸入信號處理電路,，從A道,、B道兩信號的相對位置可確定轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動方向，如果A道先于B道,，為正旋轉(zhuǎn),，而B道先于A道，為反旋轉(zhuǎn),。再通過加,、減計數(shù)器對A道,、B道兩路信號計數(shù),，能得到轉(zhuǎn)動角度大小及方向，從而可以測出斷路器運動部分運動及反彈情況,，可以計算出動觸頭行程,；分合閘同期性；平均速度,；超行程,；剛分后或剛合*ms內(nèi)速度（主要是平均速度，zui大速度）等,。