真空断路器以其熄弧能力强、燃弧时间短、触头磨损小、机械寿命长、维护量小、灭弧室更换容易等一系列特点深受用户的青睐, 目前更是在40.5k V及以下电压等级的市场上占据主导地位。运行部门常将真空断路器在型式试验时通过的机械寿命次数及额定短路电流分断次数 (即电寿命) 作为维修及灭弧室更换的依据。电寿命是真空断路器的电气开断能力, 通常以额定短路开断电流的开断次数来表示。由于强大的电弧对触头的烧蚀, 真空断路器的电寿命次数仅数十次。一般来讲, 真空断路器的电寿命决定其真实使用期限。如果电寿命超过, 真空灭弧室会失效, 电弧不能断开, 灭弧室可能爆炸, 造成重大事故。另外运行部门为了确保安全, 往往开断几次后就进行灭弧室更换, 造成浪费, 所以, 对其电寿命的监测和评估是非常必要的。
当前, 随着真空断路器在中压配电系统中日益广泛的采用, 对其电寿命的在线监测也变得非常重要。通过实时监测, 得出其剩余电寿命, 减免断电检修流程, 维护人员可定期检查其剩余电寿命, 同时运行部门可以在安全条件下充分使用真空断路器, 减少不必要的投入和避免重大事故的发生。
真空断路器电寿命是指真空断路器的电气开断能力, 通常以额定短路开断电流的开断次数来表示, 由于断路器在实际运行中, 开断电流的变化范围非常大, 且在开断短路电流情况下有时会含有直流分量, 电流互感器 (CT) 会出现不同程度的饱和, 因此用传统的电寿命监测方法准确度比较低。
随着传感技术、信号处理技术、计算机技术以及微电子技术的发展, 开发出真空断路器电寿命智能化监测系统是完全可能的, 也是非常必要的。并且, 它可以给出较多的信息量和提供报警信息, 所以对于电网的安全运行有着重要的意义。
为此, 我们研制和开发出一套针对真空断路器电寿命状态的智能化监测系统。用于在线监测真空断路器的剩余电寿命、开断短路电流次数以及开断电流的数值等参数, 保障电网的安全可靠运行, 研究智能电网规划下对真空断路器的状态监测和状态检修。系统将对一个变电站中的约20台10k V的真空断路器实现集中监控。
1 系统架构、组成及功能
1.1 系统架构
(图1)
1.2 基于RoSowskl线圈的开断电流测量系统
真空断路器电寿命状态监测系统中, 关键的也是比较难的技术问题之一是测量几十千安的短路电流, 例如31.5kA～50kA。普通的电流互感器 (CT) 的准确度为5P20或10P20。如果它的额定电流为600A, 它只能准确地测到20倍的额定电流, 约12kA左右。由于普通的电流互感器带有铁心, 电流过大时易饱和, 测得的数值就与实际值偏差很大。
采用基于Rogowski线圈的电流传感器, 可以实现大变化范围的电流信号的测量, 并且在整个测量范围内能够保持很好的线性度。这种传感器不但成本低廉, 而且在经过一定的处理后可以达到很高的测量精度。
罗氏线圈的工作原理如图2。
此部分系统包含罗氏线圈、信号调理及采集单元以及光纤合并处理单元。
1.3 数据处理以及存储和W e b发布系统
数据处理、存储及WEB发布的核心是一台工业服务器。系统的功能主要有以下几个部分。
(1) 从数据采集装置中读入采集到的数据。
(2) 从变电站综合自动化系统获得断路器变位信息, 结合采集到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和浏览剩余寿命。并能够实现显示打印等功能。
数据库是监测系统有别与仪表系统的关键, 采用SQL数据库能够充分保证数据处理、存储和安全需要。数据库用来存储和处理设备运行的各种信息, 并具有管理和检索功能。数据库包括了设备的结构参数、特征参数、工作参数等静态数据, 监测和运行数据等动态参数, 还记录了各类的历史数据, 如典型故障数据和正常数据等。
系统记录的历史数据对运行和维修的指导作用是巨大的, 可形成趋势图用于判断设备健康状况及发展趋势。数据库一段时间内的全部详细数据。
1.4 通信系统
采用光纤通讯技术和网络通信技术采用数字化变电站IEC-61850协议实现测量数据无损高速传输到监测服务器, 同时数据处理分析后的监测结果第一时间通过WEB发布上网。
2 结语
通过上述研究证明, 这套系统能够在线真实反映真空断路器实际的电寿命分断能力。若一切环节均配合正常的话, 能够实现对真空断路器状态监测和状态检修, 必将为变电站增产、增效和安全生产带来相当大的效益, 同时也能探索出智能电网规划下变电站设备在线状态监测和状态检修的新思路。
摘要：对真空断路器电寿命状态监测进行研究, 通过对真空断路器短路开断电流的测量, 采用开断电流加权累计法计算真空断路器的剩余电寿命。采用罗氏线圈测量电流来研究实现对真空断路器的电寿命状态监测。该项研究有助于实现对真空断路器的状态检修和减少真空断路器的使用浪费及故障隐患。
关键词：真空断路器,电寿命,短路开断电流,罗氏线圈
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