智能变电站断路器在线监测系统的设计 闵洁 .pdfVIP

智能变电站断路器在线监测系统的设计闵洁

摘要：主要介绍了一种智能变电站断路器的在线监测系统，通过对总体设计通

信部分设计和软硬件设计进行深入分析，进一步了解了对断路器的机械特性，动

态电阻和触头寿命的在线实时监测过程为其提供行之有效的可行性建议。

关键词：断路器；变电站；监测系统

引言：1

作为变电站电力系统的重要设备，断路器既需要控制电路的平稳运行，同时

也起到一定的保护作用，确保整个变电站的供电质量。因此，对变电站断路器的

在线监测就显得尤为重要。伴随着微电子技术、传感器技术以及现代通信技术的

发展，加速了智能变电站断路器在线监测系统的研发进度。现阶段，断路器在线

监测系统可以通过高灵敏度的传感器长期进行在线监测，通过采集数据信息，监

测断路器各个功能部件的运行状态，对于故障问题能够及时发现，并采取有效解

决措施，避免造成严重事故。

在线监测和智能2诊断技术简介

一次设备的绝缘老化的发展具有统计性，速度难以预测，大多有一定的发展

期。前期表现为设备的物理，化学，电气等特性变化的征兆，通过对获取的信息

进行分析和处理，可对设备的可靠性做出预测和判断，从而及早发现潜在的故障，

为设备的检修提供依据。目前，国网提出了建设以信息化，数字化，自动化，互

动化为基本技术特征的坚强智能电网，在变电环节要求建设智能变电站，需要安

装智能化设备，这都对变电站设备的选择，数据的采集，通信，分析，和控制环

节提出了智能化的要求。智能化设备要求具有信息就地处理能力，并可实现对设

备健康状况的自我检查。智能变电站一次设备的在线监测和诊断技术通过安装传

感器对设备的实时状态进行数据采集，分析，并进行设备的安全评估和故障诊断。

目的是为了实现变电站智能化及无人值班

断路器的主要特性3

断路器主要是指可以接通或分断电流的开关电器。通常分为开启式断路器和

塑壳式断路器两大类，前者是指触头在大气压力的空气中断开和闭合的断路器，

后者则是具有一个用模压绝缘材料制成的外壳，作为断路器的整体部件。断路器

结构如图1所示。

图1断路器结构示意图

图中的1、2分别指断路器的绝缘拉杆和传动杆，开断元怍是断路器的重要开关，确保电

力系统的正常运行；操动机构根据能量形式可以分为手动操动.弹簧操动.电磁感应操动.电气

操动及液压操动等。操动机构可以和断路器任意搭配，具有良好的灵活性与兼容性。断路器

操动系统流程如图2所示。

图2断路器操作系统流程图

断路器在线监测系统设计4

断电器在线监测的4.1原理

断路器作为一种关键的开关部件，其内部机械部件的灵敏度直接影响到断路器的工作状

态，因此，必须确保各个机械部件正常运转，从而帮助断路器完成工作职能。所以，就需要

对断路器的机械特性和开断元件的状态进行实时监测。目前，针对断路器的状态监测主要包

括：振动信号、合分闸线園电流、线圈电压、合分闸时间、操作次数、合分闸弹簧状态、触

头行程、触头速度、触头温度、断开电流加权值、静态回路电阻和动态回路电阻等。

断路器在线监测系统主要从触头温度及行程监测两个方面进行设计。触头温度及行程监

测系统采用分布式结构，由一个上位机监测模块和多个温度、行程测量模块构成，彼此间通

过无线传输方式进行通信，具体设计分为硬件设计和软件设计两部分。

断路器在线监测系统的硬件设计4.2

温度、行程测量模块的硬件设计主要包括单片机、传感器、编程序控制器

（ProgrammableLogicController,PLC)、无线射频芯片以及数据转换芯片构成。通过传感器对

断路器的触头温度以及行程数据进行实时采集，然后再利用无线通信的方式传输到上位机模

块进行深入分析和处理。温度、行程测量模块结构如图3所示。

图3温度、行程测量模块结构示意图

从图3可以看出，断路器触头温度、行程测量模块主要可以分为：温度测量单元、行程

测量单元及无线通信单元。其中温度测量单元主要由远红外温度传感器和数据转换芯片组成，

通过远红外温度传感器对触头温度进行实时监测，然后再利用数据转换芯片将传感器监测到

的电压信号转换成可供单片机利用的信号，行程测量单元主要由光电编码器、信号处理电路、

数据转换芯片及数据存储器组成；无线通信单元主要通过无线射频芯片，完成对数据信息的

无线传输。无线通信测量模块对应的地址是唯一的，当测量模块接收到上位机发送的数据包

后，与相应的地址进行比对分析，如果相同则立刻向