基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命在線監測系統

李英杰,翟瑞占,韓長偉

（山東省科學院激光研究所,山東 濟寧 272000）

基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命在線監測系統

李英杰,翟瑞占,韓長偉

（山東省科學院激光研究所,山東 濟寧 272000）

斷路器的電壽命是衡量自身使用價值和使用期限的重要參數，而斷路器電壽命在線監測系統能夠為高壓設備提供一些列的智能化檢測服務，確保電力系統的安全可靠運行。本文提出一種基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命的在線監測系統，以光電傳感器采集電流信號，以加權累計法計算電壽命，從而有效提升了系統的測量精準度，減少電力系統的檢修次數，提高電力系統的安全性能。

光電傳感器；高壓斷路器電壽命；在線監測系統

0 引言

隨著我國社會經濟的發展，電力系統也向高度智能化、集成化方向發展。然而電力系統中的高壓斷路器問題一直是影響電力系統安全可靠運行的關鍵，高壓斷路器數量越多，檢修范圍和次數就會相應增加，從而提升了設備檢修的成本[1]。斷路器的電壽命是衡量自身使用價值和使用期限的重要參數，通常以額定電流的開關次數來衡量其使用壽命。如果斷路器的使用壽命超過額定值，將會導致滅弧室失效甚至爆炸，造成不可估量的設備損失和經濟損失。因此對斷路器的電壽命進行實時在線監測是迫切需要解決的。

1 基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命在線監測系統簡介

該在線監測系統主要由Rogwski光電傳感器、光纜、電力系統控制室內的光電轉換系統、信號檢測系統、斷路器電壽命監測系統組成。這款在線監測系統主要以Rogwski光電傳感器基礎信號采集和處理工具，將每個電路中隱藏的故障電流（＞50KA）進行精確的測量和計算，然后將測量結果通過電力系統中的光纜傳輸到控制室內的光電轉換系統和信號處理系統，最后將通過智能化的斷路器電壽命監測軟件將該路故障電流以及該路斷路器電壽命計算出來，如圖1所示。該在線監測系統能夠對整個電力系統中的斷路器進行實時在線的監督和測量，從而構成一個高度智能化、集成化的在線監督網絡，全程全時監督電力系統的運行。

圖1 高壓斷路器電壽命監測示意圖

2 Rogwski光電傳感器線圈的工作原理

電信號是指高壓短路器在開端過程中形成的電流信號，倘若采用常規的電信號采集方法不能確保電流信號的精準性。而Rogwski光電傳感器是一種環狀空心的線圈，用于捕捉和測量電流信號效果顯著，可以將其直接固定在斷路器上。當斷路器上有交流電流通過時，斷路器周圍會形成一個交替循環運動的磁場，這個交替運動的磁場會與Rogwski光電傳感器線圈產生聯系，并由Rogwski光電傳感器線圈發出相應的交流電信號。Rogwski光電傳感器的輸出電壓計算公式為：Vout=Mdi/dt。其中M值為Rogwski光電傳感器線圈的互感效應值，而di/dt表示電流信號的變化率。通過這個公式可以得出，在現有的條件下，通過對一個斷路器的電壓信號進行計算，并利用專用積分器進行積分，可以計算出另一個斷路器的交流電壓信號，最終將整個斷路器的交流電壓信號形成有規律的組合，這樣就能夠精確地得出出被測量電流信號的波形規律。由Rogwski光電傳感器線圈的工作原理，我們可以看出Rogwski光電傳感器線圈具有高精準性、受干擾作用小、瞬間反應靈敏、性能度佳、可供測量的電流頻率廣、可供測量的電流量大的優勢。

3 光電轉換系統與信號檢測系統

電力系統控制室內部的光電轉換系統以及信號檢測系統共同促成高壓斷路器電壽命監測系統。在電力高壓系統結構中，除電流信號的采集任務，還要確保其余與斷路器運行的相關的信號的同步采集，因此在電力系統的光電轉換系統以及信號檢測系統中的間隔層需要設置一個獨立的合并控制器，為每個功能獨立的光電互感器提供同步運行的采樣脈沖，確保獨立合并控制器與其余二次互感裝置能夠得到同步的數據[2]。本文所介紹的基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命檢測系統可以成功將獨立合并控制器省略，以集成化的設置將合并控制器所承擔的功能放置于信號采集主板上，然后運用動態現行插值技術實現同步信號的采集。而每個Rogwski光電傳感器線圈之間可以以獨立固定周期的方式進行電流信號的采樣，最終的測量采樣結果會以報文形勢經過光纜傳輸到中央控制室的光電轉換系統和信號檢測系統中，最后經過計算機智能化的報文解碼程序將報文內容進行解碼處理，最后經過中央控制器中的CPU對解碼數據進行最后的處理，計算出電力系統中電網的電壓頻率，并根據自身設定的額定頻率發出采樣脈沖，當采樣脈沖進入到解碼電路設備單元后，會對相鄰兩個報文采樣數據的傳達時間進行插值法計算，得出采樣脈沖時刻的最后信號數據。

4 斷路器電壽命的計算方法

以往的斷路器電壽命的計算方法通常是以斷路器的開斷準確測量值為前提基礎，通過開斷電流信號積累法來計算斷路器電壽命。這種方法只需要記錄斷路器的開端電流的次數，不需要對開端過程中電流流量信號進行測算。然而在高壓電路器的開斷運行過程中，開斷電流信號的變化非常發雜，涉及范圍較大，還會產生直流分量，當電流式傳感器出現電流飽和狀態時，會導致二次電流輸出信號的波形規律混亂，因而最后得出的電壽命結果有失精確性，可供參考價值不高。而基于光電轉換器的高壓斷路器電壽命的在線監測系統是以加權積累法為電壽命計算方法，以電流信號為依據，累計平均值，并將斷路器在開斷電流過程中的磨損折舊損耗考慮在內，使最終的斷路器電壽命的計算結果越來越精準，以此為電力系統檢修提供科學、準確的參考依據。

5 結束語

斷路器的電壽命關系到滅弧室的功能效率，一旦斷路器的電壽命超出限定值將會帶來難以估算的設備損失和經濟損失，直接影響到整個電力系統的安全可靠運行。本文提出一種以光電傳感器為采集電流信號的高壓斷路器電壽命的在線監測系統，能夠通過監測經過高壓斷路器開關電流的大小來計算高壓斷路器的電壽命，并確保測量結果的高度精準性，從而為電力系統運行人員提供科學的剩余電壽命參考依據，并提供及時預警預測服務，提高電力系統的安全可靠性。

[1]陳金輝,韓媛媛,趙進忠.基于光電傳感器的高壓斷路器電壽命在線監測系統[J].電測與儀表,2010（531）：66-69.

[2]王鵬,張軍,余泳.一種新型斷路器電壽命在線監測系統[J].電力系統自動化,2010（17）：109-115.

李英杰（1980—），男，河北唐山人，工程師。