斷路器狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

牟磊+楊永山+彭博

摘 要 本文通過羅氏線圈電流互感器，采集智能斷路器短路故障狀態(tài)下的開斷電流，然后使用加權(quán)累計(jì)算法，計(jì)算得出智能斷路器的短路故障狀態(tài)，通過實(shí)踐應(yīng)用驗(yàn)證，該方法能夠很好的實(shí)現(xiàn)對智能斷路器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，同時也降低了資金投入，能夠獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】斷路器 短路故障 狀態(tài) 診斷 檢修

羅氏線圈（Rogowski Coil）又叫電流測量線圈、微分電流傳感器，它的主要結(jié)構(gòu)是一個在非鐵磁性材料上均勻纏繞的環(huán)狀線圈。由于羅氏線圈電流互感器不含任何磁性材料并且結(jié)構(gòu)簡單，因此，可以通過一個對輸出的電壓信號進(jìn)行積分的電路，就可以真實(shí)的還原輸入電流的大小，相位誤差極低，測量的范圍也更加廣泛。現(xiàn)階段，電網(wǎng)智能化程度越來越高，對于電網(wǎng)的故障診斷檢測和保護(hù)工作也越來越重要，智能斷路器用于控制和保護(hù)低壓配電網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)行狀態(tài)。智能斷路器能夠?qū)崿F(xiàn)電子操作，有效地將機(jī)械儲能轉(zhuǎn)化成電容儲能，變機(jī)械傳動為變頻器經(jīng)電機(jī)直接驅(qū)動，機(jī)械系統(tǒng)的可靠性更高。基于羅氏線圈電流互感器的智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)，具有電流可實(shí)時測量、響應(yīng)速度快、不會飽和以及沒有相位誤差的特點(diǎn)，因此，可以應(yīng)用于繼電保護(hù)、故障監(jiān)測等更為廣泛的場合。

1 智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)，采用基于羅氏線圈電流互感器，可以對變化范圍較大的電流信號進(jìn)行精確測量，測量結(jié)果能夠保持較為理想的線性度。羅氏線圈電流互感器具有成本低廉，測量精度高等優(yōu)勢，因此，在對智能斷路器短路故障狀態(tài)檢測過程中，能夠取得顯著效果。羅氏線圈工作原理，如圖1所示。

如圖1所示，由于羅氏線圈電流互感器具有優(yōu)良的線性度，測量范圍很廣，因此，采用一個線圈就可以對智能斷路器的電流故障進(jìn)行檢測等功能。

2 電流信號的采集與處理技術(shù)評價

智能斷路器短路故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)，需要將羅氏線圈電流互感器測量到的電壓信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，經(jīng)過信號濾波和積分轉(zhuǎn)化成可供計(jì)算處理的數(shù)據(jù)信息，然后再通過通信系統(tǒng)，將這些數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)叫盘柡喜⒛K，該模塊統(tǒng)一將數(shù)據(jù)信息合并處理，采用數(shù)字變電站的通信協(xié)議IEC61850一并將其發(fā)送至監(jiān)測服務(wù)器，IEC61850提出了一種公共的通信標(biāo)準(zhǔn)，通過對設(shè)備的一系列規(guī)范化，使其形成一個規(guī)范的輸出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無縫連接。監(jiān)測服務(wù)器獲得全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）校時及智能斷路器變位信息，結(jié)合一次系統(tǒng)接線圖，進(jìn)行智能斷路器開斷電流的精確計(jì)算，根據(jù)智能斷路器的數(shù)學(xué)模型公式立即計(jì)算出智能斷路器的運(yùn)行狀態(tài)。

為了能夠有效降低智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目的投資成本，一個變電站內(nèi)，僅在主變高壓側(cè)或者低壓側(cè)安裝一組羅氏線圈電流互感器，并且通過相關(guān)的軟件判斷智能斷路器母線上變位開關(guān)的截?cái)嚯娏髦怠?/p>

為了能夠精確計(jì)算出智能斷路器的運(yùn)行狀態(tài)，智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)將信號采集模塊收集到的信號，按全球定位系統(tǒng)GPS時鐘進(jìn)行同步合并處理，然后按照IEC61850協(xié)議上傳電流數(shù)值，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域唯一的全球通用標(biāo)準(zhǔn)。它通過標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了智能變電站的工程運(yùn)作標(biāo)準(zhǔn)化。使得智能變電站的工程實(shí)施變得規(guī)范、統(tǒng)一和透明。智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)接收全球定位系統(tǒng)傳輸?shù)膶?shí)時信號，確保與站內(nèi)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息保持一致，接收來自智能斷路器變位信號以及各種電流數(shù)據(jù)信息，使用加權(quán)累計(jì)算法運(yùn)算、存儲，并且精確計(jì)算出斷路器的運(yùn)行狀態(tài)。

智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)，可以記錄智能斷路器開關(guān)截?cái)嚯娏鞯牟ㄐ我约斑\(yùn)行狀態(tài)，并且具有數(shù)據(jù)庫功能，方便工作人員隨時查閱智能斷路器的歷史數(shù)據(jù)信息，將監(jiān)測結(jié)果形成報表并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至相關(guān)單位；采用圖形界面展示其監(jiān)測結(jié)果，因此，智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)可以為狀態(tài)檢修人員提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)信息。

3 結(jié)論

綜上所述，通過智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)，可以在精確可靠的反映智能斷路器實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行能力。根據(jù)本文分析，智能斷路器故障狀態(tài)檢測系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)相互配合，可以實(shí)現(xiàn)對智能斷路器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測以及狀態(tài)檢修，為變電站提供更加安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行環(huán)境，同時也為國家電網(wǎng)智能化改造和升級提供一條新的路徑。

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作者簡介

牟磊（1980-），男，大學(xué)本科學(xué)歷。青島供電公司，工程師，從事電氣工程及自動化方向研究。

作者單位

青島供電公司 山東省青島市 266002