發電廠電氣自動化中斷路器狀態在線監測實現探究

余祥琪

摘要：隨著技術水平的快速提升，自動化技術在很多行業都有了應用。對于發電廠來說，電氣自動化已經成為了最主要的應用內容，對于提升發電廠的運行水平具有重要作用。在發電廠電氣自動化中斷路器是最為重要的組成部分之一，在很大程度上影響到自動化系統的安全性和穩定性，所以需要加強斷路器的在線監測，能夠實時明確斷路器所處狀態，從而保證發電廠運行的安全性。

關鍵詞：發電廠;電氣自動化;斷路器;在線監測

0 引言

從目前來看，發電廠所采取的電氣自動化技術本質上屬于集成系統，可以實現發電廠的一體化控制，不但可以實現遙控開關、脈沖采集、遠程通信等功能，同時可以完成繼電保護以及遠程管理等不同的功能。對于電氣自動化系統來說，高壓斷路器是最為重要的組成部分，直接決定著整個系統的安全性，所以需要加強繼電器狀態的在線監測，這是保證其處在良好工作狀態的關鍵，這對于確保發電廠安全運行具有非常現實的意義。

1 發電廠電氣自動化系統的結構以及基本功能

某發電廠的電氣自動化系統主要包括電器網控制、機組電氣兩部分，電器網主要對發電廠和輸電網進行連接，而機組電氣屬于發電廠運行最為關鍵的部分。發電廠中應用電氣自動化系統能夠有效提升運行的自動化水平，其基本功能主要有：

1.1有效提升發電廠的自動化水平

利用電氣自動監控系統可以保證發電廠的實際用電能夠自動化控制，可以利用智能測控系統準確監測正常生產過程中應用的不同等級電壓，并且ECMS系統能夠和發電廠原有DCS系統實現有效兼容，可以提升管理的效率。同時，利用電氣控制系統能夠對發電廠升壓站進行實時監測，可以對發變組以及電度表等設備實施監測，能夠保證其運行安全性。相關人員在DCS系統實施操作過程中，可以通過遠程操作的方式對全部電氣設備進行控制，因為ECMS和DCS系統可以兼容，因此ECMS操作人員在獲取相應授權的基礎上就可以對DCS實施操作。

1.2 能夠對斷路器實施在線監測

對于斷路器實施的在線監測最主要的內容包括其機械性能、絕緣性能、觸頭的使用壽命以及回路的完整性等等。從現階段來看，對于斷路器的狀態實施在線監測更多是從如下幾個方面來進行的：

第一，機械性能情況。經過多年的發展，目前對于斷路器機械性能的測量技術已經逐漸成熟，但是想要進行有效的在線監測還具有較大的困難;

第二，GIS機械振動情況。關于此方面的在線監測正處于試驗階段，很快可以大規模應用;

第三，觸頭電壽命。就是指隨著斷路器的使用觸頭的磨損情況是否能夠滿足正常使用要求;

第四，真空泡測量情況。此方面目前更集中在理論研究方面，很難應用在實踐當中。

2 發電廠電氣自動化中斷路器的在線監測分析

目前來看，對于發電廠斷路器所進行的狀態監測主要集中在真空斷路器、SF6斷路器等類型斷路器的監測，重點集中在斷路器電壽命的監測方面。對斷路器電壽命實施線上監測的根據是觸頭燒損程度、開斷電流的高低等等。

2.1斷路器電壽命檢修根據剖析

第一，通過對斷路器的運行原理以及電磨損情況進行分析能夠得知，斷路器執行動作時會形成電弧，這是影響斷路器電壽命最主要的依據。長期受到電弧的影響，斷路器的觸頭會發生燒損，直接影響到斷路器的使用壽命，而開斷電弧所形成的能量（電流、燃弧時間）直接影響著觸頭的磨損情況。由有關的研究資料可以知道，對于單次開斷而言盡管燃弧時長每次都有一定的差別，然而均值是比較接近的。整體而言，隨機要素對于燃弧時長的作用是十分有限的，可僅僅將開斷電流當做斷路器的電損耗標記。可利用觸頭損耗公式核算開斷耗損程度且求其的總和，可把其當作評判斷路器電壽命的標記，這種模式是當前時期評斷斷路器壽命比較合理的方式。

第二，整體而言，斷路器觸頭的電耗損量（m）是絕對量，而這種量的數值與燃弧電流密切關聯。但是現階段很難從斷路器的生產方處獲取總允許磨損量以及觸頭磨損的相應公式，因此很難以此來判定斷路器實際磨損量和電壽命所處情況。正常情況下斷路器的生產方會提供斷路器開斷次數和開斷電流之間的關系曲線，生產方會利用等效開斷試驗來獲取，其準確性相對較高，可以以此來判定斷路器觸頭的磨損和電壽命情況。具體操作為：

假設M表示額定開斷電流狀況下每次開斷電耗損，N表示準許開斷的頻次，這種情況下斷路器所能承受的磨損綜合能夠以N×M代表。此外，假設M表示任一開斷電流下一次開斷電耗損，由斷路器制造企業所供給的N-Ib曲線可以獲得任一開斷電流相匹配的承受范圍內的開斷頻次Nb，這種情況下斷路器能夠承受的耗損總量能夠以Nb×m表示。相應的可以得到斷路器在任一開斷電流狀況下開斷單次電耗損量等同于觸頭能夠承受的耗損總量的相對耗損數值，詳細計算方法是：

總的來說，只要能夠獲取斷路器實際開斷電流情況，就可以利用N-Ib曲線來得到相對應的允許開斷次數，在此基礎上就能夠獲取觸頭的磨損量。

2.2 對于斷路器機械壽命的監測

在進行斷路器機械壽命監測時，主要是利用分布式保護測控裝置來進行，其通過對斷路器分合閘線圈電流波形的監測來實施最終的分析判定。對于斷路器來說，分合閘線圈是最為重要的元件之一，可以通過電流傳感器準確測出電流的具體波形，如圖1所示。

其中T0表示分合命令到達時間，T1表示鐵芯開始運行時間，T2表示鐵芯觸動操作機構的負載而明顯降速或者停止的時間，T3表示開關輔助接點斷開線圈電路的時間。不同節點之間的時間段長短會受到不同因素的影響，其中T1-T0和控制電源、線圈電阻直接相關，而T2-T1能夠充分體現出電磁鐵是否可以正常運行，同時也可以反映出電磁鐵釋放機械負載的情況，T3-T2則能夠體現出操作傳動系統運行的具體情況。從縱坐標來看，可以通過不同的電流情況體現出電源電壓、線圈電阻、電磁鐵鐵芯運行速度方面的信息。通過對上述這些參數的變化情況分析就能夠判定出斷路器某些機械故障的發展情況，特別是對于拒分以及拒合等故障更是能夠準確體現出來。

采用上述方法可以通過測控設施亦或保護測控一體化設備達成對斷路器的線上監視，可以科學評判發電企業電氣自動化中斷路器所呈現的形態。

3 結束語

近些年發電廠的電氣自動化系統有了較大的發展，隨著信息技術的快速提升，在其中增設在線監控系統是目前和今后一定時期的發展趨勢，通過在線監控系統能夠對自動化系統中的斷路器運行狀態實施有效監控，能夠第一時間發現存在的問題并解決，進而確保整個電氣自動化系統的平穩運轉。本論文重點論述了發電廠電氣自動化系統的架構和基礎性能，在此基礎上分析了發電廠電氣自動化中斷路器的在線監測內容，通過本文的介紹能夠對發電廠提升運行安全性提供一定參考和幫助。

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作者簡介：余祥琪（1987-），男，本科，主要從事水利發電相關工作。