1、:./.低压断路器自动化状态监测系统设计与应用吴 限(甘肃酒钢(集团)宏联自控有限责任公司甘肃 嘉峪关)摘 要:低压断路器作为电力系统重要保护及控制设备其运行安全可靠性对于保障配网安全至关重要 文章针对传统低压断路器不具备通信功能、运行状态可控性差等问题基于断路器智能化技术应用的研究提出了一种基于 的低压断路器自动化状态监测系统设计方案 重点论述了设计目标、其硬件与软件设计及功能的实现系统经过应用验证可对断路器电压、电流、温度等核心工况参数进行实时采集与智能监控同时具备三段电流、单相接地等多种保护功能实现了低压断路器数字化、智能化的设计目标关键词:低压断路器状态监测智能监控中图分类号:文献标识
2、码:文章编号:()(.):.:引 言随着我国经济与电力系统的飞速发展各领域的用电需求及供电规模不断增大智能化低压配电网目前作为直接与用户相连的重要电网其发展趋势已经成为行业关注的焦点 低压断路器作为广泛应用于低压配电系统各馈出线及用电终端控制保护的核心设备其性能及可靠性直接影响着整个配网线路的安全稳定运行 传统低压断路器保护动作时间较长整定值调整困难且不具备通信功能无法实时掌握断路器状态可靠性较差 为满足当前智能化配电网的发展低压断路器应具备可视化、自动化及网络化功能针对上述问题得到对低压断路器监测及智能保护技术进行研究设计了一套基于 芯片控制的低压断路器智能监控系统通过对硬件电路及上位机软件
3、设计实现了对低压断路器的测控、通信及智能保护功能 此系统不仅可对断路器电压电流等运行状态参数进行远程实时监测同时还具备多种保护功能可有效提高低压断路器保护动作精度、运行可靠性及智能化程度对智能配电网发展具有实际应用价值 低压断路器智能监测方案设计.系统功能需求分析为实现对低压断路器的智能监控系统设计关键包括以下三方面:通过可靠通信手段使断路器具备数据远程传输功能通过各类传感装置对断路器工况参数进行采集实时监测断路器运行状态系统应具备三段电流保护、单相接地保护、过压保护等多种断路器保护功能具体功能需求分析如下()断路器分合闸过程监测 系统可对断路器分合闸次数进行统计监测并对分合闸过程中短路电流存
4、在时间及变化过程进行实时采集从而判断断路器机械寿命及健康状态()断路器分合闸电压监测 系统可根据分合闸电压采集值判断是否闭锁分合闸并发出报警信号()综合保护功能 系统为断路器提供短路瞬时保护、短路短延时保护、过载长延时保护、过电压保电力与装备 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用收稿日期:作者简介:吴 限()男辽宁海城人主要从事高低压电气设备的自动控制及 后台监测设计方面的科研工作护等多种保护功能()“四遥”功能 系统具备上位机远程分合闸控制、电网参数实时计算、断路器运行状态远程监测、断路器参数远程在线修改整定等四遥功能.系统总体设计通过上述系统功能需求分析对低压断路器智能监控系统进行模块
5、化设计系统核心部分为断路器智能控制模块 相比于传统利用辅助开关与继电器控制的机械结构智能控制模块可准确输出断路器分闸、合闸信号通过内置传感设备可对断路器运行参数进行采集并通过通信单元实时将数据上传至远程监控平台实现低压断路器的远程监测与数字化自动控制 系统总体结构如图 所示图 低压断路器智能监测系统总体结构 由图 可知除低压断路器本体外整个系统由断路器智能控制模块及远程监控平台组成 智能控制模块作为系统核心功能部分主要由数据采集、数据通信和智能控制三大基本单元组成 数据采集单元主要由各类传感设备及调理电路组成用于实时采集断路器各类工况参数智能控制单元由 控制器组成通过对数据采集单元所采集的模拟
6、信号进行分析处理与预设整定参数进行对比判断目前线路运行状态并输出分合闸信号对断路器进行远程控制数据通信单元采用 总线与远程监控平台进行通信实现数据远程传输并与远程监控平台进行实时显示与控制 低压断路器智能监控系统设计.系统硬件设计文章采用 型 控制器作为系统下位机智能控制单元下位机通过 总线与监控平台进行通信系统硬件结构如图 所示 ()硬件选型设计智能控制单元作为系统核心运算处理部分其运算速度、存储量及通信功能需满足系统需求 文章选用 型 控制器作为一款 位增强型 其内部集成了 的 存储器及 的 存储器具备 个/接口、个/通道及串行通信接口支持、总线等多种通信方式可满足系统采集与控制需求图 系
7、统硬件结构图()数据采集模块选型设计根据系统监测需求采集数据包括低压断路器 路相电流、断路器 路相电压、断路器 路分合闸线圈电流及断路器温度其中 路电压、电流信号是反应断路器运行状态的关键参数 文章采用电压互感器及电流互感器对三相电压电流进行采集并输出小电压电流信号并可用作控制器监测量及保护量 同时互感器可作为强电与弱电信号的电气隔离从而提高控制模块抗干扰性针对电流测量部分相比于铁芯式电流互感器空心电流互感器在测量范围、线性度及频响范围等方面更具优势且易于数字化 因此文章选用 空心精密型电流互感器进行测量其额定输入电流 额定输出电路.匝数比 线性范围为 测量精度.非线性度可以控制在.内满足断路
8、器三相电路采集需求针对电压测量部分文章采用电流型电压互感器进行相电压测量电流型电压互感器匝数比为 输入电压需通过在一次绕组接入限流电阻转换为毫安级电流二次绕组通过电阻取样得到电压信号其结构原理如图 所示图 电流式电压互感器结构原理图机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)电力与装备 由图 可知输入电压 经过限流电阻 后得到一次电流 经过变比为 的线圈后得到幅值相同的二次侧电流 最后经采样电阻 得到输出电压 电压互感器型号选择 其额定输入电流及额定输出电流均为 电压限值为 测量精度可达.具有精度高、稳定性好、线性度良好等优点为实现对断路器执行机构动作情况的监测文中采用分合闸线圈动作电流检测方案
9、对断路器分合闸时间进行计算从而判断断路器分合闸动作情况 分合闸线圈动作电流采用 型霍尔传感器进行测量分合闸线圈电流 通过霍尔传感器输出 的小电流信号 经过阻值为 测量电阻 可将输出电流 转换为 电压信号 通过滤波输入至 控制器/接口完成分合闸线圈电流模拟信号的采集 霍尔电流传感器的结构原理如图 所示图 霍尔电流传感器结构原理图 为了实现对断路器发热情况监测文章选用 型无源感应取电式温度传感器对断路器温度进行测量 测量范围为 测量精度可达.温度传感器可通过 感应取电无需外接电源启动电流安装使用方便测量精度高可满足对断路器的温度测量需求.系统软件设计文章基于 软件、采用 语言对系统主程序进行编译设
10、计系统主程序主要包括断路器运行参数采集、整定值设置、电流电压有效值计算及参数对比判断故障四部分主程序运行后完成初始化与自检确定系统正常后通过上位机配置并读取整定值参数随后启动 采集子程序对断路器三相电压电流等信号进行采集完成一个采样周期后通过上位机内置程序计算本周期断路器电压电流有效值并与整定参数进行对比如超过整定值判断断路器发生故障立即执行故障处理子程序输出脱扣信号并隔离故障系统主程序流程图如图 所示图 系统主程序流程图 系统应用效果为验证系统运行可靠性及使用效果文章在实验室环境下对低压电网进行模拟并对系统控制下的低压断路器保护动作情况进行测试 系统主保护为三段电流保护包括过载长延时、短路短
11、延时及短路瞬时三部分通过设置三组实验对系统三段电流保护性能进行测试系统通过上位机对三种保护的动作电流值及动作时间进行设置设定值分别为:过载长延时保护整定值 动作时间 输入电流.、.、.、.、.短路短延时保护整定值.动作时间.、.、.、.、.输入电流.短路瞬时保护整定值.输入电流.、.、.、.、.三组实验数据如表 所列表 过载长延时保护测试实验数据动作电流/理论动作时间/实际动作时间/误 差/.表 短路短延时保护测试实验数据动作时间定值/理论动作时间/实际动作时间/误 差/.(下转第 页)电力与装备 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用气器旁的气路旁通阀 由于制备的是超高压该压力值往往超过蓄
12、能器的工作压力此时必须关闭蓄能器进油截止阀否则会造成蓄能器安全阀的开启造成气泵无法制备超高压的情况众所周知在气泵功率一定的情况下如果需要升压的液压油的量越多在压力升高值一定的情况下所需时间越长 因此为了能够让气泵快速给系统升压在进行剪切作业时可以在远控台上将部分执行机构的换向阀置于中位以避免该执行机构液缸的液压油也进行升压 结 语文中针对剪切闸板防喷器的剪切刃结构和密封做了介绍给出了剪切闸板防喷器的工作原理及剪切过程对带有剪切闸板防喷器井口防喷器组的配套及安装存在的问题的风险进行了分析通过对远控台工作原理分析得出制备高压液压油的操作对实施有效剪切管柱作业实现井控安全有一定指导意义参考文献:叶玉
13、麟韩传军谢 冲等.剪切闸板胶心密封特性研究.石油机械():.李 杨.防喷器剪切闸板剪切能力现场评估及应用.石油化工建设():./.钻井井控装置组合配套、安装调试与使用规范.杨永宁赵荣军孟宪宁等.液压防喷器剪切闸板的设计.石油矿场机械():.张耀明.剪切闸板在井喷失控抢险中的成功运用.钻采工艺():.(上接第 页)表 短路瞬时保护测试实验数据输入电流/动作时间/输入电流/动作时间/.由实验数据可知在系统控制下低压断路器保护功能运行良好其中过载长延时保护平均动作误差为.短路短延时保护平均动作误差为.短路瞬时保护动作时间均在 以内 当系统检测到大于整定值的故障电流时系统能准确、迅速发出开断信号系统电
14、流保护精度及速断性能良好达到预期目标 结 语针对传统低压断路器缺乏监测手段、保护精度较低等问题文章基于断路器智能监测技术应用及实践设计了一套基于 控制的低压断路器智能监测系统其功能可实现断路器运行状态实时监测及高精度电流保护作用 文中通过对设计系统的应用实践测试得出了有效参考数据验证了系统保护动作精度高速断性良好具有一定推广应用价值参考文献:朱 可.低压断路器故障监测与诊断研究.科技创新与应用():.宋晓亮.低压断路器健康状态监测和故障诊断研究.自动化应用():.董 欣唐培林.电力系统的低压断路器自动化与智能化分析.电子技术与软件工程():.段青李凤祥田兆垒等.低压断路器机械特性的在线监测技术
15、研究.低压电器():.赵成晨李 奎胡博凯等.变应力条件下低压断路器剩余电寿命预测.中国电机工程学报():.(上接第 页)进行研究给出了一种能较好控制此类零件变形的加工工艺并验证了该工艺的可靠性 然后给出了优化后的加工刀具路径并进行了数控程序运动仿真提出了此类大型薄壁零件在走刀方式和机床坐标变换加工过程中该注意的问题 最后分析了加工结果中的缺陷 这对于大型板类零件批产工艺具有很高的参考价值参考文献:吕 军杨 雷吕建.薄板类零件加工工艺研究与改进.雷达与对抗():.王永军张青才王永杰.粘胶紧固法在高精度薄壁零件加工中的装夹应用.金属加工(冷加工)():.任唯明.真空吸附铣削夹具的设计及加工.中国新技术新产品():.王 磊王心怡.数控加工中心刀具和切削用量的选择探讨.内燃机与配件():.汤光平.铝合金去应力热时效的作用.机械工程材料():.刘绪弟张桂珍张永红.大型薄板零件加工变形控制工艺.金属加工(冷加工)():.李志强.数控铣精密薄壁零件加工工艺探讨.橡塑技术与装备():.经验交流 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用
