一种远方监测分相开关机构打压次数及状态分析装置

潘雄　邱骁奇　付坚　李小强　吴文健　黄建锋

摘要：开关机构是否能正常工作关系到其是否能提供足够的动力促使开关分、合闸。因此，实现对开关机构打压次数及状态功能进行监测，也是对保证电网安全起到很大的现实意义。本文针对需求研究出一种装置可以进行远方监测开关机构的，及时发现频繁打压分项开关机构并分析其原因，有效降低检修工作的难度和减少开关事故。

关键字：开关机构、机构打压次数、机构打压状态、开关故障

1概述

随着人工智能技术的发展，必然会给电力行业带来新的发展，从变电站、输变线路到电力巡检等电网生产环节，都会注入智能化元素。建立智能监控中心，从现场把不同类型的信号、运行数据通过采集及通信远程传至监控中心，实行远程、集中监控，一旦发现异常情况，由智能监控中心发出报警及调度人员抢修，从而实现线上监控，线下抢修的作用。

目前变电站开关机构在1天之内打压次数是有一定范围要求的，如果打压超过要求次数，需对机构进行进一步的观察，如果打压次数在发展，说明泄露点在发展，需要维修。理论计算表明，频繁打压对断路器的直接分合闸性能基本无多大影响，只要不是压力保持不住，使得油压泄为零。一般情况下，保证一次重合闸的能力是绝无问题的。根据运行经验，频繁打压对液压机构间接影响较大，应予以尽快处理，其危害主要有：

（1） 储压筒V形垫磨损大，易造成活塞杆外渗漏油或使油中橡胶末增加。

（2） 接触器接点烧损严重。

（3） 电机因起动电流较大而起动频繁，易烧伤整流子。

（4） 由于油脏导致的频繁打压，使相对运动部件之间的磨损加剧，划伤表面的机会增大，造成内部泄露，影响断路器的开断性能，并更加加剧油脏程度。

（5） 有可能因油脏影响开关的分合能力。

当前变电站开关机构监测现状为：监控可以监测开关机构的打压状态，但三相机构分不清楚哪一相机构起动打压的，对开关机构的状态了解不清楚;对开关机构存在机械卡阻等隐性问题，没能有个监测手段，往往问题暴露了才能发现。

2开关机构频繁打压的原因分析

这些年来，液压开关机构凭借着外型结构，易于满足各种动作需求，操纵简单方便，成本低，可靠性高等优势广泛应用于电力系统，扮演着重要的角色。然而，实际情况中，液压开关机构会出现打压频繁的现象，情况严重甚至影响开关的正常工作。一般导致这种现象出现时由以下几个原因组成。

2.1漏油

漏油会导致液压损失，是影响断路器的机械性能的重要原因;因此漏油是液压开关机构的主要缺点，分为外漏和内漏。外漏是指漏到外面的大气中，漏油主要是因为加工精度不高，器件质量不好，密封性工作做得差所引起的。内漏是指开关机构内部的油液从高压部分流向低压部分，一般是因为油中存在污物导致阀密封不良，一方面是由于检修人员在工作中的疏忽、工艺差和不规范，另一方面是机构内部零件出现生锈所致。除此之外，还有可能是氮气与高压油之间的泄露导致打压前压力偏高。

2.2微动开关故障

一方面如果微动开关调整不当，长时间偏低而造成位移，使停泵、启泵距离发生改变;另一方面触点与触点弹簧片的失灵故障，微动开关触点变形、接触不良、弹簧片受潮变质这些因素都会造成失灵。以上两种情况均会使开关机构出现打压频繁。

2.3温度变化

根据物理学“热胀冷缩”原理，液压油会随着温度变化发生膨胀或者收缩，油压则相应地升高或者降低，出现异常升高或降低现象。若在一段时间内天气变化较大且反复，造成油泵打压频繁。

3装置系统介绍

远方监测分相开关机构打压次数及状态分析装置是为了检测开关机构打压分机构的相线电流，监测开关机构打压分机构的相线电流变化趋势，分析分机构的打压情况以及状态。通过检测到电流的次数来判断是否超过1天之内打压次数的范围要求，如果超过了范围要求则判定为开关机构状态异常，若判定为不可靠，则输出告警。

远方监测分相开关机构打压次数及状态分析装置由主机、检测模块和CT组成，CT作用测量检测目标位置接地电缆状态电流模拟量信号及通讯;采集模块作用是采用RS485通讯网路，将分散的现场数据点的模拟量经AD变换传输到主机;主机作用是给处理采样数据，判断开关机构是否打压，实现显示、储存、告警。

一条相线一个开关机构，CT安装在机构箱里被监测回路上，一个机构箱可安装一个或多个采集模块，具体看CT数量而定，成套系统最多可接入16个采集模块，每个采集模块最多可接入8路CT。因开关机构由三相电流供电，所以一个开关机构会装有3个开口CT分别检测其电源电流，把检测到的电流信号传输到采集模块进行高速且高精准的采样，再通过RS485端口传输到主机进行相应的数据处理。由此来实现远程监控开关机构的打压次数及状态，及时反映现场情况，大大提高了工作人员抢修的效率。

3.1主机硬件结构介绍

主机硬件结构由CPU单元、调试模块、USB下载单元、SD卡存储单元、485通讯单元、显示及操作单元、电源模块、告警节点输出单元组成。

主控CPU我们选用STM32F103ZET6。该芯片是ARM 32位的Cortex?--M3 CPU，具有运行速度快、存储量大、功耗低和各种功能接口数量众多的特点可运行μC/OS操作系统。该CPU最快72MHz工作频率;12通道的12为AD通道;多达112个快速双向I/O口;多达13个通信接口，其中有USB2.0全速接口和SDIO接口。

CPU是主机系统的核心，通过与其他模块配合，完成数据存储及处理，与采集模块和后台进行通讯，显示告警等功能。

3.2采集模块硬件结构介绍

采集模块主要功能是测量1-8路电流信息，传输给主机。模块设计8路CT信号放大与采样电路、下载调试电路、通信电路和存储电路等。实现电流测量，然后有序传输给主机。可以通过软件配置模块实际监测CT数量，不会出现空号支路等问题。

3.3 CT信号处理电路图

电流互感器是依据电磁感应原理。电流互感器是由闭合铁芯和绕组组成，将一次侧的大电流，按比例变为适合通过仪表或继电器使用的，额定电流为5A/1A的变换设备。它是电力系统中电能计量和继电保护的重要设备，其精度及可靠性与电力系统的安全、可靠和经济运行密切相关。

由此可见，电流信号经过输入保护，然后经放大器反向输入端输入，运放正向输入端设计一个电压太高电平，信号通过放大后再经过一个滤波器，最后进行AD转换完成采样。设计目标准确采样1-10A电流。通过上述电路，就可以把CT从分相开关机构采集到的信号，经过处理，最后反馈到主机。

4总结

本文论述了分相开关机构频繁打压的危害以及原因分析，并针对这种现场情况进行远方监测分相开关机构打压次数及状态分析装置的研究。通过这种专用的装置可以解决开关机构的状态监测问题，及时远程发现频繁打压的分相开关，清楚了解分相开关的状态并作出原因分析，做出反措检修。通过对分相开关机构的智能化集中监控，大大降低人工成本，提高工作效率，对于电网建设也是有着很好的现实意义。

参考文献

[1]李兴华，刘小青，液压机构常见问题分析[J].宁夏电力，2010.

[2]李书卿，毕建军，液压机构开关频繁打压原因分析及对策[J].黑龙江科技信息，2012（20）.

[3]郑雷，液压机构油泵频繁启动原因分析及对策[J].高压电器，2010（46）.