断路器机械特性在线监测系统设计

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[提要] 高压断路器是电力系统中最重要的控制设备和保护设备。本文主要以dsPIC6014A为控制芯片实现断路器机械特性在线监测系统的软硬件设计。

关键词：断路器机械特性；dsPIC30f6014A；485通信

中图分类号：TM56 文献标识码：A

收录日期：2014年4月30日

在电力系统中，最重要的控制和保护设备就是高压断路器。它不仅检修量大，而且费用也高。电力系统的运行状态和负载性质也是多种多样的，作为控制、保护元件的高压断路器，要保证电力系统的安全运行，对它的要求也是多方面的。本系统对断路器的重要参数进行了长期的连续的在线监测，不仅可以通过对机械特性参数的在线监测来判断断路器的工作状态分析发展趋势，还能基于断路器厂家提供的断路器额定短路电流开断次数，计算每次分闸对应的触头电寿命损耗，并用此法来预测触头电寿命，从而延长设备的保养维修周期，降低成本，提高电网的自动化程度。

一、断路器的组成结构及工作原理

高压断路器按功能可分为以下几部分：导电部分；绝缘部分；解除系统和灭弧装置；操作系统。

高压断路器依靠其机械部件的正确动作来完成其职能，因而每个组成部件的机械牢固性极为重要。断路器的基本结构包括支架，灭弧室，导电回路，传动机构，绝缘支撑，操动机构六部分。断路器的传动链一般由机构传动连杆、拐臂、主轴、绝缘推杆、三角拐臂和触头弹簧装置等构成。操动机构通过绝缘拉杆、触头弹簧等同真空灭弧室的动导电杆相连，带动导电杆运动完成合、分闸操作。

分闸速度的降低将使电弧的燃烧时间增加，从而加速断路器触头的电磨损降低断路器的使用寿命；分闸速度过高，又会使运动机构承受过大的机械应力和冲击，造成个别部件的损坏或者缩短使用寿命；断路器分合闸的不同期将造成线路和变压器的非全相运行，从而可能出现导致绝缘损坏的危险的操作过电压、继电保护误动作等不利现象。因此，断路器的机械特性参数对电网的稳定运行意义重大。

二、dsPIC30f6014A芯片简介

dsPIC30f6014A是Microchip公司生产的一款内置DSP功能的单片机，它包含144K的Flash程序存储器，8K RAM，4K EEPROM，工作电压范围为2.5-5.5V，且其内置看门狗、12位A/D转换器。丰富强大的外设大大简化了系统的硬件设计。

三、在线监测系统硬件设计

本系统的硬件设计框图如图1所示。（图1）硬件主要由4路输入传感器、dsPIC6014A单片机、二阶滤波电路、485通信接口等组成。控制芯片为dsPIC6014A单片机，它控制系统的采样率，点亮系统状态指示灯并通过485通信口向后台传输数据。后台软件可实现对断路器机械特性的实时监测，在接收到数据的同时绘制出断路器动作的行程曲线、分合闸线圈电流曲线、储能电机电流曲线同时根据辅助触点计算出断路器动作的时间和速度。后台软件可完成图表打印、历史数据存储等多种管理功能，当断路器动作异常时立即发出警报。

四、在线监测系统软件设计

本系统软件设计的主要思想是：系统初始化后开始监测断路器是否动作，如果断路器动作，系统就以设定好的采样频率对四路传感器信号依次采样，当系统探测到采样结束后，将数据通过485通信方式发送到上位机进行处理并显示。

五、结论

图2所示为断路器分闸操作，单片机采样并经过多次平均值滤波处理后的行程特性曲线及分闸线圈电流特征曲线。本设计在项目初对国内外产品市场做了大量的调研，并在传感器选型方面做了大量工作。本设计给出了断路器机械特性参数检测的实现方法，尤其在模数转换过程中，通过键入相关电路与算法大大提高了数据采集与处理的精确度。本产品性能可靠，稳定性高，已通过国家性能试验，并用于多个工程项目，得到用户的广泛好评。（图2）

主要参考文献：

[1]易慧，尹项根，胡文平，邵德军.断路器综合在线监测分析[J].水电能源科学，2006.

[2]邓帮飞.高压断路器机械特性监测及故障模式识别方法研究[D].重庆大学硕士学位论文，2008.5.