SF6高压断路器综合在线监测系统

SF6高压断路器综合在线监测系统

董越肖登明

上海交通大学

摘要本文开发了一套SF6高压断路器综合在线监测系统，对三相主回路电流、动作线圈电流、触头行程、机械振动波形、SF6气体状态参量等多种状态参量进行在线监测，可实时了解断路器的电气特性、机械运动特性、SF6气体状态；建立了远程数据管理系统，可同时对多台SF6断路器进行在线监测，实现了对断路器在线监测数据的横向管理。

关键词SF6断路器；在线监测

1引言

近十年的统计数字表明，每次断路器事故平均损失的电量达数百万千瓦时，其损失为设备成本的数千倍甚至万倍。因此，电力运营部门对保证高压断路器的运行可靠性提出了迫切的需要和更高的要求，保证断路器运行的可靠性已经成为发电和输配电企业适应电力市场竞争的迫切需要，用状态检修取代传统的定期检修，是高压断路器发展的必然趋势。

目前开发的一些监测系统中存在以下几个问题:一、监测量少，功能单一。多数系统只局限于研究断路器的电气或机械某一方面的特性，如监测分、合闸线圈电流、分、合闸速度、累计开断次数等等;二、缺乏系统性和综合性。对断路器的监测功能只是作为微机保护或录波装置的一个功能模块加以开发;

三、对断路器的运行状态的识别缺乏有效的数学方法和技术手段。

本监测系统对三相主回路电流、动作线圈电流、触头行程、机械振动波形、SF6气体状态等多种状态参量进行调理、采集、传输，管理人员可实时了解断路器的电气特性（如触头电寿命、合分闸线圈工作是否异常等）、机械运动状态、SF6气体状态（如压力是否异常、湿度是否超过绝缘标准等），在上位机管理系统中建立远程数据库，结合信息传输技术，实现对多台断路器状态参数的远

程监测及横向管理。

2断路器在线监测系统的实现

2.1设计方案

本方案的应用对象是上海超高压输变电公司杨思变电站3组沈阳高压开关厂生产的LW12-252型断路器（配气动弹簧机构,3组共9台），结合LW12-252型断路器的结构特点，系统设计方案如下：2.2传感器的选择

针对各在线监测参数，本监测系统采用气体压力传感器、湿度传感器、温度传感器、电流互感器、霍尔电流传感器、位移传感器、加速度振动传感器。

位移传感器。根据断路器操动机构部分的结构特点（见图2），选择CWY-DW-C-250滑阻型位移传感器，该传感器最大量程为250mm ，采样电阻5K Ω，精度0.1%；其原理是将可变电阻滑轨定置在电位器的固定位置通过滑片在滑轨上的位移来测量不同阻值，同时电位器滑轨连接稳态直流电压，允许流过小电流电压，滑片与始端之间的电压，

与滑片移动的长度成正比。

图2安装于断路器操动机构的滑阻型位移传感器

加速度振动传感器。这里选择L0102T 型压电式加速度传感器（见图3），该传感器是内装微型IC 放大器压电加速度传感器，将传统压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，能直接与记录、显示和采集仪器连接，简化了测试系统，提高了测试精度和可靠性。该传感器频响为13KHz ，具有量程大、抗干扰、安装方便、性价比高等特点。断路器动作时，会产生极大的振动，需要传感器与安装点之间的连接十分牢固，最好选用螺钉安

装方式。

图3安装于断路器操动机构的压电式加速度传感

器

SF6气体状态监测模块主要包括湿度传感器、压力传感器、温度传感器。SF6气体作为断路器的绝缘介质，要求其湿度不能超过绝缘标准，需要适用低湿环境下的高精度湿度传感器测量；这里采用JCJ200M 型露点传感器，通过测量微水环境下的结露温度可来得出其水分含量；该传感器稳定性好，测量精度高，测量维护简单，且成本较低。

断路器灭弧室中SF6气体的压力一般在0.5MPa 左右，这里采用量程为0~1.0MPa 的WP401B 型气体压力传感器。

空气压缩机的马达工作状态也是主要测量对象。这里采用WP401A 型压力传感器监测压缩机的空气压力，运用电流传感器实时监测马达启动电流。通过马达起动电流的历史波形，可以了解合闸弹簧压缩过程中的储能情况，运用计时和开关量模块，来实现对运转时间、启动次数的监测。

选用磁平衡式霍尔电流传感器，可以在不变动运行设备已有接线的情况下，很方便地取得断路器动作时合、分闸线圈的电流信号。根据测得的电流波形计算操动机构的启动时间、拉杆运动时间、线圈通电时间等，同时结合断路器自身的参数范围，判断操动机构的运行状态。断路器绝缘套管的泄漏电流，反映着外绝缘的绝缘状况。

这里采用电流互感器监测断路器外绝缘的泄漏电流。断路器开关电气寿命是监测的重要部分，每次动作时断路器主回路电流均被记录。断路器绝缘套管的泄漏电流，反映着外绝缘的绝缘状况。

2.3现场采集模块

这里将采集到的状态参数分为两种：稳态参数和暂态参数。稳态参数主要包括主回路三相电流、空压机马达的三相交流电流、SF6气体的压力、温度和湿度、空压机的空气压力和现场的温度。暂态参数指的是断路器动作时的状态参量，主要包括分、合闸线圈电流、断路器触头行程以及机械振动信号。

这里选用adlink的PCI9113型采集卡来采集稳态数据。该采集卡拥有32个通道，12位A/D转换，其内部采用光耦隔离，抗干扰性强，需注意的是工作时采集卡必须接地良好，否则会产生静电积累现象，直接导致采集卡故障。

对于暂态参量，选用NI的6220型采集卡，该采集卡具有16通道，16位A/D转换，并且具有250K的高采样率，抗干扰能力强，满足采集高频振动信号的要求。