断路器在线状态监测仪使用手册

BSM-800断路器在线状态监测仪安装使用指南

版本 3.0

许继昌南通信设备有限公司

2009年10月

前言

本手册是BSM-800断路器在线状态监测仪的安装使用指南，提供了断路器监测以及BSM-800安装使用相关内容。

本手册的使用人员包括：

?安装人员

?电气工程师

警告：应该严格遵守本指南的所有程序。任何与程序不符的行为可能会导致所监测断路器或BSM-800不可预料的损坏。

一旦发现运输包装箱有任何外观损坏，应该立即报告许继电气股份有限公司。

请妥善保存所有的文档（产品系列号，手册等），便于参考和质保。

为便于阅读，手册前面部分列出了详细的目录。

许继电气股份有限公司断路器在线状态监测仪安装试用指南

目录

1 应用概述 (2)

2 功能规范 (3)

2.1 产品功能 (3)

2.2 输入信号 (4)

2.2.1交流信号 (4)

2.2.2直流信号 (5)

2.2.3 开关量信号 (5)

2.3 输出信号 (5)

2.3.1 LED显示 (5)

2.3.2 继电器 (6)

2.3.3 通讯端口 (6)

2.4存储 (6)

2.5性能参数 (7)

3 硬件安装 (7)

3.1 安装位置 (7)

3.2 安装所需工具： (8)

3.3 传感器 (9)

3.4 接线端子定义 (9)

3．5 现场安装图 (11)

3.6 安装步骤 (11)

4 应用指南 (12)

4.1 断路器磨损 (12)

4.1.1机械状态 (12)

4.1.2 绝缘材料的性能 (13)

4.1.3由于负荷造成的主触点侵蚀 (13)

4.2断路器动作过程 (13)

4.3 BSM-800参数设置 (17)

1 应用概述

随着电力系统朝着高电压、大容量的方向发展，保证电力设备的安全运行越来越重要，停电事故给生产和生活带来的影响及损失也越来越大。自六十年代以来，国内的某些大型电力网络出现了一些大的停电事故，给国民经济造成了巨大的损失。“八五”期间，我国主要电网中由于设备故障而直接引发的电网事故约占事故总量的26.3%，可见提高设备的运行可靠性是保证电力系统安全运行的关键。及时了解电力设备的工作情况，对电力系统的故障作出先兆判断是十分重要的。尤其是在电力设备的运行过程中通过必要的监测和试验手段有效地判断其运行状态，将会对提高设备运行可靠性、减少事故发生具有重要的意义。

高压断路器是电力系统一次设备中检修维护工作量最大的设备，有关统计表明，一半以上的变电站维护费用是花在开关上，而其中60％以上又是用于断路器的小修和例行检修上。以往断路器的维修，多采用定期进行预防性检修，不论设备运行状态、受损情况如何，都要定期对设备进行检修。在大多数情况下，以时间为基础的预防性定期维护是不经济的，许多断路器的故障率并不因为周期性检修而降低，而且有些被检修后断路器的可靠性又常常因人为因素的干预而降低；每台断路器的实际故障情况不能预示，以至以时间为基础的预防性定期维护并不能及时有效地排除故障。针对断路器是连续运行的设备，为保证断路器的运行可靠性，在选择维护周期时，往往比较保守，造成了不必要的浪费。定期维护、检修都会直接影响电力系统的电网稳定运行，经济损失大。而断路器在线监测能够实时了解断路器的状态，减少过早或不必要的停电试验或检修，做到应修则修，这样就可显著提高电力系统的可靠性和经

济性。

许继昌南公司研制的断路器在线状态监测仪BSM-800，将为断路器的检修提供科学依据，其作用主要有：

●节省大量维修费用；

●延长设备使用寿命；

●提高供电可靠性；

●减少检修风险。

2 功能规范

2.1 产品功能

BSM-800断路器状态监测仪可应用于10kV到500kV各种类型（少油、多油、真空、SF6）断路器的在线监测，并可以直接安装在断路器控制柜或控制室内，安装方便。它能够监测断路器导电回路、控制回路、储能机构的状态，记录主要开关触点的磨损状况。该仪器通过监测断路器每一次分合闸动作期间产生的下列参数，来实现上述功能：

●分合闸时刻

●断路器分/合状态

●分合闸动作次数

●电弧持续时间

●主触头累计电磨损（以I2T表征）

●线圈分合闸时间

●辅助触点动作时间

●储能时刻

●储能次数

●分合闸过程三相电流波形

●分合闸线圈电流波形

●储能电机工作电流波形

2.2 输入信号

2.2.1交流信号

三路交流信号（A、B、C相）的测量是利用穿芯式CT测量断路器所在线路保护CT线圈二次侧电流信号，穿芯式CT（变比1000：1，最大输入100A）输出的信号作为BSM-800的交流输入信号，该信号正比于保护主CT线圈二次电流值，用来计算电弧持续时间和触点的累积的I2T。

穿芯式CT性能参数如下：

2.2.2直流信号

直流信号的测量包括分合闸线圈电流与储能电机工作电流测量，共需要3只霍尔传感器（变比500：1，最大输入10A）。如果储能电机电源为交流，输入信号经过整流后再进行测量。

霍尔传感器的性能参数如下：

2.2.3 开关量信号

开关量信号是断路器常开常闭辅助开关的开闭状态信号，该信号用于指示断路器的开合状态以及计算辅助开关动作时间。

2.3 输出信号

2.3.1 LED显示

两个LED（红色与绿色）用于指示断路器的分合状态。红色对应合

闸状态，绿色对应分闸状态。这两个LED闪烁表示BSM-800测量到的断路器状态既不是分也不是合，而是一种不确定的错误状态。

2.3.2 继电器

两个继电器用来报警，干节点为3Amp，250V AC或30VDC。这些节点不是用来切断DC感应负载的。当监测参数超过高报警阈值时一级报警继电器闭合，当监测参数超过高-高报警阈值时二级报警继电器闭合。

2.3.3 通讯端口

此仪器有RS-232和RS-485两个通讯端口，这两个端口都采用了暂态过电压防护与光隔离技术。两个端口的通讯参数设置为：

●数据位数：8

●停止位数：1

●奇偶校验：无

●波特率：9600bps

●流量控制：无

该仪器可以通过RS-485端口连接成一个网络并由一台计算机对其进行控制，一个网络中最多可以包括128台监测仪。

2.4存储

BSM-800采用非易失性的flash作为存储介质。存储器按照先进先出的记录原则保存最近发生的50个断路器动作数据和20个储能电机动做数据。

2.5性能参数

●电源：220V AC, +/- 20%，负荷最大为15V A。

●温度：-40 ~ 70 摄氏度

●采样频率：100 x 50Hz=5000Hz

●最大电弧时间：10个周波

●继电器:电流，3A；电压，220V AC 或220VDC

●抗高频干扰：GB/T 17626.12-1998

●抗浪涌：GB/T 17626.5-1998

●抗静电干扰：GB/T 17626.2-1998

●电源电压突降：GB/T 17626.11-1998

●抗瞬变脉冲群：GB/T 17626.4-1998

●抗工频磁场干扰：GB/T 17626.8-1998

●环境：ANSI C37.1

●重量：1公斤

●尺寸：185长×150宽×80高,单位为毫米。

3 硬件安装

本节介绍BSM-800装置的硬件安装要点、步骤及注意事项。安装装置前请认真阅读本章内容。

3.1 安装位置

BSM-800装置通常安装在断路器所在线路的CT端子箱中。根据现场的不同情况，可选择的安装方式如下表所示。

择替代安装方式。

3.2 安装所需工具：

4mm 平口螺丝刀 4mm 十字螺丝刀 钳子或可调节扳手 拔线钳 尖口钳

电钻

3.3 传感器

传感器：3只，CHG-500/SP1，5A/10mA，用于测量CT

定义：红（正极），黄（负极）

传感器：3只，CHG-2000/SP1，50A/25mA，用于保护CT

定义：红（正极），黄（负极）

传感器：3只，LA-50P/SP11，10A/20mA，用于分闸线圈电流，合闸线圈电流以及储能电机工作电流

定义：红（供电正极），黄（信号），黑（供电负极），白（不接）

3.4 接线端子定义

RS232串口

装置作为数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment），其RS-232串口通信采用标准RS-232端口，三线制接法，其定义如下：

3．5 现场安装图

3.6 安装步骤

1．选择安装位置，在断路器控制柜中钻孔。

2．打开包装箱，检查装置是否有外观损坏。如果有，应该立即报告许继电气股份有限公司。

3．按照附录的装箱清单，检查装置及附件是否齐全。

4．使用相应尺寸的螺栓连接装置和控制柜。

5．将电流互感器安装至控制柜中的测量和保护用互感器的二次接线端，以及分闸线圈、合闸线圈以及电机工作电源线上，皆为穿心

式安装。

6．连接装置的电源线，辅助开关输入信号线。

7．连接485接口信号线

8．确认安装无误后，打开电源。

4 应用指南

4.1 断路器磨损

断路器的磨损表现在机械机构性能、用来灭弧的绝缘材料的性能以及断路器开断电流造成的的主触点的侵蚀等方面。BSM-800通过监测反映断路器磨损的特征参数实现对断路器状态的监测。

4.1.1机械状态

断路器的分合闸期间，机械动作实质上由三个部分组成：闭锁动作，移动，移动结束。可导致机械机构出现问题的原因如下：

●分合闸线圈故障

●弹簧机构内部粘着

●缺乏润滑

●组件之间的粘结

●轴承卡住

●储能系统受损（弹簧，气动装置）

上述任何一种故障都可降低断路器移动的速度。伴随着速度的变慢，可监测到分合闸过程时间增长。这是由于关系式D=V*T，这里V 是速度，或速率（米/秒），T是时间（秒），D是距离（米）。要解得T，等式转换为T=D/V。任何速度的降低必然伴随着时间的增加。BSM-800

监测分合闸移动经历的时间来确定断路器的机械状态。

4.1.2 绝缘材料的性能

在给断路器发出一个分闸命令后，通过监测电弧出现的时间来判断断路器灭弧的能力。如果机械移动时间与负荷电流保持不变，但是电弧持续时间有所增加，我们就可假设在电弧室里一些绝缘材料已经发生了损坏。能够导致断路器灭弧能力发生问题的因素如下：

●油被污染（对于少油、多油断路器）

●气体被污染（SF6断路器）

●档板磨损

●喷管烧蚀

BSM-800监测电弧持续时间以帮助确定电弧室里的绝缘材料的状态。

4.1.3由于负荷造成的主触点侵蚀

断路器主触点的磨损主要来自于电弧带来发热。在每一次电弧期间，断路器主触点的腐蚀对于I2T来说是按比例的。

BSM-800监测断路器每次动作中每相的I2T值，保存每个触头承受的累积I2T以帮助确定电弧室里主触点的状态。

4.2断路器动作过程

BSM-800通过监测断路器分合闸过程的三相电流、常开常闭辅助开关的状态、分合闸线圈的电流以及断路器储能电机工作电流来实现对断路器状态的监测，下图是断路器分闸过程典型的时序图。

4.2.1 分闸过程

继电保护装置发出分闸命令，同时断路器分闸线圈带电，经断路器固有分闸时间延时后，断路器动静触头分离，再经燃弧时间后故障电流切除，分闸完成。分闸动作时序如下图所示。

t1---故障开始时刻

t2---保护分闸命令输出时刻(分闸线圈开始带电)

t3---动静触头分离时刻

t4---故障电流灭弧时刻

t5---分闸线圈回路辅助触点断开时刻

在分闸过程中存在下列参数：保护动作时间(含定值延时)T1 ；分闸线圈带电时间T2；分闸时间T3；燃弧时间T4；固有分闸时间T5 。

4.2.2 合闸过程

继电保护装置发出合闸命令(或手动合闸)，同时断路器合闸线圈带电，经断路器固有合闸时间延时后，断路器动静触头接触，再经插入行程后，合闸完成。合闸动作时序如下图所示。

t6--合闸命令发出时刻（合闸线圈开始带电时刻）

t7--断路器一次断口电弧接通时刻

t8--动静触头接触时刻

t9--合闸线圈回路辅助触点断开时刻

在合闸过程中存在下列参数：合闸时间T6；固有合闸时间T7；合闸线圈带电时间T8 。

4.2.3 储能过程

储能机构中合闸弹簧强度下降、部件磨损或卡涩、电机故障、微动开关故障等，对断路器的储能或分合闸操作产生不利影响。通过监测储能电机的电流能够监测弹簧、储能机构以及电机和微动开关的状态。储能期间电机电流的典型波形：

I st

Ia

I

阶段I，t=t0~t1，为电机的起动阶段。起动电流峰值Ist的大小由电源电压和电机的参数决定。

阶段II，t=t1~t2，作用在储能轴上的力矩不大，在此阶段电流略有上升，但可基本认为是常数Ia。

阶段III，t=t2~t3，作用在储能轴上的力矩明显增大，点击电流显著上升。t3时刻力矩达到最大值，电机电流也达到最大值Im。

阶段IV，t=t3~t4，作用在储能轴上的力矩减小，电机电流下降。t4时刻弹簧达到预期位置。

阶段V，t=t4~t5，弹簧到达预定位置后，微动开关将电机电流切断。储能过程结束。由电机的电流波形可以得到下列参数：电机启动电流的峰值Ist，储能期间的电流峰值Im和平均值I,电动机的起动时间t1-t0，最大力矩时间t3-t0，储能时间t4-t0，电流切断时间t5-t4。

4.3 BSM-800参数设置

4.3.1 运行参数

保护CT变比

输入保护CT变比使得BSM-800能够把负载值反映到断路器所在的

一次侧线路上。例如：

给定一个1000:5的保护CT用于一个给定的断路器

计算：1000/5=200

保护CT变比=200

◆每相的预置

预置每相累积磨损的危险点设置百分比的能力使BSM-800能说明在安装之前已经发生的任何中断负载磨损。这个问题通常可被分为两类：

新的断路器，或者最近被重新整修的断路器，触点的I2T磨损基本为百分之零。

最近没有维修的已投运断路器，有两种方法用来估计遮断负载磨损的百分比：

1 根据来自波形图的跳闸记录进行计算。

2 依靠经验丰富的现场工程师/技术人员，他们能估计出触点的状态并鉴定出消耗的使用寿命的百分比。

◆固有分、合闸时间

查阅断路器说明书或与断路器厂家联系确定固有分、合闸时间。

◆额定触头寿命

额定触头寿命与触点磨损的极限有关。断路器生产厂家的铭牌资料一般都提供了足够的信息用以计算触点磨损的I2T界限。有些断路器铭牌没有提供所有需要的信息，然而，使用ANSI C37.06-1989提供的指导准则有助于导出极限的I2T负载磨损的预计值。所用的等式是：额定触头磨损=（NF）* I2T，这里NF是故障额定中断数的最大值，I是全部的额定故障电流（对称的），T是断路器的电弧时间。使用电弧时间是因