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金屬封閉高壓開關柜的智能化技術
閱讀：1690 發布時間：2013-11-3配、變電網的自動化是今后發展方向。為了對配、變電網進行運行監控和管理、運行計劃模擬和優化、運行分析和管理、用戶負荷監控和故障報警，配、變電網主站需要獲取現場一次設備（成套中壓開關設備、斷路器及變壓器等）信息，同時也需要一次設備不但能執行遠地主站命令，而且也能就地完成合、分閘等命令，因此要求中壓開關柜（即一次系統）提高智能化程度。
另外，計算機技術及電磁兼容性（EMC）水平提高（即能抗強電磁干擾），信息傳感技術、微電子技術、通信及數據處理技術的普遍應用和發展，也促進了成套中壓開關設備智能化進程。
智能化中壓開關設備主要由硬件與軟件組成：（1）可控操作的高可靠開關設備；（2）測控保護裝置具有保護、測量、監視、控制及通信等功能；（3）在線檢測裝置可對SF6斷路器、油斷路器、其它電器設備及環境等進行實時監測；（4）先進的傳感器可實現各種信號可靠轉換；（5）中壓開關柜的結構緊湊、小型化。
智能化測控裝置的核心器件是微處理機，裝置充分利用數字技術和軟件技術，將保護、監視、控制、測量與通信集于一身，在相同的硬件環境下，可實現多種功能。
（１）基本保護功能：有方向或無方向的過流和接地故障保護；低周減載保護；自動重合閘功能（后加速）；零序電壓、過電壓和低電壓保護；斷路器失靈保護；電流速斷、*速斷及反時限過流保護。
（２）控制功能：保護跳閘、合閘，遠方、就地控制，各種信號控制及控制對象的顯示等。
（３）測量電量功能：可測量相電流、相間和相對地電壓、零序電壓和電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數和電能等。
（４）通信功能：可完成與ＰＣ機就地通信或通過變電站通信系統與遠方通信，裝置一般可支持modbus協議和標準通信規約ＩＥＣ８７０—５—101（１０３）、DNP3.0、TCP/IP等；串行標準接口ＲＳ２３２、ＲＳ４８５，工業現場總線CANBUS、Lonworks等，以太網接口；支持多種通信介質如雙絞線、光纖及無線等。
（５）監視功能：斷路器狀態監視、跳、合閘回路監視和本機運行自檢。
故障記錄和錄波功能：可記錄故障類型、發生時間及故障量zui大/zui小值，也可對故障波形進行記錄。
一臺具有計量、控制、保護及通信等全部功能的智能化測控保護裝置安裝于開關柜上時，二次接線工作十分簡潔，智能化測控保護裝置與外部單元接線見圖1。用戶僅需將電壓、電流信號，斷路器狀態位置信號和出口控制信號等與開關柜內相應一次元件的端子相連即可。
智能化測控保護裝置通過采集電壓、電流信號，斷路器狀態信號及其它輸入的開關量信號，接地故障狀態，獨立完成數據處理，實現保護、控制及顯示故障紀錄功能，同時通過通信接口完成信息上傳。因此與傳統二次技術相比，智能化測控保護裝置不但功能更多、精度更高，而且二次接線更簡潔。
由于高壓電器設備在電網中的重要性，一旦發生事故，將引起局部或較大地區的停電，會造成巨大的經濟損失和社會影響，因此這些設備運行一段時間后或運行中，必須進行必要的檢查和維護。迄今為止，電力部門一直采用傳統的維護方式：即定期維護技術，所謂定期維護是經過規定的一段時間（比如5年），對設備進行規定項目維護，這些項目是設備檢查、更換零部件、解體檢查等。應該說：這種定期維護技術對減少和防止設備的故障發生起到了良好的作用，但是這種定期維護方式存在不少缺陷，例如在設備解體檢查時，需要對斷路器及電器設備的一部分進行解體，不但作業時需要停電，而且視其項目還需要可觀費用，另外停電后設備狀態（如溫度、作用電壓等）和設備運行中的狀態不一致，會影響一些數據判定。
由于定期維護技術存在許多缺點，另一方面隨著科學技術發展，電子技術、光傳感技術、計算機技術、信號處理技術的發展，使傳統的定期維護技術向預見性維護方式，即按狀態維護方式過渡。
與傳統定期維護技術相比，按狀態維護技術具有如下優點：
（1）按狀態維護技術的基本點是對設備在運行狀態下實時監測及判斷，因此可避免定維護所造成的浪費及其它缺點；
（2）按狀態維護技術是以信息技術為基礎，采用自動管理技術來達到合理延長設備使用壽命，因此可降低設備運行的總費用。
圖2是加拿大WinnipegManitoba附近的Dorsey試驗站中高壓SF6斷路器的在線檢測系統。在試驗斷路器上安裝了各種類型的傳感器，實現了電能、機械、SF6氣體在線監測，且已得出了許多有價值的結果。3．2在線監測項目
（1）斷路器機械、電器性能監測。如合、分閘線圈電流、操動機構特性、觸頭行程和速度、振動信號監測。
（2）中壓開關柜內母線聯結處溫升檢測。
如果高壓斷路器的操作機構是電磁操動機構，其合、分閘線圈一般由直流電源供電，見圖3。經驗表明：合、分閘線圈的電流可以作為診斷機械故障的信息，合、分閘線圈的電流訊號可由補償式霍爾電流傳感器給出，給出的合、分閘線圈的電流訊號也示於圖3。
圖中是起始時刻，是合、分過程計時起點，t1為線圈中電流、磁通上升到足于驅動鐵心運動，即鐵心開始移動的時刻；t2為鐵心已觸動（開始）操作機構負載，這也是開關觸頭開始運動的時刻；t3為開關輔助接點切斷電源，即電磁線圈回路斷開的時刻。利用比較電流波形的變化或差異可以診斷出操作機構的故障程度。3．3．2行程、速度的監測
斷路器觸頭剛分速度對滅弧性能影響很大，適當提高剛分速度對減少電弧能量、減少零部件的燒損有很大作用，但過分增大剛分速度不一定能提高滅弧性能，反而會加重操動機構的負擔；同樣斷路器觸頭合閘速度對滅弧性能也有很大影響。因此，對斷路器觸頭的行程、速度特性的測量及在線監測是很重要的。為了完成正確測量，必須選取合適的位移傳感器。
可以選擇旋轉光編碼傳感器。利用增量式旋轉光編碼傳感器可以完成轉動角度及方向的測量，一般把旋轉光編碼傳感器安裝在斷路器操動機構的轉軸上。
增量式旋轉光編碼一般有3個碼道（A道，B道，Z道），A道與B道相差90°，每周的碼條數可以根據測量分辨率選取，Z道每周一條，用來確定旋轉次數。當軸轉動時，編碼器輸出A道、B道兩路相差90°角的正交脈沖，輸入信號處理電路，從A道、B道兩信號的相對位置可確定轉軸的轉動方向，如果A道先于B道，為正旋轉，而B道先于A道，為反旋轉。再通過加、減計數器對A道、B道兩路信號計數，能得到轉動角度大小及方向，從而可以測出斷路器運動部分運動及反彈情況，可以計算出動觸頭行程；分合閘同期性；平均速度；超行程；剛分后或剛合*ms內速度（主要是平均速度，zui大速度）等。