断路器机构在线监测研究与应用

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1、断路器机构在线监测研究与应用（云南电网有限责任公司昆明供电局云南省昆明市650051）摘要：木设计以DSP为系统核心，对各类传感器收集的原始数据信息进行运算及诊断，并通过web形式发布诊断结果及各类数据图表。系统共设计三层结构，分别是传感器层、数据采集层、数据处理分析发布层。三层系统针对不同功能采用模块化设计，各个模块之间通过统一的协议相互传递数据，实现了对断路器机构的运行及分合闸详细情况的实时监测，为断路器故障诊断、状态评估提供数据支持。关键词：传感器；故障诊断；状态评估；服务主站1引言断路器是电力系统中最重要的开关电

2、器，不但用于关合开断正常线路工作，更重要的是用于在电力系统发牛短路故障时自动地切断短路电流。因此，断路器运行状况的好坏直接影响电力系统的安全稳定运行，因此，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，这在一定很大程度上影响设备供电的可靠率，所以研究断路器机构在线监测系统是十分必要的。2系统结构及工作原理2.1系统结构木断路器机构在线监测系统由5类传感器、断路器监测单元、服务主站三大部分构成，也就是传感器层、数据采集层、数据处理分析发布层。系统釆用的5类传感器分别是穿心式电流传感器、霍尔电流传感器、行程传感器、

3、振动传感器、温湿度传感器。断路器监测单元由5类传感器调理模块、模数转换模块、通信模块、存储模块、控制现实模块、电源模块及数据处理中心模块。2.2系统工作原理本系统的核心是断路器监测单元，该单元采用高性能数字信号处理器。传感器层将各种传感器信号经信号调理电路(包括保护、信号放大，移位，滤波电路)后送入数据采集层中的模拟数字转换芯片(ADC)o通过扩展总线(Xint)外扩了存储器芯片(FLASH和SRAM)存储一定数量的波形，ADC采集到的数据先在SRAM内部存储，且自动覆盖过期数据。当数据处理分析发布层检测到断路器动作吋，

4、将波形数据同计算结果一同存入外扩的FLASH中，并通过光纤网络传送到服务后台供现场人员查询。485通信和以太网通信电路完成同上位机通信的功能。外部数据由三相CT信号调理电路、合闸线圈信号调理电路、分闸线圈信号调理电路、振动信号调理电路、行程测量信号调理电路、辅助接点信号隔离电路、温湿度信号输入至16位多路同步采样ADC处理后，经由DSP、UART、Xint、GPIO、RTC模块处理,外部通信、存储与连接由光隔离485通信电路、外扩FLASH、外扩RAM、拨码开关、以太网、电源电路、LED状态显示电路实现。3指标分析及功能

5、应用本设计从理论上验证了可行性，为了更好的对监测系统进行实际可行性研究，本装置选择安装在云南昆明的500kV七甸变电站部分220kV断路器。3.1技术指标通过实际观测，本装置达到以下技术指标：3.2本装置实现以下功能：3.2.1振动波谱分析处理振动信号的预处理。应用小波等信号处理技术，分析并获取断路器振动波谱特性，构造表征断路器运行状态的振动波谱特征向量，获取其正常指纹，发生异常时(故障或缺陷)的特征指纹，应用人工免疫、人工神经网络等人工智能技术，建立断路器故障与振动波谱间的关系模型，并依据实测数据，检验和优化该模型，研

6、发基于振动分析的断路器振动波谱故障分析软件。3.2.2断路器故障诊断与预测综合利用机械特性、局放和振动监测数据对断路器的运行状况进行综合诊断。项目中用人工神经网络、人工免疫网络等智能算法作为补充进行故障诊断。采用证据理论对各种方法诊断结果进行信息融合，得到准确结果。基于超声波局放数据的故障诊断，采用小波方法对采集到的超声波局放信号进行去噪处理，并对放电谱图进行模式识别，利用神经网络提高模式识别的效果。基于振动波谱数据的故障诊断，应用人工免疫、神经网络等猶能技术诊断断路器故障。基于医疗病情案例的思想，建立综合故障诊断知识库

7、，存储故障模式与油气诊断、超声波诊断和振动诊断三种信号诊断结果关系的知识，建立逻辑推理机制，综合诊断故障。3.2.3断路器状态评估表征断路器状态的状态量有很多，这些状态量的包括实时监测状态信息和定期检修试验信息等，其获取周期各不相同，很难保证评估数据的同吋性。本项目将先对定期试验检修数据进行预测，建立与在线监测数据同期的数据集合,再进行状态评估的方法，可有效融合实时监测状态信息和定期检修试验信息，提高评估的准确性。3.2.4断路器智能状态检修策略建立状态检修知识库，包括知识表达方式的设计；知识获取（收集各类规范及标准中的

8、知识，现场运行经验等）；知识优化与评审；知识存储。智能自动推理机实现检修策略，根据断路器状态评估结果，采用知识库中的知识自动推理产生断路器试验、检修策略。3.2.5人机交互功能具有组态功能，可根据现场实际情况添加、删减监控项目；实现各类遥测、遥信数据的实吋图形化显示；实现异常数据多级报警等；实现各类信息的综合查询。程