CN1673767A - 真空断路器电寿命监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空断路器电寿命监测装置，属于电流测量技术领域，该装置包括设置在真空断路器串联的母线旁边或二次电流回路一侧的电流传感器，与该电流传感器相连的模数转换及数据处理器组成的一路或多路就地控制单元，所述各就地控制单元通过信号传输电缆与工控机相连。本发明可用于真空断路器的电寿命的实时在线监测。通过监测，得出其剩余电寿命，并给出一定的报警信号，维护人员即可进行及时的处理，从而可避免重大事故的发生。

Description

真空断路器电寿命监测装置

技术领域

本发明属于电流测量技术领域，特别涉及真空断路器电寿命监测装置结构设计。

背景技术

真空断路器是近十几年来快速发展起来的一种新型电器设备。同传统的油断路器相比，具有许多优点，如不燃爆、不污染、免检期长、可频繁操作、较小的触头间隙、体积小、重量轻、电弧不外露、寿命长等一系列优点，它已逐步成为中压配电***中的主要开关设备。

寿命长是真空断路器的显著特点。它的使用寿命是机械寿命与电寿命的综合。其机械寿命是指断路器在空载或额定长期负荷轻载下的分合循环操作次数，着眼于机械动作方面的能力。真空断路器机械寿命比较长，可达10,000次以上。电寿命是真空断路器的电气开断能力，通常以额定短路开断电流的开断次数来表示。由于强大的电弧对触头的烧蚀，真空断路器的电寿命次数仅数十次。一般来讲，真空断路器的电寿命决定其真实使用期限。如果电寿命超过，电接触会恶化，真空灭弧室会失效，电弧不能断开，灭弧室可能***，造成重大事故。由于真空断路器在***中日益广泛的采用，所以，对其电寿命的监测和评估是非常必要的。

对于真空断路器来说，影响电寿命的主要因素是断路器开断电流时由于电弧作用而产生的电磨损，造成电接触表面的破坏、金属材料的损失和变形等。电磨损会影响灭弧室灭弧的性能。由于不同电流下触头的烧损与电流的大小不是简单的比例关系，因此，对于电寿命的监测，简单的累计开断电流的方法误差很大。

一种普遍采用的计算真空断路器电寿命的方法是所谓的“开断电流加权累计法“，开断电流加权累计法采用以下公式来计算开断电流加权累Q，即为累计电磨损值：

$Q=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i^{\mathrm{\α}}---\left(1\right)$

式中I_i是第i次断开的电流值、α是加权系数。α一般在1.5到2之间，可由制造厂家给出的真空断路器的电寿命曲线得到。Q₀是该真空断路器的预期电寿命值，也可从制造厂家给出的资料中得到。将Q与预期电寿命值Q₀进行比较，可以得出剩余电寿命ΔQ：

ΔQ＝Q₀-Q                                        (2)

这种方法只需要知道每次开断电流的大小，比较简单实用。

目前，由于在强电磁干扰条件下测试开断大电流方面的困难，目前仅有少数几个单位在理论上作了一些论证，但还没有研制出针对真空断路器电寿命监测的专门化装置。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种真空断路器电寿命监测装置，可用于真空断路器的电寿命的实时在线监测。通过监测，得出其剩余电寿命，并给出一定的报警信号，维护人员即可进行及时的处理，从而可避免重大事故的发生。

本发明提出一种真空断路器电寿命监测装置，其特征在于，该装置包括设置在真空断路器串联的母线旁边或二次电流回路一侧的电流传感器，与该电流传感器相连的模数转换及数据处理器组成的一路或多路就地控制单元，所述各就地控制单元通过信号传输电缆与工控机相连。

本发明提出另一种真空断路器电寿命监测装置，其特征在于，该装置包括设置在真空断路器串联的母线的总开关处的电流传感器及与该电流传感器相连的由模数转换及数据处理器组成的就地控制单元，与多个负载开关相连的开关状态检测电路，通过信号传输电缆分别与该就地控制单元及开关状态检测电路相连的工控机。

本发明的技术特点及效果：

1.实时监测功能：对断路器剩余寿命以及开断电流次数和电流数值等重要参数进行长期连续的实时监测；

2.显示功能：该***可以实时显示断路器剩余寿命，开断电流次数和电流数值及对应时间等参数；

3.通信功能：可以通过该装置的RS-485串口实现与变电站计算机网络的通信。可以把数据传至上位机，并进行远端监控和报警等。

附图说明

图1为本发明的真空断路器电寿命监测装置组成框图。

图2为本发明的真空断路器电寿命监测装置实施例1组成示意图。

图3为本发明的真空断路器电寿命监测装置实施例2组成示意图。

具体实施方式

本发明提出的真空断路器电寿命监测装置结合附图及实施例进一步说明如下：

本发明装置的原理方框图如图1所示，它包括电流传感器、与该电流传感器相连的模数转换及数据处理器组成的一路或多路就地控制单元，(图中只示出一路就地控制单元)，所述各就地控制单元通过信号传输电缆与工控机相连。

本装置的工作原理为(以一路为例)：电流传感器放在与真空断路器串联的母线1旁边或二次电流回路一侧，母线中流有电流I。电流传感器在电流I的作用下，输出一个与电流I成正比的电压信号u。模数转换器将电压信号u转换为数字量，再由数据传输模块和信号传输电缆将数字量信号传递到工控机中。工控机对此数字量进行计算，得出相应的母线电流值。在工控机的采集程序的控制下，工控机对母线中的电流I进行实时采集。当真空断路器2切断电流时，或母线中电流超过某预先设定数值时，在工控机的主程序的控制下，记录下这个电流值I_i、计算出相应的电寿命减少值I_i ^α以及累计电磨损值(电寿命减少值)： $Q=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i^{\mathrm{\α}},$ 并在计算机屏幕上显示该真空断路器的剩余电寿命数值ΔQ。

若本发明的装置由多路信号采集单元组成，则可以检测多个真空断路器的电寿命。由工控机控制，利用串行通讯方式(如：接口RS485或RS232)，通过通讯电缆对各路进行循环检测，用单根信号电缆传输各路信号至工控机。在工控机显示器的窗口中有各个真空断路器的图标。用鼠标点击某个断路器的图标，即可得到它的各种数据，如该断路器剩余寿命，开断电流次数和电流数值及对应时间等参数；可以设定和修改启动电流的设定值。但某个断路器的剩余寿命接近某个预定的危险值时，工控机将给出相应的警示信号并可上传远程调度中心。

实施例1

本实施例为可同时监测三相真空断路器电寿命的具有三路信号采集单元的真空断路器电寿命监测装置，其组成由工控机I、就地控制单元II、传感器III三部分组成，如图2所示(各部分用虚线框隔开)，具体各组成部分及功能如下：

1.工控机I：本实施例采用IRA360型工控机，位于控制室内作为上位机，通过通讯电缆，采集各就地控制单元(2)(最多可达128个)上传的有关真空断路器电寿命的信息，进行相应数据储存及显示，并将预警信息上传远程的信息中心IV(信息中心IV部分不属于本发明的内容)。

2.就地控制单元II：每个单元安装在一开关柜内，每个就地控制单元包括微处理器MCU(本实施例采用MC68HC908)，A/D转换器(MC68HC908的内置器件)，时钟电路(本实施例采用32.768K时钟)，存储器RAM(MC68HC908的内置器件)，液晶显示器(本实施例采用C1062-1)及小键盘(本实施例采用通用产品)等；就地控制单元负责采集三相电流传感(传感器A，传感器B，传感器C的输出的信号并进行相应的处理，显示并上传工控机I。

3.传感器III：本实施例采用输出电压3.5V有效值的空心线圈作为传感器，用于测量真空断路器开断时的开断电流，每个传感器负责一路真空断路器的电流监测(如传感器1A监测一号开关柜流经A相真空断路器的电流).

该装置的工作过程为：在真空断路器串联的母线旁边或二次电流回路一侧的电流传感器测量三相母线(流经真空断路器)的三个电流信号，在真空断路器断开短路电流时，采集电流信号(转变为低电位，低电压信号)，再经由就地控制单元内微处理器(MCU)控制的A/D转换器，把三路信号转化成数字量，进行信号处理，储存及就地显示，相关信息编码后，经屏蔽电缆将该信号传输到控制室内的工控机，由工控机通过相应的计算进行信号处理，再由相应模块完成显示、存储和通信等功能。

如图2所示，本装置中的MCU负责计算每次断开电流的加权电磨损量及累计的加权累计电磨损量，并与允许的(设定的)电磨损量进行比较，得出真空断路器的剩余电寿命，并可由就地控制单元的液晶板显示。同时将相应的有关的信息上传工控机(3)，整个装置由该MCU协调。

实施例2

本实施例检测原理及主要采用的器件与实施例1基本相同，其主要的不同点是：只在母线处总开关(S)处安装电流传感器及就地控制单元来检测流经该处断路器的故障电流，各负载开关(S1，S2，…，Sn)处不再安装电流传感器及就地控制单元，并结合开关状态检测电路所上传的开关的动作情况(如S1动作)，最终由位于控制室的工控机来判断并计算各开关的电寿命并进行储存，显示和上传。

本实施例具体各组成部分及功能，如图3所示：

1.工控机：本实施例采用IRA360型工控机。

2.就地控制单元：基本功能同实施例1，但此处并不再计算和显示开关的电寿命。

3.传感器：与实施例1相同；

4.开关状态检测电路：由编码器及MCU组成(本实施例的编码器采用ALTERA公司生产的可编程逻阵列EPM7128AECPLD，MCU与实施例1相同为MC68HC908)，用于检测各个负载开关柜开关(S1，S2，…Sn)的开合状态变化并经相应的编码后上传给控制室单元--工控机。

该实施例的工作过程为：在母线处的总控开关S处安装一套传感器(A，B，C三相)与就地控制单元，在其它各开关柜处(S1，S2，…Sn)，只需由开关状态检测电路采集其开关的状态量[如开启状态为1(高电平)，闭合状态为0(低电平)]，编码后上传工控机。因一路负载短路时(如：S1)，流经S1的短路电流与流经S的短路电流几乎相等，这样S处传感器测得的电流可视为S1处的短路电流，这样工控机将根据上传的短路电流的信息及开关的动作情况，来计算出相应开关的电寿命。

Claims (4)

1、一种真空断路器电寿命监测装置，其特征在于，该装置包括设置在真空断路器串联的母线旁边或二次电流回路一侧的电流传感器，与该电流传感器相连的由模数转换及数据处理器组成的一路或多路就地控制单元，所述各就地控制单元通过信号传输电缆与工控机相连。

2、如权利要求1所述的真空断路器电寿命监测装置，其特征在于，所述的就地控制单元包括内置模数转换器及存储器的微处理器、时钟电路、液晶显示器及键盘。

3、一种真空断路器电寿命监测装置，其特征在于，该装置包括设置在真空断路器串联的母线的总开关处的电流传感器及与该电流传感器相连的由模数转换及数据处理器组成的就地控制单元，与多个负载开关相连的开关状态检测电路，通过信号传输电缆分别与该就地控制单元及开关状态检测电路相连的工控机。

4、如权利要求3所述的真空断路器电寿命监测装置，其特征在于，所述的就地控制单元包括内置模数转换器及存储器的微处理器及时钟电路。