一、真空斷路器是近十幾年來快速發(fā)展起來的一種新型電器。同傳統(tǒng)的油斷路器相比，具有許多優(yōu)點，如不燃爆、不污染、**期長、可頻繁操作、較小的觸頭間隙、體積孝重量輕、電弧不外露、壽命長等一系列優(yōu)點，它正逐步取代傳統(tǒng)的少油斷路器而成為中壓配電系統(tǒng)的主要開關(guān)設(shè)備。
　　
　　壽命長是真空斷路器的顯著特點。它的使用壽命是機(jī)械壽命與電壽命的綜合。其機(jī)械壽命是指斷路器在空載或額定長期負(fù)荷輕載下的分合循環(huán)操作次數(shù)，著眼于機(jī)械動作方面的能力。真空斷路器機(jī)械壽命比較長，可達(dá)10，000次以上。電壽命是真空斷路器的電氣開斷能力，通常以額定短路開斷電流的開斷次數(shù)來表示。由于強(qiáng)大的電弧對觸頭的燒蝕，真空斷路器的電壽命次數(shù)僅數(shù)十次。一般來講，真空斷路器的電壽命決定其真實使用期限。如果電壽命超過，真空滅弧室會失效，電弧不能斷開，滅弧室可能爆炸，造成重大事故。所以，對其電壽命的監(jiān)測和評估是非常必要的。
　　
　　當(dāng)前，隨著真空斷路器在中壓配電系統(tǒng)中日益廣泛的采用，對其電壽命的在線監(jiān)測也變得非常重要。通過實時監(jiān)測，得出其剩余電壽命，并給出一定的報警信號，維護(hù)人員即可進(jìn)行及時的處理，從而避免重大事故的發(fā)生。
　　
　　傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測方法一般都建立在對開斷電流準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)上，由于斷路器在實際運行中，開斷電流的變化范圍非常大，且在開斷短路電流情況下有時會含有直流分量，電流互感器(CT)會出現(xiàn)不同程度的飽和，因此準(zhǔn)確測取開斷電流存在一定的困難。另外，傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測方法是開斷電流的次數(shù)，通常在開關(guān)柜中有一個開斷電流次數(shù)的計數(shù)器，使用該方法監(jiān)測斷路器的壽命，只需要進(jìn)行開斷電流的測量和簡單的計算，在實際操作中忽略了實際因素，因而在一些情況下誤差會很大。所以，用傳統(tǒng)的電壽命監(jiān)測方法準(zhǔn)確度比較低；再者，由于技術(shù)因素的限制，這種方式所能夠提供的信息量也比較有限。
　　
　　隨著傳感技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測系統(tǒng)是完全可能的，也是非常必要的。并且，它可以給出較多的信息量和提供報警信息，所以對于電網(wǎng)的**運行有著重要的意義。
　　
　　為此，我們擬研制和開發(fā)出一套針對真空斷路器電壽命的智能化監(jiān)測系統(tǒng)。用于在線監(jiān)測真空斷路器的剩余電壽命、開斷短路電流次數(shù)以及開斷電流的數(shù)值等參數(shù)，并給出相應(yīng)的報警信息，保障電網(wǎng)的**可靠運行。在樣機(jī)研制成功后，將對一個變電站中的約20臺10kV的真空斷路器安裝此監(jiān)測裝置，并進(jìn)行集中監(jiān)控。
　　
二、 真空斷路器電壽命臨測的研究狀況
　　
　　對于真空斷路器來說，影響電壽命的主要岡素是斷路器開斷電流時山于電弧作用而產(chǎn)生的電磨損，主要有接觸表面的破壞、金屬材料的損失和變形等。電磨損會影響滅弧室滅弧的性能。由于不同電流下觸頭的燒損與電流的大小不是簡單的比例關(guān)系，因此，對于電壽命的監(jiān)測，簡單的累計開斷電流的方法誤差很大。
　　
　　一種普遍采用的方法是開斷電流加權(quán)累計法，開斷電流加權(quán)累計法采用以下公式： Q= 公式(1) 式中 是第I次斷開的電流值、是加權(quán)系數(shù)。一般在1．5到2之間，一般由斷路器的電壽命曲線得到，Q即為開斷電流加權(quán)累計值(累計電磨損值)。將Q與閾值進(jìn)行比較，可以判斷電壽命剩余情況。這種方法只需要知道每次開斷電流的大小，比較簡單實用。
　　
　　有關(guān)參考文獻(xiàn)應(yīng)用模糊理論，提出斷路器電壽命的綜合判斷方法。根據(jù)影響電壽命的六個主要因素—首開相的燃弧時間、后開相的燃弧時間、開斷速度、開斷時間、首開相在三相中的均勻度和等效開斷電流的電磨損系數(shù)對斷路器的電壽命進(jìn)行判斷。由于不同因素的權(quán)重不盡相同，應(yīng)用這種方法需要大量的試驗數(shù)據(jù)，給這種方法的實際應(yīng)用帶來了一定的困難。
　　
　　目前，由于在強(qiáng)電磁干擾條件下測試開斷大電流方面的困難，國內(nèi)僅有少數(shù)幾個單位在理論上作了一些論證，但還沒有研制出針對真空斷路器電壽命監(jiān)測的專門化裝置，但如前文所述，由于真空斷路器在系統(tǒng)中日益廣泛的采用，這種裝置的出現(xiàn)是遲早之事。
　　
三、 本項目擬研究的主要問題
　　
1． 主要課題和內(nèi)容
　　
本項目致力于研制和開發(fā)真空斷路器智能化監(jiān)測系統(tǒng)，它由以下幾部分組成：
　　
1．基于RoSowskl線圈的開斷電流測量系統(tǒng)：
　　
2．?dāng)?shù)據(jù)處理以及存儲和顯示系統(tǒng)：
　　
3．通信系統(tǒng)；
　　
4．系統(tǒng)自檢和設(shè)定；
　　
5．遠(yuǎn)端監(jiān)控軟件。
　　
其功能包括以下幾個方面：
　　
1．實時監(jiān)測功能：對斷路器剩余壽命以及開斷電流次數(shù)和電流數(shù)值等重要參數(shù)進(jìn)行長期連續(xù)的實時監(jiān)測；
　　
2．顯示功能：該系統(tǒng)可以實時顯示斷路器剩余壽命，開斷電流次數(shù)和電流數(shù)值及對應(yīng)時間等參數(shù)：
　　
3．可以通過按鈕查看歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定和修改設(shè)定值：
　　
4．通信功能：可以通過該系統(tǒng)的RS-485串口實現(xiàn)與變電站計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信?？梢园褦?shù)據(jù)傳至上位機(jī)，并進(jìn)行遠(yuǎn)端監(jiān)控和報警等。
　　
5．系統(tǒng)自檢：對系統(tǒng)本身的工作狀況進(jìn)行自檢，發(fā)現(xiàn)故障并及時報警；
　　
6．可以通過上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)端監(jiān)控。
　　
本項目的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　
1．研制和開發(fā)基于Rogowski線圈的開斷電流測量系統(tǒng)；
　　
2．開發(fā)數(shù)據(jù)的處理、存儲顯示系統(tǒng)；
　　
3．開發(fā)通信以及遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)。
　　
　　在樣機(jī)研制成功后，對一個變電站中的約20臺10kV的真空斷路器安裝此監(jiān)測裝置，并在控制室中用上位機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控。
　　
2．項目的技術(shù)關(guān)鍵分析
　　
　　真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測是多種技術(shù)的綜合，包括準(zhǔn)確測量開斷電流的傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信號處理技術(shù)以及抗干擾技術(shù)等。下面著重介紹以下三項關(guān)鍵技術(shù)。
　　
a)開斷電流的準(zhǔn)確測量技術(shù)
　　
　　真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測系統(tǒng)中，關(guān)鍵的也是比較難的技術(shù)問題之一是測量幾十千安的短路電流，例如31．5kA到50kA。普通的電流互感器(CT)的準(zhǔn)確度為5P20或10P20。如果它的額定電流為600A，它只能準(zhǔn)確地測到20倍的額定電流，約12kA左右。由于普通的電流互感器帶有鐵心，電流過大時易飽和，測得的數(shù)值就與實際值偏差很大。
　　
　　本項目采用基于Rogowski線圈的電流傳感器，可以實現(xiàn)大變化范圍的電流信號的測量，并且在整個測量范圍內(nèi)能夠保持很好的線性度。這種傳感器不但成本低廉，而且在經(jīng)過一定的處理后可以達(dá)到很高的測量精度。
　　
b)信號處理技術(shù)
　　
　　信號處理包括消除信號中的干擾和故障診斷等，是真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測系統(tǒng)中的又一項關(guān)鍵技術(shù)。在采用單片機(jī)作為處理器時，信號處理方法的選擇還要考慮到程序和數(shù)據(jù)的存儲的容量與計算速度。
　　
c)抗干擾技術(shù)
　　
　　構(gòu)成智能化監(jiān)測系統(tǒng)裝置的弱電元器件，工作電壓低，信號弱，耐壓水平低。而斷路器出的環(huán)境十分惡劣，特別是動作時電磁干擾很強(qiáng)。所以如何將處于高電位的開斷電流信號傳到低電位處的智能化監(jiān)測系統(tǒng)裝置中，并去除干擾信號的影響，也是一項比較難以處理的問題。本項目將從硬件和軟件兩個方面來解決這個問題。
　　
3．研究的技術(shù)路線及本項目技術(shù)方案和結(jié)論意見
　　
　　如前所述，簡單的以式(1)來表示開斷短路電流時的電磨損量是比較實用的，只需要進(jìn)行一些改進(jìn)。對于真空斷路器來說，影響電壽命的主要因素是觸頭的電磨損。因此，真空斷路器的電壽命可以通過觸頭的電磨損量進(jìn)行分析。開斷電流加權(quán)累計法以其簡單方便而被普遍采用。當(dāng)事實上，影響開斷時電磨損的因素很多。除了開斷電流外，分閘相位、分閘速度、燃弧時間、觸頭材料、滅弧室的結(jié)構(gòu)等，與電磨損都有直接的關(guān)系。在其他條件一定的條件下，燃弧時間則起著決定性的作用。也就是說，開斷電流加權(quán)累計法忽略了一些實際問題，因而在某些情況下誤差會較大。但是，要實現(xiàn)那些細(xì)微的理論考慮，是非常困難的。所以結(jié)論還是采用較為實用的開斷電流加權(quán)累計法。
　　
　　參考文獻(xiàn)通過系統(tǒng)的分析和論證，得出以下結(jié)論：電壽命監(jiān)測時不僅要同時考慮開斷電流和燃弧時間，還應(yīng)當(dāng)三相分別進(jìn)行。
　　
　　本項目采用三相同時監(jiān)測，*后作綜合平均處理的方法。真空斷路器電壽命智能化監(jiān)測系統(tǒng)原理。
　　
該裝置的工作原理為：真空斷路器斷開斷短路電流時，由套在三相母線上的三個Rogowski線圈采集電流信號，經(jīng)雙屏蔽電纜將該信號傳輸?shù)降碗娢?，再?jīng)A／D，把三路信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，*后，通過單片機(jī)進(jìn)行信號處理，再由相應(yīng)模塊完成顯示、存儲和通信等功能。
　　
　　電壽命智能化監(jiān)測系統(tǒng)中的CPU采用的是80C196單片機(jī)或PC機(jī)，它負(fù)責(zé)計算每次斷開電流的加權(quán)電磨損量及累計的加權(quán)累計電磨損量，并與允許的(設(shè)定的)電磨損量進(jìn)行比較，得出真空斷路器的剩余電壽命，并由液晶板顯示。整個智能化監(jiān)測系統(tǒng)由該單片機(jī)協(xié)調(diào)。
　　
　　除此之外，還要開發(fā)出一套遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)軟件。通過該軟件，上位機(jī)可以很方便的取得智能化監(jiān)測系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)和歷史記錄，也可以把變電站內(nèi)的多個真空斷路器電壽命的監(jiān)測系統(tǒng)組成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由一臺上位機(jī)統(tǒng)一監(jiān)控。