多種通信方式并存的高壓斷路器故障診斷系統(tǒng)

祁美華，侯 姍

（晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中 030601）

0 引 言

在控、配電系統(tǒng)中，高壓斷路器故障是造成非預(yù)期性停電事件的主要原因[1]。因此，對高壓斷路器進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和故障診斷，既是對斷路器情況預(yù)期了解的前提，又是增強(qiáng)控、配電穩(wěn)固性的必經(jīng)之路。長時間以來，工作人員在高壓斷路器預(yù)先檢修中只是盲目性的對設(shè)備進(jìn)行解體和拆裝，不僅費(fèi)時費(fèi)力，還影響儀器壽命。電力儀器的檢查和診斷根據(jù)高壓斷路器實(shí)際運(yùn)行情況，由預(yù)先兼修變?yōu)榧磿r檢修，在線即時診斷的出現(xiàn)勢在必行[2]。本文提出了多種通信方式并存的高壓斷路器故障診斷系統(tǒng)，以解決上述問題。

1 高壓斷路器故障診斷系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 現(xiàn)場監(jiān)測儀的選取

現(xiàn)場監(jiān)測儀處在高壓斷路器的控制集成單元內(nèi)，包含數(shù)據(jù)搜集Agent和故障分析Agent兩個單元。數(shù)據(jù)采集Agent負(fù)責(zé)高壓斷路器各種信號的搜集，并保障采樣單位的即時性和功能性[3]。故障分析Agent負(fù)責(zé)對采樣單位數(shù)據(jù)的模擬處理，保障計(jì)算過程的精準(zhǔn)性和實(shí)時性。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要是對執(zhí)行單位啟動之前的四個過程和啟動后十個周期的單位數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣[4]。高壓斷路器信號的各個發(fā)射信號頻率不一樣，對現(xiàn)場監(jiān)測儀的功能發(fā)揮提出了較高要求。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，要綜合考慮系統(tǒng)對高質(zhì)量和低成本的需求。因而采取了DLP與CLDP相結(jié)合的設(shè)計(jì)，其中，DLP單片機(jī)負(fù)責(zé)搜集低頻率信號，CLDP負(fù)責(zé)搜集高頻率信號。

1.2 單片機(jī)的選擇

MCS-61系列的單片機(jī)在非功能性電力企業(yè)控制中的應(yīng)用非常廣泛。它把單板機(jī)的POA、CAC等終端接口芯片聚合在單一芯片中[5]，由此提高系統(tǒng)穩(wěn)固性。然而61系列的單片機(jī)在使用時根本沒有辦法不再繼續(xù)擴(kuò)散。為了發(fā)揮出真正單片機(jī)的特殊優(yōu)點(diǎn)，選擇MSP932O系列單片機(jī)，這個系列的單片機(jī)具備使用過程功耗低，且兼具高效性和及時性。因此，MSP9320系列單片機(jī)在車載式儀表、電力傳感器、實(shí)用檢查儀器、自動化控制以及家庭智能化等專業(yè)的使用和推廣更為便捷，與傳統(tǒng)單片機(jī)相比MSP9320系列單片機(jī)性價比更高。

2 高壓斷路器故障診斷系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 現(xiàn)場監(jiān)測儀軟件設(shè)計(jì)

現(xiàn)場監(jiān)測儀中的數(shù)據(jù)搜集單元Agent利用不同傳感器搜集高壓斷路器的某一運(yùn)轉(zhuǎn)動作數(shù)據(jù)，故障分析Agent通過簡易的操作方法進(jìn)一步處理搜集到的信息數(shù)據(jù)，并從中提取固有的特征數(shù)據(jù)，之后再依據(jù)預(yù)先設(shè)置好的應(yīng)用規(guī)則，對高壓斷路器發(fā)生的任何故障進(jìn)行初始化診斷?，F(xiàn)場監(jiān)測儀軟件的具體運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生在主控制芯片單元TMS920F2108單片機(jī)內(nèi)[6]?，F(xiàn)場監(jiān)測儀軟件主要采取的是計(jì)算機(jī)C語言編程，軟件開發(fā)利用環(huán)境則是CCS4.3?，F(xiàn)場監(jiān)測儀在恢復(fù)電路之后，單片機(jī)最先開始實(shí)現(xiàn)各個參數(shù)值的模擬化，并對系統(tǒng)進(jìn)行自我更新和檢查，以便確定系統(tǒng)是否在正常運(yùn)轉(zhuǎn)。然后現(xiàn)場監(jiān)測儀會依據(jù)開關(guān)量判斷高壓斷路器能否照常運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦高壓斷路器沒有正常運(yùn)轉(zhuǎn)，會進(jìn)入自我檢查和更新狀態(tài)。由于監(jiān)測儀分析Agent的數(shù)據(jù)處理單位程序內(nèi)是利用中斷觸發(fā)點(diǎn)的方式，因此之后主程序會自主進(jìn)入初始化程序處理故障，通過初始化程序中的每一個內(nèi)部程序執(zhí)行和完成故障數(shù)據(jù)的處理。

2.2 組建振動信號采集系統(tǒng)

振動信號搜集系統(tǒng)主要有信號搜集模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊以及可以及時更新和上傳數(shù)據(jù)的上位系統(tǒng)。搜集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 振動信號搜集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

搜集軌道會將搜集到的處理信號通過轉(zhuǎn)換電源變換為0～10 V信號，之后再上傳至轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)，轉(zhuǎn)換成功后顯示的振動信號必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路使其電壓降為4.4 V的振動信號，上傳至信號處理模塊[7]。信號處理模塊對信號進(jìn)行初始化處理以后，會進(jìn)一步利用RS985傳感器上傳至上位機(jī)，通過上位機(jī)對信號進(jìn)行傳輸和更新。

2.3 高壓斷路器儲能電流信號

電力運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)中普遍范圍內(nèi)使用的高壓斷路器儲能單位一般情況下是儲能彈簧，在電流直接通導(dǎo)的基礎(chǔ)上，儲能發(fā)電機(jī)會開始發(fā)動運(yùn)轉(zhuǎn)，在這個過程中會連續(xù)帶動儲能彈簧的加壓，從而形成物理形變的儲能。高壓斷路器儲能元件情況的故障檢查和診斷手段主要有以下兩種：第一種是借助壓力傳感器檢測儲能彈簧受壓狀態(tài)，針對高壓斷路器開關(guān)合閘狀態(tài)下的彈簧性狀進(jìn)行評估；第二種是借助電流傳感器檢測儲能發(fā)電機(jī)發(fā)射的電流傳導(dǎo)信號，利用電流信號之間的彼此聯(lián)系，評估彈簧發(fā)生的物理形變。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

為保證多種通信方式并存高壓斷路器故障診斷系統(tǒng)的有效性，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)論證。為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，采用傳統(tǒng)故障診斷方法作為實(shí)驗(yàn)論證對比，對診斷結(jié)果的精確度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果曲線如圖2所示。通過曲線圖可知，故障診斷和治療方面的精確度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，且穩(wěn)定性能優(yōu)良。

圖2 實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果曲線

4 結(jié) 論

通過對多種通信方式并存的高壓斷路器故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)電源電路上傳的數(shù)據(jù)反饋和故障分析數(shù)據(jù)，對故障進(jìn)行調(diào)整。實(shí)驗(yàn)論證表明，設(shè)計(jì)方法十分有效，希望為多種通信方式并存的高壓斷路器故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。