【正文】 對(duì)電磨損 Q 為： 1 / ( * 20 * ) 1 / ( 65 )Q N N?? () 由式 ()則有： 31 / [ ( / ) ]ecQ I I? c eI I I?? / [20( / ) ]ecQ I I? cI ≥ eI （ ） 由此根據(jù)式（ ）即可求出相對(duì)電壽命。它能實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)斷路器的各相電磨損與電壽命進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文提出一種思路――即通過(guò)斷路器的外殼溫度、環(huán)境溫度和負(fù)荷來(lái)推測(cè)斷路器主觸頭的導(dǎo)電狀況，計(jì)算主觸頭接觸電阻，從而間接了解斷路器主觸頭導(dǎo)電情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器主觸頭的監(jiān)視，其原理參間接文獻(xiàn) 。 斷路器導(dǎo)電回路的電阻由兩部分組成，即 : c a bR R K R?? （ ） 式中： cR ――導(dǎo)電回路各接觸部分的接觸電阻； aK ――交流附加損耗系數(shù)， aK 與趨表效應(yīng)（集膚效應(yīng)）有關(guān)。因此，接觸電阻又可以 看成由兩部分組成：收縮電阻 kR 和表面電阻fR寫(xiě)成公式即為：c k fR R R?? 收縮電阻 kR 和表面電阻 fR 的計(jì)算都很復(fù)雜，據(jù)分析，影響接觸電阻的因 素有四： （ 1） 材料性質(zhì) 其電阻率 ? 與硬度 BH 越小接觸電阻越小。 由以上分析可知，影響接觸電阻的因素很多，要精確計(jì)算接觸電阻是 很困難的，通常只能由經(jīng)驗(yàn)公式估算。 b 斷路器散熱原理 眾所周知，熱的傳遞方式有：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種方式。只能在 流體中進(jìn)行。所以 引入熱阻的概念將有助 于定性分析和定量計(jì)算溫升和散熱過(guò)程。 3) 輻射換熱熱阻的計(jì)算方法 兩個(gè)物體間通過(guò)輻射交換的凈換熱量為： 4412()b A T T??? ? ? （ ） 式中： ? ――表面黑度，也稱為輻射率； b? ――斯忒藩－波爾茲曼常數(shù)，其值為 108 2[ / ]W m K? A ――物體的輻射表面積 [ 2m ]； 1T ――發(fā)熱體的絕對(duì)溫度 [K]； 2T ――受熱體的絕對(duì)溫度 [K]。 2) 對(duì)流換熱熱阻的計(jì)算方法 在對(duì)流換熱的計(jì)算形式上，現(xiàn)在仍然采用牛頓所提出的公式，即 : 12( )[ ]aA W??? ? ? （ ） 式中： a ――對(duì)流換熱系數(shù) 2[ / ]W m K? A ――與流體接觸的壁面面積 [ 2m ]； 1? ――壁面溫度 [K]； 2? ――流體平均溫度 [K]。它主要是通過(guò)空氣或者 真空傳遞熱量。傳導(dǎo)現(xiàn)象在固體、液體和氣體 中都可以進(jìn)行。 電阻率 ? 與導(dǎo)體溫度有關(guān)，一般可寫(xiě)作 20 [1 ( 20)]a? ? ?? ? ? （ ） 或者 0 (1 )a? ? ??? （ ） 式中： 20? ――導(dǎo)體在 020 C 時(shí)的電阻率 [ m?? ]； 21 0? ――導(dǎo)體在 0 C 時(shí)的電阻率 [ m?? ]； a ――電阻溫度系數(shù) [1/K]； ? ――導(dǎo)體溫度 [ C ] 鐵磁損耗 ： 導(dǎo)體附近的鋼鐵件會(huì)產(chǎn)生渦流磁滯損耗，即鐵磁損耗。 （ 3） 接觸壓力 點(diǎn)接觸可以認(rèn)為與壓力無(wú)關(guān)，線接觸和面接觸可以 認(rèn)為壓力越大接觸點(diǎn)數(shù)越多。 接 觸電阻 cR 的計(jì)算比較復(fù)雜，它的計(jì)算是這樣理解得來(lái)：一個(gè)導(dǎo)體 的電阻為 R ，將 20 它切成兩半再合并起來(lái)的電阻是 cR ，則 cR 比 R 大得多，我們認(rèn)為這個(gè)大得多的電阻是由接觸產(chǎn)生的，故稱之為接觸電阻。斷路器的能量損耗主要有兩種：電阻損耗和鐵磁損耗。 主觸頭導(dǎo)電性能在線監(jiān)測(cè)方法的探討 斷路器在正常工作時(shí)的電流主要是從主觸頭流過(guò)。根據(jù)以上方法可得出 少油、真空斷路器電壽命預(yù)測(cè)的在線監(jiān)測(cè)方法。因此取 /ceII=12%時(shí)的允許開(kāi)斷次數(shù)為 3000；當(dāng) /ceII12%時(shí)，由于機(jī)械故障原因，每次相對(duì)電磨損計(jì)為 1/3000。對(duì)應(yīng)任意開(kāi)斷電流 Ic 的等效允許開(kāi)斷次數(shù)為N(假定 50%Ie 的開(kāi)斷電流時(shí)的等效允許開(kāi)斷次數(shù)為 1)，則有： 31. 83 * ( 0. 35 * / )ecN I I? ? 1. 7( * / )ecN I I? ? （ ） 可以算出在額定短路開(kāi)斷電流 Ie 下，斷路器的允許開(kāi)斷次數(shù)為 次（注意：該公式的假定是 50%Ie 的開(kāi)斷電流時(shí)的等效允許開(kāi)斷次數(shù)為 1 次）?；蛘哒f(shuō)定義一臺(tái)全新的斷路器的觸頭允許磨損總量為 100%，即其相對(duì)電壽命為 100%，則每次額定短路開(kāi)斷電流開(kāi)斷時(shí)的相對(duì)磨損為 1/ 0N (定義為 0Q )。前已述及，雖然觸頭的電磨損取決于電弧能量即開(kāi) 斷電流和燃弧時(shí)間，但是對(duì)于多次開(kāi)斷來(lái)講，則平均燃弧時(shí)間是趨近的?；诶塾?jì)電磨損量的方法開(kāi)發(fā)的裝置與傳統(tǒng)的診斷方法相比，將更準(zhǔn)確地反映高壓斷路器觸頭的電壽命，且易于工程實(shí)施。 令 ()M?? m a x1 .0 2 9 c o s ( )2xTU t a ?? ???= xU cos( )2T?? 上式中令 53T ms?? , 1xU? ， (99 ,101 )? ? ?? ， 仿真結(jié)果如下： 17 從仿真結(jié)果可以看出，算法的誤差隨著頻率正向偏移而增加，隨著頻 率反向偏移而減小，但是偏移誤差都小于千分之一，可以不予考慮。仿真結(jié)果如下： 16 由仿真結(jié)果可知，在允許的頻率波動(dòng)下，頻率變化對(duì)算法的 2sin( )2TT?? ?? 環(huán)節(jié)沒(méi)有影響。同時(shí)， ? 增加 , 采樣點(diǎn)間距加大，所以該式的分子 1maxkkuu?? 也增加。 將上式求導(dǎo)得： 14 20c o s ( ) 2 02 tp m p mi I t I e?? ?? ? ? ? （ ） 取pmI=1 ， ? =100 ? ， (0, )ts? 則上兩式的仿真結(jié)果如下： 從仿真結(jié)果可以看出，短路電流直流分量的影響較小。鑒于以上分析，引入補(bǔ)償系數(shù) K 來(lái)減小誤差，則有： 13 Km a xc o s ( )2Tt ?? ?? ? ? =sin( )2TT???? = （ ） 當(dāng)取 K= 時(shí)， ? Km a xc o s ( )2Tt ?? ?? ? ? ? （ ） 此時(shí)有： ? ? Km a xc o s ( )2Tt ?? ?? ? ? ?sin( )2TT???? ? （ ） 這樣誤差被控制在 2％以內(nèi)。 由上式可知，在 t? +? = 2k? 時(shí)為斜率最大點(diǎn)，此時(shí)有： maxu? = 2 ? U （ ） 所以有正弦波有效值計(jì)算公式： U = max2u??= 1max2kkuuT??? ? （ ） 因?yàn)樯鲜揭蟮臈l件是 t? +? = 2k? ，而離散采樣能夠正好采樣到 t? +? = 2k? 的幾率很小，現(xiàn)在仔細(xì)分析在這種情況下的算法精度。這些因素都直接影響開(kāi)斷電流測(cè)量的準(zhǔn)確性。 本文采用觸頭累積磨損量作為判斷電壽命依據(jù)的高壓斷路器觸頭電 壽命監(jiān)測(cè)和診斷方法。因此，用累計(jì)開(kāi)斷電流來(lái)判斷觸頭燒損量是不 夠的；另外電磨損雖然取決于電弧能量，但還與觸頭分?jǐn)嗨俣鹊扔嘘P(guān)，且電磨損與電弧能量沒(méi)有比例關(guān)系。 對(duì)于非電磁操作機(jī)構(gòu)，只有靠機(jī)械特性參數(shù)來(lái)完成診斷工作。 機(jī)械故障診斷 對(duì)于電磁鐵操作機(jī)構(gòu)的斷路器，線圈 電流波形可以反映的狀態(tài)有鐵芯 行程、鐵芯卡滯、線圈狀態(tài) (如匝間短路 )、分合閘線圈的輔助接點(diǎn)狀況與轉(zhuǎn)換時(shí)間。由于分閘時(shí)的電弧影響，分閘不同期時(shí)間很難確定，這里不再討論。另外一個(gè)問(wèn)題是同期時(shí)間極短，如何在這么短的時(shí)間內(nèi)有效的得到上述數(shù)據(jù)。本文采取的方法是在合閘過(guò)程中，從操作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)開(kāi)始判斷三相電流采樣值大小，如果都曾經(jīng)大于某一門坎值則認(rèn)為三相全合，所以門坎值的選取尤為重要。所以，只有測(cè)量弧觸頭超行程才是有意義的，本文也只計(jì)算弧觸頭超行程。事實(shí)上，當(dāng)斷路器型號(hào)選定后，行程參量也就確定了。在本設(shè)計(jì)中合閘換位點(diǎn)取三相有電流時(shí)刻，即滅弧觸頭全合時(shí)刻 ，分閘換位點(diǎn)取輔助接點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)變位時(shí)刻。所以合、分操作起始瞬間的選擇直接影響著高壓斷路器機(jī)械參量的數(shù)值。 機(jī)械特性參數(shù)的確定 總體方案確定后，要根據(jù)高壓斷路器機(jī)械特性參數(shù)定義，確定在本系 統(tǒng)中如何根據(jù)現(xiàn)有采集量來(lái)求取各種機(jī)械特性參數(shù)的問(wèn)題。 P? 和 P? 兩路計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)兩個(gè)計(jì)數(shù)器 AT ﹑ BT 進(jìn)行計(jì)數(shù)。本設(shè)計(jì)中則是既可根據(jù)預(yù)知的斷路器行程長(zhǎng)度設(shè)定 100％行程位置捕獲點(diǎn)，又采用兩路相位相差 90176。由于動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)速度是變化的，所以T 是不等的。 a、時(shí)間量采集 時(shí)間量采集靠單片機(jī)的定時(shí)器，由分合閘命令信號(hào)觸發(fā)分合閘時(shí)間記錄序列，記下分合過(guò)程中的各個(gè)有效參量點(diǎn)，再根據(jù)前節(jié)的特性參數(shù)計(jì)算公式，算出各機(jī)械參量。 根據(jù)以上信號(hào)，在線狀態(tài)下求出斷路器分、合閘機(jī)械特性參數(shù)。 （ 2） 分、合閘電磁鐵線圈回路電流信號(hào)。滅弧觸頭超出主觸頭 長(zhǎng)度即有效滅弧長(zhǎng)度雖然可以通過(guò)標(biāo)定主 觸頭在行程中的位置，用捕獲 [11] 方法求出，但仍然屬于間接求法，無(wú)法直接精確求出。當(dāng)對(duì)某一臺(tái)斷路器的操作過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄時(shí)，設(shè)法捕獲到斷路器各個(gè)有關(guān)部件的動(dòng)作時(shí)刻在順序時(shí)間鏈中所處的相對(duì)位置，那么這臺(tái)斷路器的各時(shí)間參量就一目了然，然后經(jīng)過(guò) 微處理器計(jì)算出各機(jī)械特性參量。 合閘平均速度：合閘過(guò)程中中間 80％行程的平均速度。 剛合閘速度：合閘輔助接點(diǎn)接通后 10ms 內(nèi)的平均速度。 觸頭行程：動(dòng)觸頭的起止位置之差的總位移量。斷路器的機(jī)械特性包括：合閘時(shí)間、分閘時(shí)間、觸頭行程、超行程、合閘不同期、分閘不同期、剛合閘速度、剛分閘速度、合閘最大速度、分閘最大速度、合閘平均速度、分閘平均速度等等。這種離線檢修方式是按檢修計(jì)劃來(lái)的，無(wú)論設(shè)備狀況如何都實(shí)施定期檢修，致使有些設(shè)備帶病運(yùn)行卻得不到及時(shí)維修，而有些設(shè)備使用率較低則得到不必要的維修。 90 年代中出現(xiàn)的以 8031 單片機(jī)作微處理器，以各種傳感器作為行程傳感器的高壓開(kāi)關(guān)特性測(cè)量?jī)x測(cè)量精度較以前有較大提高，時(shí)間誤差不大于 ，行程誤差不大于 1mm，速度誤差不大于 ，但是接 線和操作仍較復(fù)雜 。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展及微機(jī)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的廣泛應(yīng)用， 90 年代開(kāi)始出現(xiàn)微機(jī)型高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀。 在早期的傳統(tǒng)的測(cè)試方法中，檢修試驗(yàn)人員使用電秒表、同步燈、光 線示波器、電磁振蕩器和轉(zhuǎn)鼓測(cè)速儀等進(jìn)行測(cè)試。隨著電力系統(tǒng)朝著高電壓、大容量的方向發(fā)展，停電事故給生產(chǎn)、生活帶來(lái)的影響及損失也越來(lái)越大，保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行越來(lái)越 重要。 （ 5） 在通訊模塊設(shè)計(jì)中根據(jù) RS485 通信芯片 MAX1480B[12， 13]的特殊結(jié) 構(gòu)，解決了不同工作電壓的芯片 MAX1480 與 MSP430 的接口問(wèn)題，并給出了 MAX1480 與 MSP430 直接聯(lián)接的接線方案。 （ 3） 用斷路器殼體溫度、環(huán)境溫度和負(fù)荷電流來(lái)間接反映主觸頭溫度 和主觸頭的導(dǎo)電狀況的方法，并給出了諸參量之間的關(guān)系表達(dá)式，給出主觸頭回路電阻的計(jì)算公式。其它檢測(cè)項(xiàng)目方面的情況類似。 （ 7）人工智能與計(jì)算機(jī)結(jié)合的專家系統(tǒng)。 （ 3）合、分閘線圈回路線路完整性監(jiān)測(cè)。短短的十幾年時(shí)間里 斷路器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了較快的發(fā)展。 90 年代美國(guó)、日本開(kāi)始研究斷路器的在線監(jiān)測(cè)，美國(guó)學(xué)者率先給出斷 路器壽命與開(kāi)斷電流的關(guān)系，提出“滅弧觸頭電壽命”的概念，“全工況跳合閘回路完整性監(jiān)視”的概念也是同期提出的，此時(shí)的研究工作主要是圍繞著斷路器狀態(tài)檢修進(jìn)行的。 GIS 技術(shù)是本世紀(jì) 60 年代中期才出現(xiàn)的一種新型電器裝置。由于檢修技術(shù)水平和現(xiàn)產(chǎn)場(chǎng)條件等原因，解體拆裝有時(shí)甚至對(duì)正常高壓斷路器造成損害，同時(shí)也降低了其利用率和可靠性。如果按我國(guó)