【正文】 程序簡(jiǎn)述如下：如果有合、分閘令輸入，設(shè)置合、分閘標(biāo)志，主程序見到合、分閘標(biāo)后將進(jìn)入合、分閘時(shí)序記錄子程序；當(dāng)狀態(tài)輸入量是輔助接點(diǎn)換位時(shí)，則記錄輔助接點(diǎn)的時(shí)序位置和行程的位移位置，并且設(shè)標(biāo)志表示已經(jīng)進(jìn)入合閘或者分閘狀態(tài)。此外，X25043還具有片內(nèi)偶然性寫保護(hù)，1MHz時(shí)鐘速率。詳見第五章。由于MSP430F149 的12位A/D是單極性的。P1～P6：6個(gè)八位雙向多功能口，引腳復(fù)用，即每個(gè)口都可以設(shè)置口方式或者模塊方式，其中，PP2的全部引腳具有外中斷功能，可響應(yīng)16個(gè)中斷源。 （7）靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)（兩個(gè)外部時(shí)鐘和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘）。 上述六個(gè)單元構(gòu)成一閉合系統(tǒng)，傳感器、變送器和設(shè)備在一起位于設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)位于設(shè)備附近也在現(xiàn)場(chǎng)，該環(huán)節(jié)有與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信的能力；監(jiān)控計(jì)算機(jī)從通訊口得來(lái)數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析和診斷，也可以對(duì)被監(jiān)視設(shè)備進(jìn)行必要的控制或采取措施。 熱傳導(dǎo)現(xiàn)象和電學(xué)中的導(dǎo)電現(xiàn)象是相似的，它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系是：熱阻 對(duì)應(yīng)于電阻；熱流（即熱功率）對(duì)應(yīng)于電流；溫差對(duì)應(yīng)于電壓，所以有歐姆定律：=/，對(duì)應(yīng)于熱傳導(dǎo)公式：= /。所以，影響接觸電阻的因素有兩個(gè)：第一、由于接觸面不平整，電流通過的實(shí)際接觸面減小了，也就是說(shuō)電流在接觸面附近發(fā)生了收縮；第二、接觸表面可能被一些導(dǎo)電性能差的物質(zhì)覆蓋，使電阻增大。事實(shí)上，斷路器的額定開斷（短路）電流和額定（工作）電流之比都大于10，也就是說(shuō)，在分?jǐn)喙ぷ麟娏鲿r(shí)，只需要記錄分?jǐn)啻螖?shù)，即只考慮機(jī)械壽命；只有在開斷短路電流（大于12％的額定開斷電流）時(shí)才考慮電壽命。a 觸頭相對(duì)電磨損[26]與相對(duì)電壽命觸頭的磨損系指多次開斷閉合后，觸頭接觸表面逐漸損壞(變形、燒毛、材料脫落等)的現(xiàn)象。短路電流導(dǎo)數(shù)極值在穩(wěn)態(tài)時(shí)為314即100π；，此時(shí)的斜率為： （）此時(shí)衰減直流分量帶來(lái)的最大誤差為： （）而且，一般的開斷操作都發(fā)生在短路后至少60ms 以上，我們可以計(jì)算在短路發(fā)生3周期后的t=： （）此時(shí)誤差為： （） 從以上推導(dǎo)和仿真結(jié)果都可以看出，短路時(shí)的衰減直流分量對(duì)最大斜率算法的精度影響極小。基于該方法開發(fā)的裝置與傳統(tǒng)的診斷方法相比，將更能準(zhǔn)確地反映高壓斷路器觸頭的電壽命，且易于工程實(shí)施。 d、速度的確定 剛合、剛分速度可以由輔助接點(diǎn)變位后10ms 內(nèi)的平均速度來(lái)反映；平均速度在已知行程長(zhǎng)度（例如126 斷路器的行程為145mm152mm[10，11] 情況下，由計(jì)數(shù)器﹑的捕獲功能 得到行程的10％和90％位置，算出該段中間的平均速度即為斷路器的平均速度；然而，最大速度在該電路設(shè)計(jì)情況下無(wú)論如何是無(wú)法知道的。故此可以 通過捕獲得到行程全程中任一行程位置點(diǎn)在分、合閘操作中發(fā)生的時(shí)刻。其中中存放正向移動(dòng)的位移量，中存放反向移動(dòng)的位移量。 斷路器的分、合閘過程瞬間即可完成，故此要求系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性極強(qiáng)。 分閘平均速度：分閘過程中中間80％行程的平均速度。因此，為了更好的了解斷路器的工作狀況，對(duì) 斷路器的機(jī)械特性參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是一種很好的途徑。因此，對(duì)高壓斷路器實(shí)施狀態(tài)診斷或?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解其運(yùn)行狀況，掌握其運(yùn)行特性及變化趨勢(shì)，對(duì)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性極為重要。 顯然，檢測(cè)手段一直是在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的核心工作，目前、國(guó)內(nèi)外都在致力于檢測(cè)手段的開發(fā)和研究。GIS具有占地面積小、維護(hù)工作量少、故障率低、不受環(huán)境條件影響以及運(yùn)行性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外電力部門的公認(rèn)，目前已成為高壓配電裝置的一個(gè)發(fā)展方向（我國(guó)第一套110KV的GIS 于1971年研制成功，1973年投入運(yùn)行）。 （5）監(jiān)測(cè)結(jié)果應(yīng)具有較好的可靠性和重復(fù)性以及合理的準(zhǔn)確度。各單位相繼研制了不同類型的監(jiān)測(cè)裝置。[1] 是造成的停電時(shí)間，都占據(jù)總量60％以上 。70年代加拿大、日本、前蘇聯(lián)等國(guó)家的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)開始起步，并得到迅速發(fā)展。 （2）系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)地連續(xù)地進(jìn)行監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。狀態(tài)維修克服了計(jì)劃?rùn)z修的盲目性，同時(shí)也最大化的節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。 （5）SF6壓力檢測(cè)。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議對(duì)高壓斷路器可靠性所做的兩次世界范圍的調(diào)查和我國(guó)電力科學(xué)院對(duì)高壓開關(guān)事故的統(tǒng)計(jì)分析均表明，高壓斷路器故障80%是機(jī)械的原因[14]。目前，國(guó)內(nèi)一些單位和廠家仍在改進(jìn)該類產(chǎn)品，以期能用于各種斷路器，以及進(jìn)一步提高測(cè)量精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾性等，并進(jìn)一步改進(jìn)操作。 合閘最大速度：合閘全過程中的最大速度。 （4） 觸頭分、合狀態(tài)信號(hào)（由主回路電流間接反映）。旋轉(zhuǎn)光柵是輸入軸角位移傳感器，圓光柵在光電斷續(xù)器中旋轉(zhuǎn)，通過光電轉(zhuǎn)換將軸旋轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。具體作法為：從合閘前的穩(wěn)態(tài)位置到合閘后的穩(wěn)態(tài)位置之間的位移量之差，就是觸頭合閘行程；從分閘前的穩(wěn)態(tài)位置到分閘后的穩(wěn)態(tài)位置之間的位移量之差，就是觸頭分閘行程。以126 型 高壓斷路器為例，它的合閘同期時(shí)間是小于4ms，分閘同期時(shí)間小于2ms。另外，大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，從斷路器累計(jì)電磨損的角度考慮，雖然燃弧時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)單次開斷是隨機(jī)的，但對(duì)多次開斷，其平均燃弧時(shí)間則是趨近的(20 次開斷與30次開斷的平均燃弧時(shí)間有幾乎相同的標(biāo)準(zhǔn)差)。b、直流分量對(duì)算法的影響 以上討論了算法本身的誤差，現(xiàn)在討論在短路時(shí)衰減的直流分量對(duì)算法的影響。關(guān)于它的抗干擾能力較差的問題，也給予了處理，本文略。從表中可看出，當(dāng)很小時(shí)，斷路器的允許開斷次數(shù)會(huì)很大，當(dāng)為10%時(shí)，允許開斷次數(shù)達(dá)5100次；%時(shí)，允許開斷次數(shù)正好為3000次。斷路器導(dǎo)電回路的電阻由兩部分組成，即: （） 式中： ――導(dǎo)電回路各接觸部分的接觸電阻； ――交流附加損耗系數(shù)，與趨表效應(yīng)（集膚效應(yīng)）有關(guān)。只能在流體中進(jìn)行。 （4） 數(shù)據(jù)通信：將采集到的信號(hào)傳送到后續(xù)單元，對(duì)于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因?yàn)閿?shù)據(jù)處理單元遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)，故需要配備專門的信號(hào)傳輸單元。 （4）12位8路A/D、內(nèi)部基準(zhǔn)源、采樣保持和自動(dòng)掃描。60k字節(jié)FlashROM程序存儲(chǔ)器，存一般的程序都非常寬余。溫度雖然屬于模擬量，我們選用的單片式1線數(shù)字溫度傳感器，它可以直接將溫度轉(zhuǎn)換成溫度代碼，且具有無(wú)須附加變送器和數(shù)字信號(hào)傳輸（不易受到干擾）等優(yōu)點(diǎn)，詳述見溫度測(cè)量環(huán)節(jié)。針對(duì)以上問題本設(shè)計(jì)采取的措施是：采用低供電電壓的總線驅(qū)動(dòng)器74HC244，供電電壓2～6V；采用高傳送比（典型值為10）的達(dá)林頓輸出光電耦合器TLP627，其驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)150mA；該輸出環(huán)節(jié)的閉鎖方法是：U6 的光電二極管由U7 的光電三極管供電、UU7 的動(dòng)作電平相反。X25043 為美國(guó)xicor 公司的“非易失性”芯片族中的最新成員，它把看門狗定時(shí)器、電源監(jiān)控和EEPROM三種功能集成在單個(gè)封裝內(nèi)，提高了自身可靠性，降低了系統(tǒng)成本，并減少了對(duì)電路板空間的要求。 A/D 中斷服務(wù)程序流程 A/D 中斷服務(wù)程序的功能是將A/D采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如果不到10個(gè)點(diǎn)，只是將當(dāng)前采樣數(shù)值加到暫存單元，如果夠10次，這將暫存單元的內(nèi)容保存，同時(shí)求出A、B、C相電流的斜率，如果它們中間有采樣最大值點(diǎn)折算出此時(shí)的電流幅值。在本設(shè)計(jì)中它們工作于計(jì)數(shù)狀態(tài)，分別用于記錄正向和反向運(yùn)動(dòng)的位移量，合閘行程＝TA－TB；分閘行程＝TB－TA。選擇該顯示器的原因是：MSP430F149有兩個(gè)SPI接口；2；MSP430F149也是低功耗器件。轉(zhuǎn)換后的溫度值（9 位二進(jìn)制）通過DS1820 的數(shù)據(jù)線直接輸入到單片機(jī)，無(wú)需通過A/D轉(zhuǎn)換。2 開關(guān)量輸入環(huán)節(jié) 開關(guān)量輸入環(huán)節(jié)包括：狀態(tài)量輸入環(huán)節(jié)和鍵盤輸入環(huán)節(jié)兩部分。15種中斷源；12個(gè)工作寄存器；兩個(gè)具有捕獲功能的AB7 定時(shí)器；一個(gè)看門狗定時(shí)器；一個(gè)模擬信號(hào)比較器。 （10）強(qiáng)大的中斷功能。這也是微電子計(jì)算發(fā)展的結(jié)果，因?yàn)槟壳暗膯纹瑱C(jī)已經(jīng)可以做到處理能量較強(qiáng)，可以完成一些過去只能由PC機(jī)完成的工作。 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: （）式中： ――對(duì)流換熱系數(shù) ――與流體接觸的壁面面積[ ]； ――壁面溫度[K]； ――流體平均溫度[K]。 （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。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。前已述及，雖然觸頭的電磨損取決于電弧能量即開斷電流和燃弧時(shí)間，但是對(duì)于多次開斷來(lái)講，則平均燃弧時(shí)間是趨近的。同時(shí)，增加, 采樣點(diǎn)間距加大，所以該式的分子 也增加。這些因素都直接影響開斷電流測(cè)量的準(zhǔn)確性。 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。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。 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)的問題。 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。當(dāng)對(duì)某一臺(tái)斷路器的操作過程進(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)過微處理器計(jì)算出各機(jī)械特性參量。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。 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。其它檢測(cè)項(xiàng)目方面的情況類似。 90年代美國(guó)、日本開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。 高壓斷路器在線監(jiān)測(cè) 高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展史 與變壓器、發(fā)電機(jī)、電容性設(shè)備相比，高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)起步較晚。1985 年以后，國(guó)家先后將一些諸如：“電力設(shè)備運(yùn)行中局部放電數(shù)字化監(jiān)測(cè)裝置和相應(yīng)的微機(jī)系統(tǒng)”、“大型氣輪發(fā)電機(jī)故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”項(xiàng)目列入“七五”和“八五”攻關(guān)項(xiàng)目。目前，電力系統(tǒng)各運(yùn)行單位正致力于高壓斷路器由計(jì)劃?rùn)z修到狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變，不再以投入年限和動(dòng)作次數(shù)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，而是以設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)為維修依據(jù)。 電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè) 電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展史 早在1951 年，美國(guó)西屋公司的約翰遜（John ）針對(duì)運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)因槽放電[5]導(dǎo)致電機(jī)損壞現(xiàn)象，提出并研究了在電機(jī)運(yùn)行條件下對(duì)槽放電現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)視。 （4）在不斷積累監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和診斷經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展人工智能技術(shù)，建立人工神經(jīng)網(wǎng)和專家系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)診斷自動(dòng)化。目前，國(guó)家依然推行的是計(jì)劃性預(yù)防檢修。 （2）高壓斷路器的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)包含豐富的信息，受到國(guó)內(nèi)外普遍重視。以該單片機(jī)為核心，構(gòu)造硬件電路對(duì)斷路器的各參量進(jìn)行采集、處理和運(yùn)算實(shí)現(xiàn)上述各功能，并用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)之。以Ｚ80單板機(jī)作微處理器的微機(jī)系統(tǒng)測(cè)速誤差大、導(dǎo)電桿總行程和導(dǎo)電桿超行程測(cè)量精度低、達(dá)不到對(duì)速度、行程、超行程的測(cè)量精度，隨著MCS51系列單片機(jī)的出現(xiàn)而逐漸被淘汰。 分閘不同期：從首極分開始到所有極都分為止的時(shí)間之差。事實(shí)上是單片機(jī)的定時(shí)器配合斷路器分、合閘過程中的如下輸入信號(hào)： （1） 分、合閘命令信號(hào)?，F(xiàn)在一些生產(chǎn)廠家干脆在合閘時(shí)只測(cè)超程，在分閘時(shí)只測(cè)開距，以回避彈跳過程。關(guān)于換位點(diǎn)的確定不同文獻(xiàn)有不同的方法。關(guān)鍵問題是：如何有效的提取首相開始有電流和三相全部有電流信號(hào)。事實(shí)上，同一斷路器在同樣的外部條件下先后兩次開斷同樣大小的電流值，其燒損程度也不可能相同，而且，開斷電流相差很大時(shí)，斷路器觸頭的燒損機(jī)理不同，燒損相差更大。即： 1 （） 取每周12點(diǎn)時(shí)，則有： 1 （） 從以上分析可以看出，在每周12點(diǎn)時(shí)，（）式的左式恒不大于1，而其右式恒大于1，（）式的左式和右式不相等是產(chǎn)生誤差的原因。 取，則有: ()本文僅給出最大誤差點(diǎn) 時(shí)的仿真結(jié)果，其他情況的誤差比該情況下小。b SF6斷路器觸頭相對(duì)電磨損公式的推導(dǎo) 對(duì)于SF6斷路器觸頭的電磨損，用文[27]中所給弧觸頭的允許開斷次數(shù)與開斷電流的關(guān)系曲線和對(duì)應(yīng)的公式，推導(dǎo)相對(duì)電磨損公式。 【28】 斷路器的發(fā)熱與散熱 a 斷路器發(fā)熱源[17] 斷路器發(fā)熱的來(lái)源在于內(nèi)部的能量損耗，降低斷路器的工作溫度的主要途徑就是設(shè)法減小損耗。 傳導(dǎo) 當(dāng)直接接觸的物體之間有溫度差時(shí)，