一種基于微弱信號處理的sf6斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)計(jì)涉及電力系統(tǒng)電器領(lǐng)域開關(guān)設(shè)備的在線監(jiān)測，具體涉及高壓SF6斷路 器電壽命的在線監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量與日俱增。作為電力系統(tǒng)中重要的開 關(guān)設(shè)備，SF6氣體以其優(yōu)良的絕緣性能被采用作為高壓斷路器的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，因此 使得72. 5kV及以上的電力系統(tǒng)中SF6斷路器占據(jù)了絕對的優(yōu)勢，對電力系統(tǒng)起控制和保護(hù) 的雙重作用。電壽命指的是斷路器不經(jīng)檢修的連續(xù)開斷能力，也即燒盡規(guī)定的的觸頭材料 的磨損量。SF6斷路器的電壽命診斷指的是通過對各種檢測方法取得的信息，經(jīng)過科學(xué)全面 綜合分析，掌握設(shè)備的當(dāng)前狀況和壽命期望，它是電力設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)和前提。
[0003] 影響SF6斷路器電壽命的主要指標(biāo)是電磨損程度，包括觸頭、滅弧室和滅弧介質(zhì) 三個部分，其中起決定作用的通常是觸頭的電磨損，通過對電磨損的研宄可知，電磨損的主 要決定因素是斷路器的開斷電流I，燃弧時間t、滅弧室的結(jié)構(gòu)及其動觸頭的運(yùn)行速度等。 以往對電磨損的評估判斷是以記錄累計(jì)開斷電流（I)或累計(jì)電弧能量（I 2t)為依據(jù)的。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，斷路器觸頭的燒損機(jī)理不同，燒損相差更大。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有比例關(guān) 系。因此要對斷路器觸頭電磨損、電壽命監(jiān)測作進(jìn)一步研宄，對斷路器觸頭進(jìn)行電壽命評估 需要解決電壽命的概念和工程實(shí)施方法問題。
[0004] 現(xiàn)有的計(jì)算斷路器電壽命的方法主要是開斷電流累計(jì)法，它是根據(jù)觸頭的質(zhì)量損 耗計(jì)算電壽命，是基于高壓斷路器的電壽命曲線的累計(jì)法。但是，不同短路電流下的觸頭電 磨損程度是不一樣的，而其磨損量和短路電流大小并不成線性關(guān)系。僅用累計(jì)開斷電流來 判斷觸頭燒損量是不夠的。因此，判斷觸頭燒損量要考慮到每次開斷不同短路電流所產(chǎn)生 的不同磨損量，從而給SF6斷路器的電壽命檢測帶來了很大的困難。因此，需要對現(xiàn)有的電 壽命檢測狀況進(jìn)行革新，不能僅依賴于開斷電流大小，而通過反映SF6斷路器弧觸頭燒蝕 狀況來監(jiān)測和評估斷路器的電壽命，從而有望獲得較為準(zhǔn)確的電壽命監(jiān)測結(jié)果，彌補(bǔ)目前 國內(nèi)外尚無高壓SF6斷路器行之有效的電壽命監(jiān)測技術(shù)和方法的缺陷，為高壓SF6斷路器 智能化產(chǎn)品的升級換代提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。
[0005] 研宄表明，SF6斷路器在開斷過程中伴隨電弧的燃燒過程，觸頭燒蝕產(chǎn)生大量金屬 蒸氣，同時伴隨著SF6氣體的分解，金屬蒸氣和分解物長期存在于滅弧室內(nèi)。因此，金屬蒸 氣和SF6分解物濃度的含量與觸頭的燒蝕程度及斷路器的電壽命密切相關(guān)，可以通過SF6 分解物濃度的檢測來反映出SF6氣體的分解程度以及滅弧室的燃弧情況。可以認(rèn)為SF6分 解物濃度是診斷SF6斷路器電壽命的關(guān)鍵特征量。
[0006] 近年來，隨著碳納米管技術(shù)的飛躍發(fā)展，碳納米管傳感器以其獨(dú)特的優(yōu)勢已逐步 應(yīng)用到高壓GIS局部放電的監(jiān)測，使其具備了應(yīng)用到高壓SF6斷路器電壽命監(jiān)測的可能性。 利用氣體傳感器監(jiān)測SF6分解物濃度來反應(yīng)斷路器的電壽命具有一定可行性，但傳感器輸 出的電流在納安級及其以下，所以如何精確的檢測出微弱的電流信號是SF6分解物濃度實(shí) 時監(jiān)測的關(guān)鍵。因此，研制一套能夠檢測皮安級電流，輸入電流動態(tài)范圍能夠達(dá)到1〇 6及以 上的檢測系統(tǒng)十分必要，再將此套系統(tǒng)和傳感技術(shù)應(yīng)用于SF6斷路器的壽命評估，能夠解 決SF6斷路器電壽命在線監(jiān)測的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提出一種基于微弱信號處理的SF6斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，能 夠檢測氣體傳感器發(fā)出的皮安級到毫安級電流信號，并最終實(shí)現(xiàn)SF6分解物濃度的精確測 量，從而通過SF6分解物濃度來反映SF6斷路器的電壽命。
[0008] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] 一種基于微弱信號處理的SF6斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，包括：信號轉(zhuǎn)換模塊、量程 選擇模塊、濾波模塊、A/D模塊以及信號處理模塊，其中：所述信號轉(zhuǎn)換模塊包括極低偏置 電流的運(yùn)算放大器，利用極低偏置電流的運(yùn)算放大器將傳感器輸出的皮安到毫安電流信號 轉(zhuǎn)換為電壓信號，并輸出至濾波模塊；所述量程選擇模塊包括干簧繼電器，利用微處理器和 干簧繼電器配合實(shí)現(xiàn)量程的自動切換；所述濾波模塊包括集成濾波器，利用所述集成濾波 器對所述電壓信號進(jìn)行濾波，并輸出至信號處理模塊；所述信號處理模塊利用信號采集單 元實(shí)現(xiàn)對所述電壓信號的數(shù)字濾波和采集，并進(jìn)行輸出。
[0010] 優(yōu)選地，所述信號轉(zhuǎn)換模塊、量程選擇模塊、濾波模塊、A/D模塊以及信號處理模塊 外部均有兩層屏蔽，外層屏蔽材料采用銅，內(nèi)層屏蔽材料采用鐵，安裝在斷路器之外。
[0011] 優(yōu)選地，所述氣體傳感器的輸出采用同軸電纜與信號轉(zhuǎn)換模塊相連，以減小外部 信號的干擾。
[0012] 優(yōu)選地，所述極低偏置電流的運(yùn)算放大器為TI公司的偏置電流最大在數(shù)個飛安 的LMC6042系列芯片。
[0013] 優(yōu)選地，所述集成濾波器為MAXM公司生產(chǎn)的MAX274高性能四階濾波器。
[0014]優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為TI公司生產(chǎn)的ADS1254高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0015] 優(yōu)選地，所述信號采集單元使用STM32F4系列微處理器，其具有較低的價格并且 較快的處理速度。外部擴(kuò)展256MB的閃存和4MB隨機(jī)靜態(tài)存儲器，以完成采集數(shù)據(jù)的存儲。
[0016] 因此，本發(fā)明能夠檢測微型傳感器發(fā)出的pA級電流信號，輸入電流動態(tài)范圍為 1〇 9,并最終實(shí)現(xiàn)SF6分解物濃度的精確測量，能夠?yàn)镾F6斷路器的電壽命在線監(jiān)測提供依 據(jù)。具有操作方便，可就地和遠(yuǎn)程監(jiān)控，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例的基于微弱信號處理的SF6斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中的附圖標(biāo)記所分別指代的技術(shù)特征為：
[0019] 1、氣體傳感器；2、信號轉(zhuǎn)換模塊；3、量程選擇模塊；4、濾波模塊；5、A/D模塊；6、 信號處理模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。可以理解的是，此處所描 述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便 于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。
[0021] 參見圖1，公開了根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例的基于微弱信號處理的SF6斷路器電壽 命監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，一種基于微弱信號處理的SF6斷路器壽命監(jiān)測系統(tǒng)，包括：、信 號轉(zhuǎn)換模塊2、量程選擇模塊3、濾波模塊4、A/D模塊5以及信號處理模塊6,其中：
[0022] 所述信號轉(zhuǎn)換模塊包括極低偏置電流的運(yùn)算放大器，利用極低偏置電流的運(yùn)算放 大器將傳感器輸出電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并輸出至濾波模塊；
[0023] 所述量程選擇模塊包括干簧繼電器，利用所述干簧繼電器和處理器的閾值電壓設(shè) 定實(shí)現(xiàn)量程的自動切換；
[0024] 所述濾波模塊包括集成濾波器，利用所述集成濾波器對所述電壓信號進(jìn)行濾波， 并輸出至A/D模塊；
[0025] 所述A/D模塊包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，利用所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器對濾波模塊輸出電壓信號進(jìn) 行轉(zhuǎn)換，并輸出至信號處理模塊；
[0026] 所述信號處理模塊利用信號采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對所述電壓信號的數(shù)字濾波和采集，并 進(jìn)行輸出；
[0027] 所述整個系統(tǒng)外面套有電磁屏蔽罩。
[0028] 因此，本發(fā)明的基于微弱信號處理的SF6斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，首先解決了電 流-電壓信號轉(zhuǎn)換的問題，降低信號傳輸功耗，利于信號后續(xù)采集和處理；其次本發(fā)明通 過信號轉(zhuǎn)換模塊中的運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)對皮安級到毫安級信號的測量，有效抑制共模噪聲信 號，提高測量精度；再次，本發(fā)明采用ARM微控制器的控制器作為信號采集單元的核心，通 過ARM微控制器的相關(guān)數(shù)字算法優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)微弱信號的提取和降低噪聲信號，保證采集單 元的精度要求。這樣一來，氣體傳感器將電流信號發(fā)出后，在信號轉(zhuǎn)換模塊中實(shí)現(xiàn)電流-電 壓信號轉(zhuǎn)換，再通過濾波模塊濾波和A/D模塊后被信號處理模塊提取，從而實(shí)現(xiàn)了 SF6分解 物濃度的精確測量。
[0029] 所述電磁屏蔽罩材料外層采用銅，內(nèi)層材料采用鐵，當(dāng)電磁場通過時，通過銅材料 屏蔽磁場，鐵材料屏蔽電場，能夠達(dá)到良好的電磁屏蔽效果。銅材料和鐵材料厚度均為1mm， 一方面達(dá)到較高的反射損耗和折射損耗，另一方面減少設(shè)計(jì)成本。
[0030] 在另一個具體的實(shí)施例