断路器的智能监测论文

断路器的智能监测论文（精选6篇）

篇1：断路器的智能监测论文

新款智能类断路器的性能概述论文

断路器由6部分组成：电源、大电流[3]的信号采样、微处理系统、线路的通断控制、无线通信、界面显示，电源部分直接将220V交流电转换为可供控制模块和微处理系统使用的工作电源；大电流的信号采样通过零序电流互感器，并结合模拟电子技术中的信号放大和调整，为微处理器系统提供正确可靠的信号；微处理系统由Atmega16单片机和外部接口电路组成，对电流信号进行实时采集、处理、储存，实现各种保护和辅助功能；线路的通断控制通过光耦和晶闸管[4]的组合，用小电流来实现大电流的通断[5]；无线通信模块的设立可以通过一个终端设备控制来控制多个断路器的工作，可以进行大规模地统一管理，在断路器上安装一个无线通信模块，当终端发出指令时，它可以接受指令，并执行指令相应的动作；界面显示模块笔者用液晶显示加9个数字键来做，可以实现人机互动，便于用户自己设置合适的值以及相应的操作；同时在界面显示旁边会有一个开关，可以用来手动复位。

硬件功能模块的设计

电源模块设计本研究的电源采用直接接入零火线，通过lnk306芯片进行转化，通过调整电阻值来获得控制模块所需要的13V电压，实现了220V到13V的直接转换[6]，从而无需另外给予断路器单独供电，由于微处理系统需要5V的电压供电，通过78M05芯片来转化。信号采样模块的设计本研究通过在零火线上各用一个零序电流互感器，采集零火线上的实时电流，将其转换为可控单片机识别的电压信号，通过LM358的放大倍数调整采样的精度。微处理系统模块的设计微处理系统模块主要包括Atmega16单片机[7]，JTAG口，3盏显示不同情况的灯，通过JTAG口可以进行程序的烧入和修改，3盏灯的变化可以显示此时线路的状况。控制模块的设计因为是大电流的控制，传统意义上的继电器就不能用了，这里用双向晶闸管来实现，它能通过大电流，而且双向晶闸管可以很方便地闭合和断开，由于大电流的操作危险性高，笔者用了光耦来进行隔离，笔者通过一个三极管作为开关，通过单片机控制三极管的导通和断开，而实现光耦的导通与断开，从而实现了用小电流控制大电流的目的。本研究通过双向晶闸管来代替传统断路器的脱扣器还可以避免产生由于线路通断产生的高压电弧。电弧的产生是由于断路器切断通有电流的回路时，只要电源电压大于10V~20V，电流大于80mA~100mA，在动、静触头分开瞬间，触头间隙就会出现电弧。此时，触头虽然已经分开，但是电路中的电流还在继续流通，只有熄灭电弧，电路才真正断开。如果用双向晶闸管代替传统的脱扣器，就能避免电弧的产生。首先，晶闸管是一个无触点的开关，不存在触头；其次，双向晶闸管的断开需要在线路中的电压过零点时才能断开，也就是说晶闸管的断开瞬间，线路中是没有电流的，这样就能避免电弧的产生。最后，双向晶闸管的介质是半导体，对于电弧的产生也有一定的抑制作用。所以，本研究通过采用双向晶闸管，线路中可以成功避免电弧的产生。在一系列的测验中，晶闸管承受了20A~3000A电流的冲击，都没有电弧的产生，同时晶闸管本身没有出现损坏，安全性非常高。无线通信模块的设计最后笔者要将产品应用于家用电器中，并将和电表绑定，这样不但可以保护家用电器，而且还可以便于供电局对电表的管理，无线覆盖范围是200m，可以在每个小区设置一个终端，通过这个终端来控制这个小区的所有断路器的控制，通过终端发出命令，无线模块接受命令，并把命令传递给微处理系统，微处理系统接受命令，并执行相应的操作。界面显示模块的设计为方便用户的操作，笔者将设计人性化的界面显示，笔者用液晶1602来作为显示屏，配以9个数字键来执行相应的操作，在显示屏中，笔者将有以下功能：平时，界面将显示当前线路中的漏电流值和过载值，如果笔者需要对其操作，开始时，笔者将进行设备连接状况的自我检测，如果连接正常，界面上将显示其正常，然后进入主页面，主页面中有以下几项：①漏电流值设置；②过载电流值设置；③密码设置；④删除记录；⑤联网设置；⑥自检。

软件功能模块的设计

该系统的输入量有以下几个部分：通过采样模块采集过来的信号，3盏灯的信号输出，光耦的控制信号，无线通信模块的命令信号，外界按键的信号。采样部分，笔者先进行5次预采样，然后采样167次，通过求平均值来获得采样值，从而可以避免有些没用的采样，使采样精度更加准确[8]；界面显示部分，由于液晶1602智能显示两行，笔者将采用翻页的形式进行菜单的显示。该系统的整个程序流程就是程序初始化后进入到主循环，通过读取采样程序部分的数值，与预定数值进行比较，并显示到其界面上，通过终端控制或者自动执行或手动控制来进行故障处理。程序结构具有模块化和子程序化的特点，同时在程序中加入了抗干扰处理。软件程序分为如下部分。主程序主程序主要包括系统的整个工作原理，包括开始阶段的对线路电流进行采样[9]，终端的控制，报警，自动保护家用电器，界面的显示及应答相应的操作。采样程序采样程序主要包括采样通道的选择以及对此通道数据的采集和存储，在这里，笔者将对线路进行不间断的采样，由于一些不稳定因素的干扰，在刚开始采样时，采集到的数据可能会不准确，笔者对线路先进行5次的预采样[10]，在舍弃5次预采样后，笔者通过获得167个采样值，然后取其平均值的方法来确定其为输入给微处理系统的采样值[11]，这样可以使数据更加精确，可以排除一些干扰。无线通信程序该程序是为了实现终端对断路器的远程遥控，它分为两个子程序：发送程序和接收程序，当微处理系统接受到无线通信模块发出的信号时[12]，微处理系统将执行信号所对应的指令，如此，笔者只用一个终端设备即可集成管理多个断路器的工作。界面显示程序为了更加方便广大用户的使用，笔者在这款产品中增加了界面显示的.功能，通过9个按键控制液晶显示屏的显示来提供各种选择，该程序把界面和整个产品的功能链接成一个整体，通过读取键盘键入值来执行相应的程序响应并显示在液晶显示屏上[13]。定时程序在断路器的国标中有时间―电流动作特性要求，而且定时功能的增加也可以防止偶尔的突发失误造成的断路器微处理系统的误判，笔者设置为“当断路器的采样值在警告值范围内持续一定时间后就要断开线路”，否则不断开，当在危险值时，必须在0。1s内断开线路，当正常时保持工作。

测试结果

根据以上原理，笔者设计了一款智能型大电流断路器，它将要在电路中电流在64A以下能持续正常工作，超过100A时断开断路器断开线路。同时，笔者要求它能承受3000A电流的短暂冲击而不损坏器件，笔者对其进行了一系列电流测试，测试结果（表略）

结束语

智能型大电流断路器性能远远优于传统的断路器产品，所设计的智能测控单元以Atmega16单片机为核心构成一个实时数据采集系统，可将采集的数据进行实时分析、运算和处理，可获得各种不同的保护特性，易于修改，无线通信模块的设计使得断路器使用的控制更加规范化，界面模块的设计使得它的操作性更具有人性化和方便化，它的大电流特性和电源模块部分使它能更广泛地应用于工业领域和家庭用电。当然，这款断路器还有许多需要笔者继续改进的地方，如对于采样的精度控制，温度的变化导致器件的一定程度的损害，从而使部分功能无法正常工作，如何在无线通信中尽可能地实现抗干扰等等，这些问题都可以在以后的研究中得到解决。未来笔者将把这款断路器与家用电表绑定，通过电流信号来控制断路器，从而控制电表，这样将减少大量查抄电表的人工，将会解放大量的劳动力，产生巨大的社会和经济效益。

篇2：断路器的智能监测论文

随着科技进步，智能电网技术不断深入到输电、配电行业，智能高压开关柜是智能电网中重要的设备，在智能开关柜子通断电时，需要及时监测重要的电气参数，以便于输配电企业及时了解设备的运行状态，以便更好地为输、配电服务。问题的提出

在高压开关柜控制系统中，断路器具有极其重要的作用，为了达到高效灭弧的目的，高压开关柜中断路器合闸、分闸等操作往往在极短的时间内完成整个动作。高压开关柜在储能、合闸、分闸等操作中需要采集如储能电机电流、合闸线圈电流、分闸线圈电流、合闸行程及分闸行程等重要参数，这些参数的好坏将会直接影响到设备的工作性能，因此，在实际工作中，往往需要将这些参数绘制成曲线显示在屏幕上。如何采集断路器各项参数及绘制性能曲线是本文的重点。断路器数据采集

在高压开关柜控制系统中，常常采用模块化设计理念进行设计，各个模块之间通信采用RS-485方式连接在一起，这些模块称为IED设备。高压开关柜中最重要的控制模块莫过于断路器模块，下面我们以河南森海iCB-900型断路器为例，详细介绍断路器数据采集过程。

iCB-900型断路器是目前市面上比较新型的断路器，该断路器采用先进的DSP芯片作处理器，外加高速ADC，可以高速采集如存储能电机电流、合闸线圈电流、分闸线圈电流、合闸行程参数、分闸行程参数等重要数据，这些数据往往具有突发性和偶然性。一旦发生，往往是极短时间内需要高速采集，所以一般的CPU很难胜任，所以一般以高速DSP作为处理器，采用高速的ADC进行数据采集，然后将这些数据以文件的方式存放在数据缓冲区里，等待上层IED或上位机系统及时取走。

iCB-900断路器采用RS-485通信，波特率9600pbs，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验，这种通信方式是典型的半双工通信方式，通信双方采用主（Master）/从（Slave）模式，工作方式为主设备轮询从设备，从设备收到轮询指令后，先判断是否是与本机的地址相同，如果相同则将本机数据封包上传，否则不予理会。这种轮询方式对于周期性数据，如各种状态信息比较有效；而对于非周期性数据如：储能电机电流、合闸线圈电流、分闸线圈电流、合闸行程参数、分闸行程参数等突发性数据上传就比较困难了。因此在工程实践中往往需要把这种具有突发性、偶然性数据单独封装成一个一个独立的数据包，但是这种数据又无法主动上传给上位机或上层IED设备。在工程为了可靠起见，常常采用类似信令的工作方式，在信令中规定某几位用于指示不同的数据包，当上位机或上层IED设备轮询的时候，将该信令以状态的方式封装在周期性状态数据包中，当采集到这些突发性数据时，将该信令对应的数据位置1，通知上位机或上层IED设备，上位机或IED设备将以不同的指令及时从缓冲区中读取对应的数据文件，当上位机或上层IED设备收到该数据文件后，向丛机设备发送一个应答数据包，同时将该数据写入到上位机或上层IED设备数据库中；并且将该数据以曲线的方式显示到绘图模块中，方便用户及时查看。

对于周期性数据如状态数据、累计合闸次数、累计分闸次数、累计储能电机次数、累计开断电流、当前开断电流等数据，这些数据存放在不同的缓冲区里，参见iCB-900数据地址表1。该数据与状态信息及信令信息一起上传，上层IED设备收到这些信息后，及时刷新断路器状态栏，以方便用户及时了解设备工作状态。曲线绘制

断路器需要检测的数据比较多，在工作过程中，常常需要监测储能电机电流数据、分闸线圈电流数据、合闸线圈电流数据、分闸行程数据、合闸行程数据、为了方便显示用户查询数据，在人机界面分别设计5个功能按钮。改进措施

需要做的改进措施主要有四点：

（1）实际上iCB-900断路器采集的有效数据点仅仅87个，为了方便绘制图形往需要补足101个点。

（2）为了实现程序功能，在程序设计过程中自定义了C2DGraphS类专门实现图像绘制功能，本程序中直接引用该类实现图像绘制功能。

（3）为了方便用户查询数据，在WinCE系统中集成了SQLCE数据库，通过相应的数据接口，将数据写入库中，用户可以及时查询历史曲线，方便了解系统的工作性能。

（4）为了方便在同一个模块上绘制曲线，我们将绘图曲线规格化，然后以自适应方式绘制曲线。结论

该程序在35kV智能开关柜远程控制项目中测试通过，在实际运行过程中，目前程序运行正常。实践证明这种方法在iCB-900断路器数据采集和性能曲线绘制效果非常理想。

【参考文献】

篇3：断路器的智能监测论文

断路器性能的可靠性关系到电力系统的安全运行。GIGRE对高压断路器的可靠性所作的2次世界范围的调查、以及我国电力系统对高压开关设备事故的统计分析均表明断路器的主要故障为机械故障。目前对高压断路器机械性能的检查主要是在设备定期检修期间进行, 实践表明频繁的操作及过度的拆卸检修会降低高压断路器动作的可靠性。对高压断路器实施在线监测, 及时了解其运行情况, 对降低设备故障率、提高电力系统的安全性和可靠性具有重要的现实意义[1,2]。目前, 一些发达国家对高压开关设备的在线监测日趋成熟, 国内许多厂家和科研单位正在开展这方面的研究。

本文介绍的高压断路器智能在线监测系统采用分布式结构, 其中智能检测单元以TI公司的高性能数字信号处理器TMS320LF2812 DSP作为主控制器, 以VCm (BPC) -12/1250-31.5型永磁机构真空断路器为研究对象, 完成了对分、合闸线圈电流信号、动触头行程信号的检测, 实现了对断路器机械特性参数的测量、就地显示、数据通信和网络监测等功能。

1 系统硬件设计

1.1 系统结构

整个系统分为上位机和下位机2个部分, 通过扩展下位机, 最多可同时完成110路真空断路器的在线监测, 其拓扑结构如图1所示。上位机采用工控机作为整个系统的高层管理设备, 通过VB编程软件编制的上位机程序, 实现对断路器监测过程的监视和管理, 完成诸如报表打印、数据存储、查询以及故障报警等任务。下位机是独立设计的以TMS320LF2812为核心处理器的智能检测单元, 采用模块化设计, 安装在现场;上、下位机之间采用CAN现场总线方式通信。现场的各智能检测单元通过不同的传感器采集断路器的动作信息, 一旦符合启动条件 (如断路器分、合闸信号出现等) , 智能检测装置即开始采集数据, 数据经下位机处理后, 把计算所得的有效参数就地显示在现场的液晶屏上, 同时通过CAN总线把数据主动上传给上位机, 由上位机对数据进行分析和管理。

图2为智能检测单元与其它元件布局关系图, CT1、CT2、CT3为电流变送器, 分别检测A、B、C三相电流信号;HT1、HT2为霍尔电流传感器, 分别检测分闸线圈电流和合闸线圈电流;LT为高精度直线位移传感器, 用于检测动触头行程信号;VT为振动传感器, 用于检测断路器本体的振动信号;CANH、CANL为CAN总线, 智能检测单元通过CAN总线经CAN适配卡与上位机相连, R1、R2为总线终端匹配电阻。

1.2 主要传感器的选型

本系统采用的传感器包括直线位移传感器、霍尔电流传感器。测量断路器动触头的行程-时间曲线最直接的方法是在动触头下或触头的绝缘拉杆下安装直线位移传感器。但是对于40.5 kV及以下电压等级的设备, 其结构非常紧凑, 在动触头和绝缘拉杆附近可用来安装传感器的空间非常有限, 而且传感器如果装在动触头处还存在高电位隔离问题。考虑到断路器的动触头在分合闸过程中, 其运动行程规律与主轴连动杆运动行程规律之间有着固定的联系, 本系统通过在主轴上安装连动装置, 将主轴的角位移转换成与动触头相对应的直线位移, 采用WDL-25型精密直滑式导电塑料电位器测量位移对应的电压值。该传感器线性度为0.1%, 输出平滑性为0.1%, 最大反应速度为10 m/s, 完全可以满足真空断路器测量速度的要求, 可精确检测断路器动触头的速度和行程。

测量分、合闸线圈电流采用跟踪型霍尔电流传感器, 该霍尔传感器失调电流小、线性度好、跟踪速度快、响应时间小于2 μs, 测量范围从直流到100 kHz, 并且具有高过载能力。由于采用了霍尔磁平衡原理, 电气绝缘和抗干扰能力都很强。传感器安装于断路器分合闸操作回路之中, 它的输出由信号调理电路转换为0～3 V电压信号输入DSP。

1.3 基于DSP的智能检测单元设计

针对断路器机械特性的检测, 系统设计采用监测断路器动触头行程、分合闸线圈电流、主回路相电流来判断断路器的机械性能。系统的核心是分布式断路器智能检测单元。该智能检测单元采用模块化结构, 包括TMS320LF2812 DSP主控板 (含通信模块) 、液晶面板、信号调理模块和电源模块等, 图3为智能检测单元的硬件结构图。

DSP主控板是以TMS320LF2812 DSP为核心的智能控制模块, 同时应用ISS161LV6416作为外扩存储器。其任务可以分为信息采集、数据处理、计算分析以及通信3个方面。TMS320LF2812是TI公司推出的基于TMS320C2xx内核的定点数字信号处理器, 该产品的显著特点为高速、低功耗、低成本、易于开发。该芯片内部以1.8 V、外部3.3 V供电, 每秒内可执行1.5亿次指令 (150 MIPS) , 具有单周期32×32的乘积累加操作 (MAC) 功能, 片内集成了18 KB的单口RAM、128 KB的FLASH存储器, 此外片上自带2×8通道高性能12位ADC单元 (80 ns转换速率) , 提供了2个采样保持电路, 可以实现双通道信号同步采样。

信号调理模块共设计有4路电压调理电路, 包括直行程位移传感器信号、三相线圈电压信号;6路电流调理电路, 包括三相分合闸线圈电流信号。电压、电流调理电路均有冗余设计, 并且各个电压调理电路以及电流调理电路的功能均可以通过软件重新定义, 因此当某一路调理电路出现故障时, 可以用多余的调理电路来实现该电路的功能。当增加断路器的传感器时, 也可以将多余的调理电路定义为相应的功能, 增加了系统配置的灵活性。

为使管理人员能直观地了解当前的监测状态, 设计了功能齐全的人机接口, 包括键盘和液晶面板, 用于现场的测量值显示、参数修改及阈值报警等。

1.4 现场总线的应用

本系统设计采用CAN现场总线代替传统的RS485总线。CAN协议废除了传统的站地址编码, 而代之以对通信数据块进行编码, 总线连接的节点数可达110个;总线上任意节点均可以在任何时刻主动地向总线上的其它节点发送信息;采用短帧结构, 传输时间短, 抗干扰能力强, 近距离的传输速度可以达到1 Mbps;CAN现场总线具有总线仲裁机制, 能有效避免多下位机同时上传数据时造成的冲突;当CAN总线上的某个节点出现严重错误时, 具有自动关闭输出的功能, 使总线上的其它节点及通信不受影响, 从而提高了系统的可靠性。由于选用了内部集成有CAN控制器的主控TMS320LF2812 DSP和CAN总线收发器SN65HVD230, 其应用电路构成简单。CAN总线接口电路如图4所示。

图4中, TMS320LF2812 DSP芯片内嵌的CAN控制器经DSP的第87、89脚分别与CAN总线收发器SN65HVD230的第1、4脚相连;CAN总线收发器U4的第7、6脚分别与CAN总线的CANH、CANL相连, 同时分别和电阻R10两端相连, 接到网络接口插件CON2。

2 系统软件设计

2.1 下位机主程序

系统下位机软件设计采用汇编语言与C语言混合编写。由于下位机软件需要实现多信号的采样计算、显示、通信、响应外部中断等多种功能, 各方面的实时性要求很高, 合理安排各个软件模块的相互关系对系统的稳定性至关重要。在软件设计时, 借鉴已有的嵌入式实时操作系统的思想, 设计了实时多任务的调度机制。该任务调度机制给不同任务以不同的优先级, 优先级高的程序具有中止低优先级程序的权限, 使重要任务能得到及时的执行, 提高了系统的可靠性、安全性。下位机主程序流程如图5所示。具体执行流程:先进行系统的自检和初始化, 以确定系统能够正常工作。初始化程序包括各寄存器的初始化、液晶初始化、CAN初始化和时钟芯片的初始化, 随后根据任务调度程序所给出的优先级进入相应的模块处理程序。

2.2 系统通信软件的设计

下位机的CAN节点通信软件主要由CAN控制器初始化函数、发送函数、中断处理函数和接收函数组成, 各节点的通信程序类似。下面以1个节点为例, 介绍CAN总线通信的软件设计。

初始化程序设置CAN控制器中的各个寄存器, 包括模式寄存器、时分寄存器、输出控制器和中断使能寄存器、验收代码寄存器、验收屏蔽寄存器等;CAN发送函数主要是将要发送的信息帧通过CAN控制器发送到总线;接收程序主要是和中断处理函数相配合, 实现从CAN总线接收数据。如图6所示, 当发生中断时, 先是中断处理函数把CAN控制器接收缓冲区的数据拷贝到容量更大的数据缓冲区, 再唤醒睡眠中的接收程序, 从数据缓冲区读取数据到应用层函数所指定的地址上, 等待下一次接收中断, 直到接收到的数据等于应用层函数所要求的N个字节为止。

3 结语

将该装置应用于VCm (BCP) -12/1250-31.5型永磁机构真空断路器 (主回路未加电压) 中, 进行了整个系统的联调, 对断路器的机械特性参数进行了大量的测试。表1中给出的出厂值是采用高压断路器机械特性测试仪实际测得的结果。

由表1中的试验数据可以看出, 监测系统在断路器主要机械特性方面的监测值能够反映实际情况, 测试精度满足要求, 并可实时通过CAN总线接口将数据上传给上位机, 实现了测试数据的显示、记录及查询功能。

摘要：文章介绍了一种基于DSP的真空断路器智能在线监测系统的硬件、软件设计。系统选用数字信号处理器 (DSP) 、霍尔传感器等构成下位机数据采集处理系统, 完成对真空断路器机械特性的检测;上、下位机之间采用CAN总线通信方式实现数据的传输。测试结果证明该监测系统具有较高的可靠性。

关键词：真空断路器,在线监测,CAN总线,DSP

参考文献

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[2]常广, 王毅.高压断路器机械状态在线监测装置的研究[J].高压电器, 2003 (4) :44~46.

[3]徐国政, 张节容, 钱家骊, 等.高压断路器原理和应用[M].北京:清华大学出版社, 2000.

[4]吕一航, 李静, 戴怀志, 等.高压断路器综合在线检测系统的研制[J].中国电力, 2004, 37 (3) :68~71.

篇4：探讨高压断路器的在线监测与诊断

摘要：高压断路器在供配电系统中得到了广泛的应用，其对局域电网电压的调节、控制、保护作用使其在现代供配电系统中占有不可替代的地位。但高压断路器在电网正常供配电中产生的故障则有可能造成局部甚至于整个电网的供配电系统瘫痪，因此，对高压断路器进行实时的监测、故障诊断与排除对于保障供配电系统的安全稳定是极为重要的。

关键词：高压；断路器；在线监测；诊断

现代社会的高速发展使得城乡地区主要动力源从传统的石油煤炭逐渐向清洁度高、污染较小、安全稳定性高的电力转变。而长距离高压供配电系统、地区电网供配电系统以及局部电网供配电系统在进行正常工作时常会根据实际的需要对某部分的供配电进行限制、调节、保护、控制等管理，因此就需要大量的断路器接入供配电电网系统中以实现其特定的功能。

一、高压断路器

高压断路器是串联在电网线路中用以对电网供配电流进行切断、限制、过流保护作用的装置，俗称高压开关。它在供配电电网中主要有控制电网供配电和保护供配电系统等作用。

（一）控制

在供配电系统需要进行大范围的检修、设施更换时或者在进行其他作业，有可能发生触电人身伤亡事故时，在没有带电作业条件的情况下可以通过切断高压断路器的方式来切断局部电网中的电流供应。

（二）保护

断路器的保护作用主要是指在电网中供配电正常工作时，对于由于短路、过载等引起的线路过流而进行的强制性切断电力供应动作，有些生产性企业对于部分价格较为昂贵、工作技术条件要求比较苛刻的电力设备会同时安装过载保护断路器和欠压保护断路器，以防止设备过载或者欠压运转产生的设备机械故障。

目前社会上广泛采用的高压断路器主要有油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等几种，根据不同的安装要求和使用环境进行合理的选择。

二、高压断路器的在线监测与诊断

由于高压断路器一般是通过串联的方式接入供配电系统动力线中，因此，在供配电工作中断路器能否处于正常工作状态不仅影响着其在供配电系统出现故障时能否进行及时的应急响应，而且很大的影响到供配电系统能否以稳定、安全、可靠的状态进行供配电作业。而根据以往的供配电事故（包括供配电动力事故和人身伤亡事故等）发生原因，高压断路器不正常工作是引发事故的主要原因之一。另外，根据以往的工作经验，频繁的开关操作以及过多的拆卸检修会导致断路器工作稳定性的下降，造成断路器工作失常从而导致供配电问题。因此，对高压断路器进行实时的在线监控与故障诊断控制是保障供配电系统安全可靠稳定运行的重要技术基础。

根据国内外多年来对高压断路器故障的统计及在线监测诊断的经验，现行条件下对高压断路器的在线监测内容主要有：断路器动作次数；开断电流；线圈通路、线圈电流、线圈电压；分合闸时间；断路器的触头行程；断路器的动触头速度；断路器操动过程中的机械振动；合闸弹簧状态；导电接触部位的温度；绝缘状态，如介质损耗、局部放电、漏电流等指标；液压或气压机构压力及其启动次数；断路器气体密度；真空断路器的真空度等。一般实际在线监测中，考虑到工程量及监测技术基础，对高压断路器的工作状态在线监控主要集中在以下几个方面。

（一）高压断路器的行程监测

高压断路器的行程-时间特性曲线是高压断路器工作状态机械特性的重要表征，是计算高压断路器分合闸速度的主要依据。目前在进行高压断路器行程-时间特性曲线的测定中，一般用光电式位移传感器与测量电路配合的方式进行测量，如增量式旋转光电编码器、直线光电编码器等。通过光电电路电流信号的大小来表征安装在动触头上的编码器随触头的相对运动。

（二）高压断路器分合闸线圈电流的测量与故障诊断

高压断路器分合闸动作主要是通过磁极线圈的电流变化来进行控制的，如在某过流保护断路器中，当主线路电流过大时交流电在电磁铁中产生较大的磁场，拉动控制次级线圈电路的铁心机械结构，通过次级电路的开启、切断达到切断主线路通路的目的。因此对高压断路器的线圈电流的测量主要集中于了解二级控制回路的工作状态，并由此分析出二级控制回路机械部件的工作状况，为其的检修提供辅助依据。而电磁铁铁芯的动作状况，可以通过铁芯运动与电流特性的关系反映出来，如果能记录分合闸脱扣电磁铁的电流波形，便可掌握铁芯的动作状况，预先发现问题，对这类故障起到预防作用。分、合闸操作线圈是控制断路器动作的关键元件，，应用霍尔电流传感器可方便地监测多种信息的分、合电流波形。分析每次操作监测到的波形变化可以诊断出断路器机械故障的趋势。对发生概率最大、危害性也最大的拒动、误动故障的诊断尤为有效。

（三）高压断路器振动的监测与诊断

对高压断路器振动的监测主要集中于在高压断路器工作、动作过程中容易产生的、产生较大振动危害的、机械故障率较高的部位安装远程振动传感器，通过分析振动传感器记录并传输回的振动记录信号来判断该部位机械振动状况，对于机械振动信号明显强于正常状况的高压断路器需要进行及时的检修与保养。采用高压断路器远程振动传感器的好处是能够方便、及时的获得断路器工作状态的机械振动状况，并从记录数据中分析出机械磨损的大致状态，而且该传感器不受断路器局部电磁场的干扰，可靠性较高。

（四）高压断路器电寿命的测量

断路器的电寿命通常指一个新的灭弧室在多次开断短路电流之后，由于触头和喷口的烧损直到不能正常开断短路电流时的寿命。高压断路器电寿命的测量主要集中对于断路器触头的电磨损的监测。由于高压断路器需要经常动作，导致其动静触头常在摩擦中产生损耗，而且由于通电过程中的电化学腐蚀作用，使得触头磨损相对于一般机械设备较为严重。现行条件下对高压断路器进行电寿命测量时一般采用累积开断电流及开断电流次数的方式来估计电磨损程度。但在实际监测中发现，由于不同的环境因素及断路器触头制造因素，导致不同的断路器在同样的开断电流和开断电流次数后其触头磨损程度不大相同。而且考虑到连续开断与分阶段开断对触头电弧花磨损程度的不同，使得单纯以累积开断电流及开断电流次数的方式进行电寿命测量的结果不够准确，考虑供电稳定安全而进行过多的拆卸更换造成了很多不必要的资源浪费。

结语：

高压断路器在供配电系统中占据的关键地位使得对其的在线监控显得尤为重要，对其进行实时的在线监控能够了解其正常工作状态并对其不动作或误动作等故障的产因进行诊断以方便排除，对供配电系统的安全与稳定提供技术基础，保障社会用电稳定与安全。

参考文献：

[1]常广.高压断路器振动监测与故障诊断的研究[D].北京交通大学，2013.

[2]谢文靖.高压断路器智能故障诊断方法研究[D].云南大学，2013.

[3]吴忠良.高压断路器在线监测技术进展[J].电气开关，2011（01）.

[4]郭小燕.高压断路器在线监测技术应用[J].电子世界，2014（16）.

篇5：断路器的智能监测论文

一、项目背景及意义

随着城市化的进展，城市的中水的生产及利用越来越快，中水被广泛利用于，城市绿化、城市清洁喷洒、城市景观蓄水、车辆清洁等行业。因此，在城市中，分布着与自来水、排污水管道并行的中水管道。中水作为水资源之一，也需要有偿提供，城市中水销售终端一般具备如下特点：终端安装在户外交通便利地方、IC卡记账自助型终端，太阳能供电，图像监控，在线式无线通讯方式。

二、终端工作原理

如图所示，终端的供电系统，由太阳能支持，在中水管道上，安装受IC卡控制的电磁阀门及流量计，将其连接至IC控制终端，该终端连接至HX-SJ/GPRS-P无线GPRS智能在线数据传输终端，所有销售数据、设备数据均通过无线GPRS通道传输至中控室，现场所有场景过程，均通过3G网络，将图像传输至中控室。

三、系统特点 1． 2． 3． 4． 5． 6． 太阳能供电，绿色环保，不受有线供电线路限制。IC卡售水，方便用水单位，插卡售水，拔卡记账。无线GPRS实时监测，设备数据、取水数据及时上传。无线3G网络图像监控，现场活动一目了然。无线远程遥控，应急时刻，可切断水源。

篇6：断路器的智能监测论文

徐永兵，孙水英,袁 东

（山东省水利勘测设计院，济南，250013）

摘要：南水北调东线工程是一项旨在缓解山东、天津等北方省市水资源短缺的国家战略性调水工程，调水水质影响着整个工程的成败。本文就水质智能监测分析系统的设计进行了分析与研究，提出在已建项目的基础上，充分利用先进的物联网技术、大数据技术、WebGIS技术，建立一个高起点、见效快、实用性强、创新型的专业水质监测分析系统，能够提升水质监测管理级别，深化水质监测管理；能够对水质监测数据进行快速、综合分析，充分挖掘水质监测数据价值，优化水质分析评价，并能够借助移动终端、微信公众平台等新型介质通过地图、图表等多种形式展示数据成果；通过深入对比分析不同监测指标的变化情况，分析水质变化的原因，实现辅助决策支持。

关键词： 南水北调；东线工程；水质监测；智能化；辅助决策

0.引言

南水北调东线工程是一项旨在缓解山东、天津等北方省市水资源短缺的国家战略性调水工程[1]。2016年3月1日实现对威海市首次供水，标志着南水北调东线一期工程规划供水目标全部实现。调水水质关系到整个调水工程的成败，山东段已对输水沿线渠道、河道、湖泊、各支流汇入输水河道的水质进行监测[2]。为了充分挖掘发挥水质监测数据的价值，实现安全调水的辅助决策功能，就需要在对各监测断面水质监测数据智能分析的基础上，开展水质智能监测分析系统的建设。

1.建设现状与需求分析

1.1.建设现状

东线山东段现有2个移动监测实验室和1个固定监测实验室，并已实现对关键断面的水质自动监测，现有二级坝、南四湖出口、东平湖入口、东平湖北出口、东平湖穿黄工程出口、鲁北段聊城与德州交界处、济南以东段与引黄济青交界处等7处水质自动监测站。水质监测主要指标包括：常规五参数（水温、酸碱度、电导率、浊度、溶解氧）、高锰酸盐、氨氮、总磷、总氮、叶绿素等[3]。1.2.系统功能需求

（1）对水质监测数据的综合对比与分析

通过对水质监测实时数据和历史数据进行综合对比与统计分析，找出水质变化的原因，掌握水质变化的规律。

（2）实现安全调水的辅助决策功能

在突发水体污染事件时，分析出污染源的大体位置和污染成分，预测下游测水质指标

范围，自动生成污染水体的解决方案。

（3）水质监测分析数据展示

通过移动终端查看水质监测分析数据，查看地图、图表等多样化水质监测数据趋势展示，同时能够建立互动性信息平台，实现信息的交流和共享。

2.系统设计原则

（1）实用性原则

必须坚持快见效，见实效，以管理、业务、服务需求为出发点和原动力，紧密结合项目实际情况进行设计开发，确保系统实用、高效和方便，贯彻面向最终用户的原则，建立友好的用户界面，使用户操作简单直观，易于学习掌握。

（2）先进性原则

采用符合当今潮流和发展趋势的主流技术，被公众认可的优质开发和应用平台，采用先进成熟的软件架构、设计理念和开发手段，选用技术先进、成熟稳定的基础支撑软件，充分预见未来技术发展趋势，保证系统在不替换现有设备、不损失前期投资的情况下能方便地升级和扩容。

（3）开放性原则

尽可能地利用已有的设备、软件及信息资源，对于未来可能增添的新的子系统、新的数据库、新的功能、新的用户都要留有接口，系统可以随形势的发展而不断成长扩大。

3.建设的目标与任务

3.1.建设目标

水质监测智能监测分析系统基于指标和元数据体系，整合重构各类水质监测相关数据资源，形成水质数据资源体系，实现水质监测一张图、水质综合分析、移动综合展示和微信公众平台四大应用，实现南水北调东线一期工程山东段水质监测数据的资源化、价值化和智慧化，充分挖掘水质监测数据价值，深化水质监测管理，实现辅助决策支持。3.2.建设任务

（1）梳理水质监测分析相关的各类数据，提取指标，通过元数据体系，构建水质数据资源体系，构建水质数据中心，提供数据的采集、整合、管理和服务。

（2）构建水质监测一张图，实现以地理结构为框架，以水质监测数据为基础、以统计数据为依据的实现查询、分析、展示功能，以“一张图”的形式全方位、多角度展示水

质监测统计情况。

（3）构建水质综合分析系统，对水质监测数据进行深入分析，实现关键断面水质快速分析、水质预警预报、多断面综合分析、缓冲区统计分析，实现辅助决策支持。

（4）构建移动综合展示系统，通过移动终端展示水质监测成果，能够让管理者通过移动终端及时获取各类水质监测指标信息、综合统计信息及其它相关信息。

（5）构建微信公众平台，实现信息的发布、订阅、上传、共享，实现信息的有效互动。

4.系统总体设计

水质监测分析平台通过梳理完善南水北调东线一期工程山东段水质指标体系，构建水质资源基础框架及元数据管理体系，形成水质数据资源体系，以指标驱动应用，实现水质综合分析，并通过地图、图表等多样化可视化方式进行数据展示。平台以数据为核心，盘活水质监测数据资源，实现数据资源化、价值化、智慧化。

图 1 系统总体架构框图

硬件网络层：提供数据采集手段以及通信基础设备保障，构成必要的硬件和网络环境，可以利用现有硬件和网络设备。

数据资源层：存储所有数据及信息，是所有应用的数据资源支撑，完成数据资源和信

息资源的标准化、结构化、有序化，形成水利数据资源体系。

支撑平台层：作为整个系统的公共支撑与服务平台，是系统的数据交换中心、信息交流中心和GIS地理服务中心，为各类业务应用系统提供公共技术支撑，实现各业务应用统一的标准规范、公共平台、统一用户权限，可利用现有的应用支撑平台实现。

应用系统层：所有面向最终用户的应用系统，直接为用户提供服务。

用户接入层：主要各级机构的管理人员，接入层提供通过电脑、手机等多种方式提供给用户，具有良好的人机交互界面和在线帮助功能。

5.应用系统建设

水质监测分析平台包括水质监测一张图、水质综合分析、移动综合展示、微信公众平台四大应用。5.1.水质监测一张图

水质监测一张图不仅包括常见的地图基本操作功能，还对资源进行综合展示，提供地理信息系统特有的空间查询分析功能，并结合统计数据实现各类指标的专题统计展示。

（1）自动监测站展示

资源显示：能够显示自动监测站的整体情况（如数量、名称等）及在地图上的分布情况。

信息显示：在地图上漫游到自动监测站，显示详细信息，同时能够查看到自动监测站的实时数据、历史数据。

快速定位：实现资源显示与地图的关联，能够快速定位到自动监测站所处的地点，可查看到资源的详细信息。

（2）移动监测站展示

资源显示：能够显示移动实验室的设备配置情况。信息显示：展示实时监测分析数据和历史数据等。

快速定位：实现资源显示与地图的关联，能够快速定位到移动实验室所处的地点，可查看到资源的详细信息。

（3）固定实验室展示

资源显示：能够显示固定实验室的整体情况（如数量、名称及设备配置等）及在地图上的分布情况。

信息显示：在地图上漫游到固定实验室，显示详细信息，同时还可展示实时监测分析

数据等。

快速定位：实现资源显示与地图的关联，能够快速定位到固定实验室所处的地点，可查看到资源的详细信息。5.2.水质综合分析

（1）水质监测查询统计

水质监测查询：可根据指标查询水质监测站监测的水质情况。可按照水质级别指标，也可按照物理指标、化学指标、生物指标进行对各个水质监测站点进行查询。

特征值统计：按时段统计站点的监测项目的样品总数、检出率、超标率、实测范围、最大值超标倍数、最大值出现日期和时段平均值。特征值统计有年统计、任意时段统计和自定义统计。

水质统计：包括水质评价基本情况统计、水质统计和水质类别统计等。

超标统计：统计包括干线超标站点统计、行政区超标站点统计、单项超标站点统计和单项超标率统计。

（2）关键断面水质快速分析

饼形分析：以饼形图分析此断面的各个水质污染指标占比，进而分析出那个污染是主要污染。

趋势分析：各个水质污染物数据以趋势展现，可根据此趋势对比分析出各个污染源情况以及哪个污染源上升最快，哪个污染源相对稳定，哪个污染源在逐渐降低。

报表分析：单独水质污染物报表分析：分析不同时段的此污染物对应的污染程度。多水质污染物报表分析：分析不同污染物在相应的时段污染情况。

图形分析：以不同的颜色标注的同一个断面图上的不同污染物，进而直观得看出断面的水质情况。

（3）水质预警、预报

水质预警预报是在一定范围内，对一定时期的水质状况进行分析、评价，确定水质的状况和水质变化的趋势、速度，以及达到某一变化限度的时间等，预报不正常状况的时空范围和危害程度，按需要适时地给出变化或恶化的各种警戒信息及相应的综合性对策。

（4）多断面综合分析

通过对比分析不同断面监测指标的变化情况，分析水质变化的原因，并提出相应的措施，实现辅助决策支持。

多断面图形分析：多断面同一污染源图形展示分析，直观分析出此种污染源在不同断面的分布情况，是否因为新的污染进入进而造成某一断面此种污染上升。

多断面不同污染物图形展示分析，以可视化友好的方式展现不同污染物在不同断面的分布情况。

多断面历史回溯分析：基于多断面多污染源历史回溯，能够查询分析水质在不同时刻不同断面的情况。

多断面趋势分析：多断面多水质指标趋势分析，分析出不同水质指标在不同断面的变化速度和相应的趋势，是指标在不断下降还是在加快上升，下游断面的水质指标在上升还是在下降，为调度运行提供决策支持。5.3.移动综合展示

移动综合展示通过移动终端的形式为各级管理人员提供服务，能够及时展示水质监测的整体情况、运行状态、指标监测情况、综合统计情况及动态信息。

地图浏览：可进行地图浏览，能够对闸泵站、监测站等进行查询，也可以根据位置查看周围的各类信息。

工程概况：通过列表、图片和图表等多种方式直观展示闸泵站、监测站概况信息。运行状态：通过地图、图片、图表、文字等多种可视化展示工程运行状态的实时信息，能够及时看到更新的信息和统计情况，监督工程的运行管理工作，如查看水质监测站各个设备是否在运行，运行次数，已投入运行时间，设备故障情况，故障频率，故障次数。

指标监测：直观展示水质监测分析重要指标信息，包括指标数据、上升下降趋势等，如水质级别、常规五参数等等，对于异常指标能够进行提醒。

综合统计：对指标数据进行查询，可根据兴趣选择任意指标、时间进行统计，提供地图和图表等多种方式展现综合统计结果。5.4.微信公众平台

水质监测微信公共平台针对关心调水水质的用户及管理人员提供信息服务，构建信息互动平台。主要包括：

信息推介：重要信息实时推送到用户端，可对用户分类推送，针对不同的用户关心信息种类不同，进行区别推送。对领导层推送宏观主要数据和信息，对操作用户推送运行情况等操作人员关心的信息。对用水用户推送相应区段用户关心的水质情况。

定制服务：不同的使用者可进行水质信息定制，比如某个用户只关心其中两个站点的

COD数据，可进行定制，系统进行定时推送。

信息上传：用户可通过微信客户端，上传文字、图片、音频、视频等。

6.总结

山东段水质智能监测分析系统是在已建项目的基础上，充分利用先进的物联网技术、大数据技术、WebGIS技术，建立一个高起点、见效快、实用性强、创新型的专业水质监测管理系统，提升水质监测管理级别，深化水质监测管理；对水质监测数据进行快速、综合分析，充分挖掘水质监测数据价值，优化水质分析评价，并能够借助移动终端、微信公众平台等新型介质通过地图、图表等多种形式展示数据成果；通过深入对比分析不同监测指标的变化情况，分析水质变化的原因，实现辅助决策支持。该系统的建设具有十分重要的现实意义，建议南水北调建设管理单位尽快推进该系统的建设。

参考文献：

[1]徐永兵，孙水英.MOSAIC SCADA在南水北调闸（泵）站监控系统中的应用 [J].水利信息化，2015（5）：39-43.[2]矫桂丽，朱丽丽，祖晶.南水北调东线山东段水质监测站点的布设[J].水利规划与设计，2013（6）：48-50.[3]徐永兵，孙水英.南水北调东线一期工程南四湖水资源监测系统设计思路与技术要点[C].中国水利学会水资源专业委员会2015年年会暨学术研讨会会议论文集，2015.[4]陈翔，雷晓晖，蒋云钟.南水北调中线决策会商与应急响应系统设计研究[J].水利信息化，2015（2）：5-9.Study on system design and analysis of intelligent monitoring of water quality in the south to North Water Diversion Project

XU Yongbing，SUN Shuiying，YUAN Dong（Shandong Survey and Design Institute of Water Conservancy，Jinan 250013，China）Abstract: The eastern route of South to North Water Diversion Project is a designed to ease the Shandong, Tianjin and other provinces and cities in the north of the shortage of water resources of national strategic adjustment of water project, the water quality of water diversion affect the success or failure of the whole project.The intelligent monitoring of water quality analysis system design to carry on the analysis and the research, proposed in the construction project based on, make full use of advanced network technology, data technology, WebGIS technology, the establishment of a high starting point, quick, practical strong, innovative professional water quality monitoring and analysis system.The system can enhance the management level of water quality monitoring, water quality monitoring and management deepen.The system can rapidly and comprehensive analysis of the monitoring data of water quality, fully tap the value of water quality monitoring data, optimize water quality analysis and evaluation.System to use mobile terminal, micro channel public platform and other new media to demonstrate the results of the data through the maps, diagrams and other forms，through in-depth comparative analysis of different indicators for monitoring the changes and reasons for changes in water quality analysis, aided decision support.Key word：South-to-north water diversion；East line project;Water quality monitoring;Intelligent;Assistant decision 作者简介：