CN102243285A - 一种基于温度和电流分析的故障检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于温度和电流分析的故障检测装置及方法，该故障检测装置包括高压侧温度传感器、高压侧电流传感器、高压侧数据采集模块、高低压侧数据传输模块、环境温度传感器、低压侧故障判定模块以及故障提示模块，该高压侧温度传感器和电流传感器分别获得温度数据和电流数据，并输送至低压侧故障判定模块，该低压侧判定模块根据环境温度值、高压侧的温度数据和电流数据判定高压开关触头或母线的搭接状态；当存在故障时，则由故障提示模块进行提示和报警。该检测方法则包括设定温升和电流关系曲线、将当前温升和电流带入曲线进行判定以及得出结论的步骤。本发明有效地实现检测高压断路器及开关柜状态，而起到减少安全隐患的功效。
Description
技术领域
本发明涉及高压开关触头或母线搭接不良故障的在线检测领域，更具体的说涉及一种基于温度和电流分析的故障检测装置及方法。
背景技术
发电厂、变电站的高压开关柜是保证输配电系统安全可靠运行的关键部件之一，高压开关柜正常工作与否关系着电力系统的稳定性，因此确保高压开关柜可靠运行尤其重要。据统计，电力系统发生事故的原因中有相当一部分与热问题有关。
在开关设备长期运行过程中，开关柜中的高压开关触头、母线搭接点等部位通常会因为安装搭接不当或老化而使得接触电阻过大，并造成主回路温度异常。若未能及时获知此变化，继续运行，则会进一步加剧发热和氧化，并产生恶性循环，而出现诸如触指熔化脱落、触头烧毁以及相邻绝缘材料劣化等现象，最后甚至会起火，发生事故，严重地甚至造成击穿、爆炸等恶性事故。
目前，主要是通过以下几种手段直接或间接检测主回路温升：变色片、红外线成像及测温技术、通过金属导线埋设温度传感器测温或者光纤测温。长期以来，因为高压开关柜的主回路（主要是指触臂、触头和母线）处于高电位环境，在直接测量条件下无法解决高压绝缘、高低电位下电气隔离等各类问题，使得断路器主回路温度在线监测一直是一个难题。
随着技术的进步，市场上出现了一些对开关柜主回路测温的产品。但是上述产品仍存在着一些弊端，比如：温升还与通过的电流大小有关系，并且只是单一地对温度进行测量，而不同时对电流进行测量，将无法准确地对开关触头或母线状态进行监测和判断，进而对故障存在误报警、漏报警等情况，这必然给开关设备的运行带来一定的安全隐患，也同时增加了维护人员的工作负担。
有鉴于此，本发明人针对现有高压开关柜的在线监测技术中的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种基于温度和电流分析的故障检测装置，其能测量高电压环境下断路器主回路的温度和电流，以解决现有技术中只能单一地对温度进行测量而具有监测信息不够确切的问题。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种基于温度和电流分析的故障检测装置，其中，包括：
高压侧温度传感器，测量高压开关触头或母线上的温度并得到温度数据；
高压侧电流传感器，测量高压开关触头或母线上的电流并得到电流数据；
高压侧数据采集模块，与高压侧温度传感器、高压侧电流传感器均相连而获取温度数据和电流数据；
高低压侧数据传输模块，与高压侧数据采集模块相连，并将高压侧的温度数据和电流数据传输到低压侧；
环境温度传感器，测量当前高压开关设备的环境温度并得到环境温度值；
低压侧故障判定模块，与环境温度传感器、高低压侧数据传输模块均相连并根据环境温度值、高压侧的温度数据和电流数据判定高压开关触头或母线的搭接状态；
故障提示模块，与低压侧故障判定模块相连并进行提示和报警。
进一步，该高压侧温度传感器被分为两组，每组高压侧温度传感器都具有基于三相的三个，每个高压侧温度传感器都与低压侧故障判定模块相连；该高压侧电流传感器具有基于三相的三个，每个高压侧电流传感器都与低压侧故障判定模块相连。
进一步，该高低压侧数据传输模块采用无线方式实现高压侧和低压侧的通信连接。
进一步，该高压侧电流传感器采用测量范围为0～5000A的罗氏空心线圈。
进一步，该高压侧温度传感器采用数字型温度传感器。
本发明的第二目的在于提供一种基于温度和电流分析的故障检测方法，其包括如下步骤：
①、设定当前型号高压开关触头或母线在额定电流下的温升和电流关系曲线，并将上述温升和电流关系曲线存储于低压侧故障判定模块中，该温升和电流关系曲线具有最大电流值irate；
②、高压侧温度传感器、高压侧电流传感器和环境温度传感器分别检测当前状态的温度数据、电流数据以及环境温度值；
③、该低压侧故障判定模块根据环境温度值、高压侧温度数据和电流数据计算出当前温升Δt和电流值i，生成坐标点并将坐标点带入温升和电流关系曲线进行判定：
当i≤irate，且坐标点落在温升和电流关系曲线之上时，开关触头或母线处于搭接不良故障状态；
当i≤irate，且坐标点落在温升和电流关系曲线之下时，开关触头或母线温升处于安全区；
当i＞irate时，高压开关触头或母线处于非正常工作区，即为超负荷工作状态。
进一步，该高压侧温度传感器被分为两组，每组高压侧温度传感器都具有基于三相的三个，即A、B和C，该低压侧故障判定模块还预设有公差预设值S0；当该开关触头或母线温升处于安全区内时，该故障检测方法还包括：
步骤④：计算当前A、B和C的温升值ΔtA、ΔtB和ΔtC；
步骤⑤：计算三相温升的平均数 
；
步骤⑥：计算公差
，当S＜S0时，开关触头或母线处于搭接正常状态；当S＞S0时，开关触头或母线处于搭接不良故障状态。
进一步，在步骤②中，该高压侧温度传感器、高压侧电流传感器和环境温度传感器每间隔一段时间就采集一次数据，并将得到的数据传输至低压侧故障判定模块。
采用上述结构后，本发明涉及一种基于温度和电流分析的故障检测装置及方法，其通过在高压开关触头或母线上同时安装高压侧温度传感器和高压侧电流传感器，并同时设置有环境温度传感器，从而可以得到当前温升以及电流数据，从而有效地实现检测高压断路器及开关柜状态，即实现了在线状态下对高压开关触头或母线搭接不良故障的检测，同时其通过故障提示模块还能及时提醒对高压开关触头或母线进行检查，进而起到减少安全隐患的功效。
附图说明
图1为本发明涉及一种基于温度和电流分析的故障检测装置的结构框图；
图2为本发明中用于说明温升和电流关系曲线的示意图。
图中：
故障检测装置 100
高压侧温度传感器 1 高压侧电流传感器 2
高压侧数据采集模块 3 高低压侧数据传输模块 4
环境温度传感器 5 低压侧故障判定模块 6
故障提示模块 7。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
如图1所示，其为本发明涉及的一种基于温度和电流分析的故障检测装置100，包括高压侧温度传感器1、高压侧电流传感器2、高压侧数据采集模块3、高低压侧数据传输模块4、环境温度传感器5、低压侧故障判定模块6以及故障提示模块7。
该高压侧温度传感器1测量高压开关触头或母线上的温度，并得到温度数据，具体的，该高压侧温度传感器1采用数字型温度传感器，从而避免开关设备正常运行时，电磁辐射对模拟信号测量造成干扰；该高压侧电流传感器2测量高压开关触头或母线上的电流，并得到电流数据，具体的，该高压侧电流传感器2采用测量范围为0～5000A的罗氏空心线圈；该高压侧数据采集模块3与高压侧温度传感器1、高压侧电流传感器2均相连，并获取温度数据和电流数据；该高低压侧数据传输模块4与高压侧数据采集模块3相连，并将高压侧的温度数据和电流数据传输到低压侧，具体的，该高低压侧数据传输模块4采用无线方式实现高压侧和低压侧的通信连；该环境温度传感器5用于测量当前高压开关设备的环境温度，并得到环境温度值；该低压侧故障判定模块6则与环境温度传感器5、高低压侧数据传输模块4均相连，并根据环境温度值、高压侧的温度数据和电流数据判定高压开关触头或母线的搭接状态；该故障提示模块7则与低压侧故障判定模块6相连，并在高压开关触头或母线存在搭接不良时进行提示和报警，其具体可以采用本领域常用的报警方式，比如蜂鸣器或者LED闪烁等。
优选地，该高压侧温度传感器1被分为两组，每组高压侧温度传感器1都具有基于三相的三个，每个高压侧温度传感器1都与低压侧故障判定模块6相连。高压侧温度传感器1安装在A、B和C三相上、下触臂的靠近触头端部或上、下分支母线的搭接处，具体位于三相上触臂或上分支的三个温度传感器为一组，位于三相下触臂或下分支的三个温度传感器为另一组。高压侧电流传感器2亦具有基于三相的三个，每个高压侧电流传感器2都与低压侧故障判定模块6相连。高压侧电流传感器2安装在A、B和C三相触臂或母线上。
下面对本发明涉及一种基于温度和电流分析的故障检测方法进行详细阐述，该故障检测方法包括如下步骤：
①、设定当前型号高压开关触头或母线在额定电流下的温升和电流关系曲线，具体其是根据实验而获得上述关系曲线，该关系曲线上每一个点都代表该电流之下所允许的最高温升，并将上述温升和电流关系曲线存储于低压侧故障判定模块6中，该温升和电流关系曲线具有最大电流值irate；
②、高压侧温度传感器1、高压侧电流传感器2和环境温度传感器5分别检测当前状态的温度数据、电流数据以及环境温度值；
③、该低压侧故障判定模块6根据环境温度值、高压侧温度数据和电流数据计算出当前温升Δt和电流值i，生成坐标点并将坐标点带入温升和电流关系曲线进行判定，具体请参阅图2所示：
当i≤irate，且坐标点落在温升和电流关系曲线之上时，开关触头或母线处于搭接不良故障状态，即为图中的M区域；
当i≤irate，且坐标点落在温升和电流关系曲线之下时，开关触头或母线温升处于安全区，即图中的N区域；
当i＞irate时，高压开关触头或母线处于非正常工作区，即为超负荷工作状态，为图中的O区域。
优选地，为了让检测得到的结果更加精准，该高压侧温度传感器1被分为两组，每组高压侧温度传感器1都具有基于三相的三个，即A、B和C，其具体设置在三相上、下触臂的靠近触头端部或上、下分支母线的搭接处；该低压侧故障判定模块6还预设有公差预设值S0，该公差预设值S0作为一个参考值，其用于衡量温升变量和均值之间的偏离程度；当该开关触头或母线温升处于安全区内时，该故障检测方法还包括：
步骤④：计算当前A、B和C的温升值ΔtA、ΔtB和ΔtC；
步骤⑤：计算三相温升的平均数
；
步骤⑥：计算公差
，并根据当前公差S与公差预设值S0进行比较；当S＜S0时，开关触头或母线处于搭接正常状态；当S＞S0时，开关触头或母线处于搭接不良故障状态。
具体工作时，在步骤②中，该高压侧温度传感器1、高压侧电流传感器2和环境温度传感器5每间隔一段时间就采集一次数据，并将得到的数据传输至低压侧故障判定模块6，该低压侧故障判定模块6则进行上述分析判定，当高压开关触头或母线搭接异常时，故障提示模块7就进行提示报警。
综上所述，本发明通过在高压开关触头或母线上同时安装高压侧温度传感器1和高压侧电流传感器2，并同时设置有环境温度传感器5，故可以得到当前温升以及电流数据，从而有效地实现检测高压断路器及开关柜状态，即实现了在线状态下对高压开关触头或母线搭接不良故障的检测，同时其通过故障提示模块7还能及时提醒对高压开关触头或母线进行检查，进而起到减少安全隐患的功效。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (8)
1.一种基于温度和电流分析的故障检测装置，其特征在于，包括：
高压侧温度传感器，测量高压开关触头或母线上的温度并得到温度数据；
高压侧电流传感器，测量高压开关触头或母线上的电流并得到电流数据；
高压侧数据采集模块，与高压侧温度传感器、高压侧电流传感器均相连而获取温度数据和电流数据；
高低压侧数据传输模块，与高压侧数据采集模块相连，并将高压侧的温度数据和电流数据传输到低压侧；
环境温度传感器，测量当前高压开关设备的环境温度并得到环境温度值；
低压侧故障判定模块，与环境温度传感器、高低压侧数据传输模块均相连并根据环境温度值、高压侧的温度数据和电流数据判定高压开关触头或母线的搭接状态；
故障提示模块，与低压侧故障判定模块相连并进行提示和报警。
2.如权利要求1所述的一种基于温度和电流分析的故障检测装置，其特征在于，该高压侧温度传感器被分为两组，每组高压侧温度传感器都具有基于三相的三个，每个高压侧温度传感器都与低压侧故障判定模块相连；高压侧电流传感器具有基于三相的三个，每个高压侧电流传感器都与低压侧故障判定模块相连。
3.如权利要求1所述的一种基于温度和电流分析的故障检测装置，其特征在于，该高低压侧数据传输模块采用无线方式实现高压侧和低压侧的通信连接。
4.如权利要求1所述的一种基于温度和电流分析的故障检测装置，其特征在于，该高压侧电流传感器采用测量范围为0～5000A的罗氏空心线圈。
5.如权利要求1所述的一种基于温度和电流分析的故障检测装置，其特征在于，该高压侧温度传感器采用数字型温度传感器。
6.一种基于温度和电流分析的故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
①、设定当前型号高压开关触头或母线在额定电流下的温升和电流关系曲线，并将上述温升和电流关系曲线存储于低压侧故障判定模块中，该温升和电流关系曲线具有最大电流值irate；
②、高压侧温度传感器、高压侧电流传感器和环境温度传感器分别检测当前状态的温度数据、电流数据以及环境温度值；
③、该低压侧故障判定模块根据环境温度值、高压侧温度数据和电流数据计算出当前温升Δt和电流值i，生成坐标点并将坐标点带入温升和电流关系曲线进行判定：
当i≤irate，且坐标点落在温升和电流关系曲线之上时，开关触头或母线处于搭接不良故障状态；
当i≤irate，且坐标点落在温升和电流关系曲线之下时，开关触头或母线温升处于安全区；
当i＞irate时，高压开关触头或母线处于非正常工作区，即为超负荷工作状态。
7.如权利要求6所述的一种基于温度和电流分析的故障检测方法，其特征在于，该高压侧温度传感器被分为两组，每组高压侧温度传感器都具有基于三相的三个，即A、B和C，该低压侧故障判定模块还预设有公差预设值S0；当该开关触头或母线温升处于安全区内时，该故障检测方法还包括：
步骤④：计算当前A、B和C的温升值ΔtA、ΔtB和ΔtC；
步骤⑤：计算三相温升的平均数 ；
步骤⑥：计算公差
，当S＜S0时，开关触头或母线处于搭接正常状态；当S＞S0时，开关触头或母线处于搭接不良故障状态。
8.如权利要求6或7所述的一种基于温度和电流分析的故障检测方法，其特征在于，在步骤②中，该高压侧温度传感器、高压侧电流传感器和环境温度传感器每间隔一段时间就采集一次数据，并将得到的数据传输至低压侧故障判定模块。
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