CN102288908B - 计量pt熔断器故障监测装置及故障判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔断器故障监测系统，主要是通过装设在熔断器上的数据测量元件测得熔断器上的电压、电流数据，经过中央处理器的处理，将处理的结果通过GSM模块发送至信息中心的计算机上，以方便监测人员及时发现处理熔断器的故障。本发明将每个熔断器的地理信息录入到与其对应的中央信息处理器中，可以实现对故障熔断器的快速定位，并能提供其故障类型和相应的处置措施，可以减少熔断器的故障的发生，节约维修时间，减少由于熔断器的故障造成的损失，提高电力系统运行的稳定性。

Description

计量PT熔断器故障监测装置及故障判断方法

技术领域

本发明涉及电气设备故障在线监测领域，特别涉及计量PT熔断器故障监测与故障判断方法。

背景技术

熔断器具有结构简单、便于安装及更换、性价比高等特点，已经在电力工业中得到广泛应用。但是由于系统中其它故障以及熔断器自身缺陷造成熔断器发生熔断故障，尤其是计量PT熔断器发生的熔断故障，造成少计量电能，给电力部门造成重大的经济损失。所以，对计量PT熔断器进行在线监测，及时发现熔断器不正常运行状态及其潜在的故障隐患，这是提高供电的可靠性、减少电力部门的经济损失的重要手段。由于造成熔断器熔断的时间较短，发生的故障又是随机性的，所以能及时发现故障并及时提出解决故障的措施是关键。

现有在线监测熔断器故障并预警的装置，如中国专利号为ZL200810060881的“一种用于监测熔断器工作状态的装置”，其主要是由并联在熔断器两侧的一个用于检测熔断器工作状态的装置构成，当熔断器出现故障机老化分断等情况时，监测装置监测到故障信息，并进行报警，同时向输出端发出断电信号，切断用电设备电源，以保护用电设备。这种装置可以实现熔断器故障的预警，但是每次故障都会造成负载端断电，况且不是每次故障都会造成熔断器发生熔断故障，容易发生误判，造成不必要的损失，并且没有提出防止熔断器故障的预防措施，不能从根本上解决此类故障。

发明内容

本发明的目的是针对计量PT熔断器发生的故障进行在线监测，对故障进行及时预警并提出解决故障的措施。

为了实现上述目的本发明采用如下方案：一种计量PT熔断器故障判断方法，包括步骤如下：

(1)初始化：将能导致熔断器故障的电压阈值U_b、电流阈值I_b存储到中央信息处理器中，并设定定时采集分析数据时间，录入熔断器的具体位置。

(2)定时采集分析数据：采集时间到时，模数转换器将电压互感器、电流互感器采集到的模拟信号转化成数字信号，中央信息处理器通过数据总线读取模数转换器输出的数字信号，并将该信号送至所述中央信息处理器中进行分析处理。包括：

用快速傅里叶变换(FFT)算法对所述数字信号进行傅里叶变换，分离出所测信号的傅里叶级数；

利用求得的傅里叶级数，可以算得熔断器电流的有效值I、电压的有效值U：

$I=\sqrt{I_0^2+\frac{1}{2}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{km}}^2}=\sqrt{I_0^2+I_1^2+I_2^2+......}$

其中： $I_1=\frac{I_{1m}}{\sqrt{2}},$ $I_2=\frac{I_{2m}}{\sqrt{2}}......$

式中：I₀为电流恒定分量，即直流分量，I₁、I₂……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量的有效值，I_1m、I_2m……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量；

$U=\sqrt{U_0^2+U_1^2+......}$

式中：

……U₀为电压恒定分量，即直流分量，U₁、U₂……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量的有效值；U_1m、U_2m……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量；

由电压电流的有效值可以算得熔断器的暂态阻抗：

式中：R为熔断器的阻抗，U为熔断器电压的有效值，I为熔断器电流的有效值。

(3)故障判断：a、将采集到的电压的有效值U、电流的有效值I与设定的电压阈值U_b、电流阈值值I_b相比较，当U大于所述U_b或I大于所述I_b时，表明线路中有故障发生；b、当采集到的电流的有效值I为零，而电压的有效值U不为零时，表明熔断器发生熔断故障或是线路停电；c、若所述熔断器暂态阻抗R比稳态时的阻抗突然增加50％以上时，表明熔断器内部出现接触不良等故障；d、经所述快速傅里叶变换，分离出电压的谐波，若谐波不为零且谐波电压的幅值高于额定电压的10％，表明系统发生了谐振故障。

通过上述判断方法判断出发生的各种故障，根据不同的故障采取不同的解决措施，避免了熔断器每次放生故障就切断用电设备电源的处理方法所带来的错误操作和损失。

(4)显示报警：将发现的故障原因及提出的建议措施显示在信息中心的计算机上，并显示故障熔断器的具体位置。从而能够让工作人员可以尽快的到达故障的具体位置处理故障，节约时间。

所述步骤(1)中定时采集分析数据时间的取值范围为5-20分钟，导致熔断器故障的电压阈值U_b、电流阈值I_b根据现场具体情况确定。

所述步骤(4)中的建议措施以步骤(3)中的熔断器发生的不同故障为依据而提出。

以上计量PT熔断器故障判断的方法需要结合如下的装置共同工作才能完成判断、实现监测和故障判断。

一种计量PT熔断器故障监测装置，包括电源管理单元、数据测量单元、中央信息处理器、GSM通信单元、GSM通信终端、计算机和键盘，其中所述电源管理单元由开关电源、充电控制电路、锂电池和直流升压转换电路串联组成；所述数据测量单元由第一电压互感器、第二电压互感器、第三电压互感器、第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器和模数转换器构成，所述第一电压互感器、第二电压互感器、第三电压互感器、第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器分别通过模数转换器与中央信息处理器连接；所述直流升压转换电路的输出端分别连接中央信息处理器、GSM通信单元和数据测量单元；键盘的输出端与中央信息处理器的输入端连接；计算机的输出端与GSM通信终端连接；

所述中央信息处理器中存储有电压阈值U_b、电流阈值I_b、定时采集分析数据的时间和熔断器的具体位置，还对经过模数转换器转换后的数字信号用快速傅里叶变换(FFT)算法对所述数字信号进行傅里叶变换，分离出所测信号的傅里叶级数；然后在中央信息处理器中进行计算如下值：熔断器电流的有效值I、熔断器电压的有效值U、熔断器的暂态阻抗R，然后进行故障判断。

所述第一电压互感器、第二电压互感器、第三电压互感器、第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器分别接在被监测的熔断器三相上。

本发明的优点有：可以有效监测熔断器电压、电流信号，并及时分析所得数据，判断熔断器故障状态，节约处理故障时间。本发明可广泛应用于户外运行的熔断器进行在线监测及保护，可有效防治熔断器故障的误断操作。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图；

图2是本发明的系统结构框图；

图3是本发明的具体系统结构框图；

图4是本发明的故障监测及故障判断的流程图；

图2中：A₁～A_n-测量及通信单元、B-计算机以及GSM通信终端；

图3中：1-数据测量单元、2-中央信息处理器、3-电源管理单元、4-GSM通信单元、5-GSM通信终端、6-计算机、7-键盘、8.1-第一电压互感器、8.2-第二电压互感器、8.3-第三电压互感器、9.1-第一电流互感器、9.2-第二电流互感器、9.3-第三电流互感器、10-模数转换器、11-开关电源、12-充电控制电路、13-锂电池、14-直流升压转换电路。

具体实施方式

下面结合附图做进一步说明。

参见图1，测量及通讯单元采集熔断器的电压电流信号，并进行分析处理，分析处理后的数据通过无线传输发送给信息中心的计算机。实现对熔断器在线监测，能有效的判断熔断器故障，并做出处理。

参见图2，将各个熔断器的地理信息设置在各个测量通信单元中，各个测量及通信单元与信息中心的计算机以及GSM通信终端构成了熔断器故障监测及故障判断系统。

参见图3，一种计量PT熔断器故障监测装置，包括电源管理单元3、数据测量单元1、中央信息处理器2、GSM通信单元4、GSM通信终端5、计算机6、键盘7，其中所述电源管理单元3由开关电源11、充电控制电路12、锂电池13和直流升压转换电路14串联组成；所述数据测量单元1由第一电压互感器8.1、第二电压互感器8.2、第三电压互感器8.3、第一电流互感器9.1、第二电流互感器9.2、第三电流互感器9.3和模数转换器10构成，所述第一电压互感器8.1、第二电压互感器8.2、第三电压互感器8.3、第一电流互感器9.1、第二电流互感器9.2和第三电流互感器9.3分别通过模数转换器10与中央信息处理器2连接；所述直流升压转换电路14的输出端分别连接中央信息处理器2、GSM通信单元4和数据测量单元1；键盘7的输出端与中央信息处理器2的输入端连接；计算机6的输出端与GSM通信终端5连接。

所述第一电压互感器8.1、第二电压互感器8.2、第三电压互感器8.3、第一电流互感器9.1、第二电流互感器9.2、第三电流互感器9.3分别接在被监测的熔断器三相上。

参见图4，一种计量PT熔断器故障判断方法，包括如下步骤：

(1)初始化：将能导致熔断器故障的电压阈值U_b、电流阈值I_b存储到中央信息处理器2中，并设定定时采集分析数据时间，录入熔断器的具体位置；

(2)定时采集分析数据：采集时间到时，模数转换器10将电压互感器8、电流互感器9采集到的模拟信号转化成数字信号，中央信息处理器2通过数据总线读取模数转换器10输出的数字信号，并将该信号送至所述中央信息处理器2中进行分析处理。包括：

用快速傅里叶变换(FFT)算法对所述数字信号进行傅里叶变换，分离出所测信号的傅里叶级数；

利用求得的傅里叶级数，可以算得熔断器电流的有效值I、电压的有效值U：

$I=\sqrt{I_0^2+\frac{1}{2}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{km}}^2}=\sqrt{I_0^2+I_1^2+I_2^2+......}$

其中： $I_1=\frac{I_{1m}}{\sqrt{2}},$ $I_2=\frac{I_{2m}}{\sqrt{2}}......$

式中：I₀为电流恒定分量，即直流分量，I₁、I₂……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量的有效值，I_1m、I_2m……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量；

$U=\sqrt{U_0^2+U_1^2+......}$

式中：

……U₀为电压恒定分量，即直流分量，U₁、U₂……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量的有效值；U_1m、U_2m……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量；

由电压电流的有效值可以算得熔断器的暂态阻抗：

式中：R为熔断器的阻抗，U为熔断器电压的有效值，I为熔断器电流的有效值。

(3)故障判断：a、将采集到的电压的有效值U、电流的有效值I与设定的电压阈值U_b、电流阈值值I_b相比较，当U大于所述U_b或I大于所述I_b时，表明线路中有故障发生；b、当采集到的电流的有效值I为零，而电压的有效值U不为零时，表明熔断器发生熔断故障或是线路停电；c、若所述熔断器暂态阻抗R比稳态时的阻抗突然增加50％以上时，表明熔断器内部出现接触不良等故障；d、经所述快速傅里叶变换，分离出电压的谐波，若谐波不为零且谐波电压的幅值高于额定电压的10％，表明系统发生了谐振故障。

(4)显示报警：将发现的故障原因及提出的建议措施显示在信息中心的计算机上，并显示故障熔断器的具体位置。

信息中心的工作人员根据计算机上显示的信息快速做出故障类型和具体位置的判断，有效防治熔断器故障的误断操作，节约时间。

Claims (5)

1.一种计量PT熔断器故障判断方法，包括如下步骤：

（1）初始化：将能导致熔断器故障的电压阈值U_b、电流阈值I_b存储到中央信息处理器（2）中，并设定定时采集分析数据时间，录入熔断器的具体位置；

（2）定时采集分析数据：采集时间到时，模数转换器（10）将电压互感器（8）、电流互感器（9）采集到的模拟信号转化成数字信号，中央信息处理器（2）通过数据总线读取模数转换器（10）输出的数字信号，并将该信号送至所述中央信息处理器（2）中进行分析处理；包括：

用快速傅里叶变换（FFT）算法对所述数字信号进行傅里叶变换,分离出所测信号的傅里叶级数；

利用求得的傅里叶级数，可以算得熔断器电流的有效值I、电压的有效值U：

$I=\sqrt{I_0^2+\frac{1}{2}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{km}}^2}=\sqrt{I_0^2+I_1^2+I_2^2+......}$

其中： $I_1=\frac{I_{1m}}{\sqrt{2}},$ $I_2=\frac{I_{2m}}{\sqrt{2}}......$

式中：I₀为电流恒定分量，即直流分量，I₁、I₂……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量的有效值，I_1m、I_2m……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量；

$U=\sqrt{U_0^2+U_1^2+......}$

式中：

为电压恒定分量，即直流分量，U₁、U₂……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量的有效值；U_1m、U_2m……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量；

由电压、电流的有效值可以算得熔断器的暂态阻抗：

式中：R为熔断器的阻抗，U为熔断器电压的有效值，I为熔断器电流的有效值；

（3）故障判断：a、将采集到的电压的有效值U、电流的有效值I与设定的电压阈值U_b、电流阈值值I_b相比较，当U大于所述U_b或I大于所述I_b时，表明线路中有故障发生；b、当采集到的电流的有效值I为零，而电压的有效值U不为零时，表明熔断器发生熔断故障或是线路停电；c、若所述熔断器暂态阻抗R比稳态时的阻抗突然增加50%以上时，表明熔断器内部出现接触不良故障；d、经所述快速傅里叶变换，分离出电压的谐波，若谐波不为零且谐波电压的幅值高于额定电压的10%，表明系统发生了谐振故障；

（4）显示报警：将发现的故障原因及提出的建议措施显示在信息中心的计算机上，并显示故障熔断器的具体位置。

2.根据权利要求1所述的一种计量PT熔断器故障判断方法，其特征在于：所述步骤（1）中定时采集分析数据时间的取值范围为5-20分钟，导致熔断器故障的电压阈值Ub、电流阈值Ib根据现场具体情况确定。

3.根据权利要求1所述的一种计量PT熔断器故障判断方法，其特征在于：所述步骤（4）中的建议措施以步骤（3）中的熔断器发生的不同故障为依据而提出。

4.一种计量PT熔断器故障监测装置，包括由开关电源（11）、充电控制电路（12）、锂电池（13）和直流升压转换电路（14）串联组成的电源管理单元（3），其特征在于：还包括数据测量单元（1）、中央信息处理器（2）、GSM通信单元（4）、GSM通信终端（5）、计算机（6）、键盘（7），其中：所述数据测量单元（1）由第一电压互感器（8.1）、第二电压互感器（8.2）、第三电压互感器（8.3）、第一电流互感器（9.1）、第二电流互感器（9.2）、第三电流互感器（9.3）和模数转换器（10）构成，所述第一电压互感器（8.1）、第二电压互感器（8.2）、第三电压互感器（8.3）、第一电流互感器（9.1）、第二电流互感器（9.2）和第三电流互感器（9.3）分别通过模数转换器（10）与中央信息处理器（2）连接；所述直流升压转换电路（14）的输出端分别连接中央信息处理器（2）、GSM通信单元（4）和数据测量单元（1）；键盘（7）的输出端与中央信息处理器（2）的输入端连接；计算机（6）的输出端与GSM通信终端（5）连接；

所述中央信息处理器（2）中存储有电压阈值Ub、电流阈值Ib、定时采集分析数据的时间和熔断器的具体位置，还对经过模数转换器（10）转换后的数字信号用快速傅里叶变换（FFT）算法对所述数字信号进行傅里叶变换,分离出所测信号的傅里叶级数；然后在中央信息处理器（2）中进行如下的计算分析：

利用求得的傅里叶级数，可以算得熔断器电流的有效值I、电压的有效值U：

$I=\sqrt{I_0^2+\frac{1}{2}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{km}}^2}=\sqrt{I_0^2+I_1^2+I_2^2+......}$

其中： $I_1=\frac{I_{1m}}{\sqrt{2}},$ $I_2=\frac{I_{2m}}{\sqrt{2}}......$

式中：I₀为电流恒定分量，即直流分量，I₁、I₂……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量的有效值，I_1m、I_2m……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量；

$U=\sqrt{U_0^2+U_1^2+......}$

式中：

为电压恒定分量，即直流分量，U₁、U₂……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量的有效值；U_1m、U_2m……分别为基波、二次谐波等各次谐波分量；

由电压、电流的有效值可以算得熔断器的暂态阻抗：

式中：R为熔断器的阻抗，U为熔断器电压的有效值，I为熔断器电流的有效值；

故障判断：a、将采集到的电压的有效值U、电流的有效值I与设定的电压阈值U_b、电流阈值值I_b相比较，当U大于所述U_b或I大于所述I_b时，表明线路中有故障发生；b、当采集到的电流的有效值I为零，而电压的有效值U不为零时，表明熔断器发生熔断故障或是线路停电；c、若所述熔断器暂态阻抗R比稳态时的阻抗突然增加50%以上时，表明熔断器内部出现接触不良故障；d、经所述快速傅里叶变换，分离出电压的谐波，若谐波不为零且谐波电压的幅值高于额定电压的10%，表明系统发生了谐振故障。

5.根据权利要求4所述的一种计量PT熔断器故障监测装置，其特征在于：所述第一电压互感器（8.1）、第二电压互感器（8.2）、第三电压互感器（8.3）、第一电流互感器（9.1）、第二电流互感器（9.2）、第三电流互感器（9.3）分别接在被监测的熔断器三相上。

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