CN103487748A - 一种计算断路器分闸合闸时间及其动触头行程的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算断路器分闸合闸时间及其动触头行程的方法；断路器在收到合闸指令后，合闸操动线圈开始通电，随着电流的增大，线圈产生足够的电磁力推动铁芯运动，从而启动储能机构释放能量，产生作用力驱动动触头运动，接下来动触头会和静触头接触这就是刚和时刻位置，在此之前，动触头的行程称之为空行程；动触头继续前进，达到合闸位置，并和机构保持合闸状态，这段过程叫做超行程；其中动触头的行程距离就是空行程距离和超行程的距离之和；在分闸过程类似重复第一步、第二步。算法简单。可很容易在嵌入式系统上实现，在有效降低成本的同时便于系统的小型化。能够、准确的找到断路器动触头开始动作时刻和断路器动触头停止动作时刻。

Description

一种计算断路器分闸合闸时间及其动触头行程的方法

技术领域

本发明涉及一种计算断路器分闸合闸时间及其动触头行程的方法。

背景技术

断路器作为电力系统中担负控制和保护双重任务的重要开关设备，其性能优劣是决定电力系统能否安全、可靠供电的重要因素之一。操动机构作为断路器的重要组成部分，其可靠性和耐用性将直接影响到对断路器工作性能与质量的评判。中国电力企业联合会可靠性管理中心日前发布的断路器可靠性分析指出：10年来，造成我国断路器非计划停运的主要故障部件就是操动机构，操动机构的故障占断路器全部故障的70％左右。因此对断路器实施状态诊断或实时在线监测，及时了解其运行状况，掌握其运行特性变化及变化趋势，对提高其运行可靠性极为重要。

目前，针对断路器动触头的实时检测主要有基于小波奇异性检测方法和基于径向基函数网络理论等方法，这些方法对硬件资源要求很高，不能做到小型化和低成本化。  目前，针对断路器动触头的实时检测主要有基于小波奇异性检测方法和基于径向基函数网络理论等方法，这些方法对硬件资源要求很高，不能做到小型化和低成本化，使用起来也不方便；综上可知，现有对断路器实施状态诊断或实时在线监测存方法显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种计算断路器收到合闸（分闸）指令后动触头开始动作和停止动作时刻的方法，在嵌入式合闸操动线圈储能RM芯片上实现了对动触头动作时间及行程距离的计算，在降低成本的同时实现了检测设备的小型化。

为了实现本发明的发明目的，本发明提供了一种计算断路器分闸合闸时间及其动触头行程的方法；  

第一、断路器在收到合闸指令后，合闸操动线圈开始通电，随着电流的增大，线圈产生足够的电磁力推动铁芯运动，从而启动储能机构释放能量，产生作用力驱动动触头运动，接下来动触头会和静触头接触这就是刚和时刻位置，在此之前，动触头的行程称之为空行程；

第二、随后，动触头继续前进，达到合闸位置，并和机构保持合闸状态，这段过程叫做超行程；其中动触头的行程距离就是空行程距离和超行程的距离之和；

第三、在分闸过程类似重复第一步、第二步。

动触头行程距离的测量采用位移传感器，动触头的动作过程如下：

（1）动触头在力的作用下运动，动触头和静触头刚接触时的行程称之为空行程；

（2）动接触后在反作用力下会反弹回一段距离，然后在力的作用下继续运动形成超行程；断路器收到合闸指令后合闸操动线圈储能过程，动触头开始动作形成空行程的过程，动触头和静触头接触后在反作用力的作用下回弹过程，动触头在力的作用下形成超行程的过程，动触头动作结束后的过程；

触头动作结束过程的的合闸操动线圈储能形成超行程值与合闸操动线圈储能过程的合闸操动线圈储能形成超行程值只差乘以位系数即可计算出动触头的行程；

如果找到合闸操动线圈储能过程和形成超行程过程的交叉点，形成超行程过程和触头动作结束过程的交叉点就能准确判断断路器合闸操动线圈储能;三相的同步性并计算断路器动触头的动作时间。 

（1）采用外接基准源，减少外界噪声对基准源的污染；

（2）断路器收到合闸（分闸）指令后大概40毫秒内左右完成所有动作；

（3）动触头运行在运动轨迹的合闸操动线圈储能段和触头动作结束段时，每隔50个数据求和求平均 后得到的合闸操动线圈储能形成超行程值上下飘动不超过10个合闸操动线圈储能形成超行程值，其余段得到的合闸操动线圈储能形成超行程值上下飘动不超过20个合闸操动线圈储能形成超行程值，所以发明人将2000个数据按每50个数据一组进行求和求平均后分为40组；

（4）第一组数据就是断路器动触头的初始位置，同理最后一组数据就是断路器动触头的最终位置，两者之差就是断路器的动触头行程距离；

（5）将40组数据两两比较，如果后一组数据比前一组数据大20个合闸操动线圈储能形成超行程值以上，说明运动轨迹的合闸操动线圈储能段和形成超行程段的结点在后一组数组中，则将后一组数据中的50个数据按每5个数据一组重新分成10个数组，按照同样的方法两两比较可以得到合闸操动线圈储能段和形成超行程段的结点；

（6）同样可以找到形成超行程段和触头动作结束段的结点；

（7）两个拐点的时间之差就是断路器动作时间。

有益效果：

找到动ABC三相动触头开始动作时刻和动作结束时刻非常关键：

（1）它决定了能否准确判断断路器ABC三相的同步性，这对测试断路器性能，防止缺相运行具有重意义；

（2）它决定了能否准确计算断路器ABC三相分闸（合闸）时间，这对于判断断路器动触头动作速度防止触头烧坏、烧蚀具有很高的指导意义；

（3）它决定了能否准确、计算出动触头的行程，对断路器的运行状态进行在线实时监测并 对故障进行专家预测具有重要意义。

发明人采用了计算断路器收到合闸（分闸）指令后动触头开始动作和停止动作时刻的方法，在嵌入式ARM芯片上实现了对动触头动作时间及行程距离的计算，在降低成本的同时实现了检测设备的小型化。优点在于：

（1）算法简单。可很容易在嵌入式系统上实现，在有效降低成本的同时便于系统的小型化；

（2）能够、准确的找到断路器动触头开始动作时刻和断路器动触头停止动作时刻；

（3）动触头动作时间计算准确；

（4）动触头行程距离的计算简单准确。

附图说明

图1是本发明断路器动作运动轨迹图；

图2是本发明断路器动作运运行函数图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1、图2，一种计算断路器分闸合闸时间及其动触头行程的方法； 

第一断路器在收到合闸指令后，合闸操动线圈开始通电，随着电流的增大，线圈产生足够的电磁力推动铁芯运动，从而启动储能机构释放能量，产生作用力驱动动触头运动，接下来动触头会和静触头接触这就是刚和时刻位置，在此之前，动触头的行程称之为空行程；

第二、随后，动触头继续前进，达到合闸位置，并和机构保持合闸状态，这段过程叫做超行程；其中动触头的行程距离就是空行程距离和超行程的距离之和；

第三、在分闸过程类似重复第一步、第二步。

动触头行程距离的测量采用位移传感器，动触头的动作过程如下：

 （1）动触头在力的作用下运动，动触头和静触头刚接触时的行程称之为空行程；

 （2）动接触后在反作用力下会反弹回一段距离，然后在力的作用下继续运动形成超行程；断路器收到合闸指令后合闸操动线圈储能过程，动触头开始动作形成空行程的过程，动触头和静触头接触后在反作用力的作用下回弹过程，动触头在力的作用下形成超行程的过程，动触头动作结束后的过程；

触头动作结束过程的的合闸操动线圈储能形成超行程值与合闸操动线圈储能过程的合闸操动线圈储能形成超行程值只差乘以位系数即可计算出动触头的行程；

如果找到合闸操动线圈储能过程和形成超行程过程的交叉点，形成超行程过程和触头动作结束过程的交叉点就能准确判断断路器合闸操动线圈储能;三相的同步性并计算断路器动触头的动作时间。 

（1）采用外接基准源，减少外界噪声对基准源的污染；

（2）断路器收到合闸（分闸）指令后大概40毫秒内左右完成所有动作；

（3）动触头运行在运动轨迹的合闸操动线圈储能段和触头动作结束段时，每隔50个数据求和求平均 后得到的合闸操动线圈储能形成超行程值上下飘动不超过10个合闸操动线圈储能形成超行程值，其余段得到的合闸操动线圈储能形成超行程值上下飘动不超过20个合闸操动线圈储能形成超行程值，所以发明人将2000个数据按每50个数据一组进行求和求平均后分为40组；

（4）第一组数据就是断路器动触头的初始位置，同理最后一组数据就是断路器动触头的最终位置，两者之差就是断路器的动触头行程距离；

（5）将40组数据两两比较，如果后一组数据比前一组数据大20个合闸操动线圈储能形成超行程值以上，说明运动轨迹的合闸操动线圈储能段和形成超行程段的结点在后一组数组中，则将后一组数据中的50个数据按每5个数据一组重新分成10个数组，按照同样的方法两两比较可以得到合闸操动线圈储能段和形成超行程段的结点；

（6）同样可以找到形成超行程段和触头动作结束段的结点；

（7）两个拐点的时间之差就是断路器动作时间。

断路器在收到合闸指令后，合闸操动线圈开始通电，随着电流的增大，线圈产生足够的电磁力推动铁芯运动，从而启动储能机构释放能量，产生作用力驱动动触头运动，接下来动触头会和静触头接触这就是刚和时刻位置，在此之前，动触头的行程称之为空行程，随后，动触头继续前进，达到合闸位置，并和机构保持合闸状态，这段过程叫做超行程。动触头的行程距离就是空行程距离和超行程的距离之和。分闸过程类似。

找到动ABC三相动触头开始动作时刻和动作结束时刻非常关键：

（1）它决定了能否准确判断断路器ABC三相的同步性，这对测试断路器性能，防止缺相运行具有重要意义；

（2）它决定了能否准确计算断路器ABC三相分闸（合闸）时间，这对于判断断路器动触头动作速度防止触头烧坏、烧蚀具有很高的指导意义；

（3）它决定了能否准确、计算出动触头的行程，对断路器的运行状态进行在线实时监测并对故障进行专家预测具有重要意义。

动触头行程距离的测量通常采用位移传感器，动触头的动作过程如下：

 （1）动触头在力的作用下运动，动触头和静触头刚接触时的行程称之为空行程；

 （2）动接触后在反作用力下会反弹回一段距离，然后在力的作用下继续运动形成超行程。动触头的动作轨迹如下图所示：

a为断路器收到合闸指令后合闸操动线圈储能过程，b为动触头开始动作形成空行程的过程，c为动触头和静触头接触后在反作用力的作用下回弹过程，d为动触头在力的作用下形成超行程的过程，e为动触头动作结束后的过程。

e过程的的AD值与a过程的AD值只差乘以位系数即可计算出动触头的行程；

如果找到a过程和b过程的交叉点，d过程和e过程的交叉点就能准确判断断路器ABC三相的同步性并计算断路器动触头的动作时间，这对判断断路器运行状态有重要意义。

断路器动触头和静触头接近到一定距离时会产生电弧，接触时会产生剧烈震动和很强的噪声，这些会对模拟通道的输入量产生很大的噪声污染。为了解决上述问题，发明人采用了以下方法：

（1）采用外接基准源，减少外界噪声对基准源的污染；

（2）断路器收到合闸（分闸）指令后大概40毫秒内左右完成所有动作，发明人经过反复实验采样周期选取为50微秒，采样数据每相2000个，合计100毫秒；

（3）通过大量实验研究发现，动触头运行在运动轨迹的a段和e段时，每隔50个数据求和求平均后得到的AD值上下飘动不超过10个AD值，其余段得到的AD值上下飘动不超过20个AD值，所以发明人将2000个数据按每50个数据一组进行求和求平均后分为40组；

 （4）第一组数据就是断路器动触头的初始位置，同理最后一组数据就是断路器动触头的最终位置，两者之差就是断路器的动触头行程距离；

 （5）将40组数据两两比较，如果后一组数据比前一组数据大20个AD值以上，说明运动轨迹的a段和b段的结点在后一组数组中，则将后一组数据中的50个数据按每5个数据一组重新分成10个数组，按照同样的方法两两比较可以得到a段和b段的结点；

 （6）同样可以找到d段和e段的结点；

 （7）两个拐点的时间之差就是断路器动作时间。

具体实现如下图所示，以A相为列（BC相同理）  d段和e段的拐点的找法类似。

a段和b段拐点即断路器动触头开始动作时刻，d段和e段拐点即断路器动触头停止动作时刻。

动触头停止时刻与动触头开始动作时刻之差就是动触头动作时间。

动触头运行在a段和e段时，断路器处于静止状态，动静触头之间没有电弧，传感器数据准确，再加上采用了均值滤波消除了一些不确定性因素，因此动触头行程距离的计算十分准确。

（1）采样周期50微秒；

（2）数据科学分组和均值滤波方法；

（3）a段和b段拐点即断路器动触头开始动作时刻的查找方法；

（4）d段和e段拐点即断路器动触头停止动作时刻的查找方法；

（5）动触头动作时间的计算方法；

（6）动触头行程距离的计算方法。

本技术在许昌森海电气有限公司中压智能断路器在线状态监测系统上进行了几个月的测试，测试结果表明，测量数据稳定性好，动触头动作时间、动触头行程距离的计算、准确，已完全达到应用的条件。

找到动ABC三相动触头开始动作时刻和动作结束时刻非常关键：

 （1）它决定了能否准确判断断路器ABC三相的同步性，这对测试断路器性能，防止缺相运行具有重意义；

 （2）它决定了能否准确计算断路器ABC三相分闸（合闸）时间，这对于判断断路器动触头动作速度防止触头烧坏、烧蚀具有很高的指导意义； 

（3）它决定了能否准确、计算出动触头的行程，对断路器的运行状态进行在线实时监测并对故障进行专家预测具有重要意义。

发明人采用了计算断路器收到合闸（分闸）指令后动触头开始动作和停止动作时刻的方法，在嵌入式ARM芯片上实现了对动触头动作时间及行程距离的计算，在降低成本的同时实现了检测设备的小型化。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种计算断路器分闸合闸时间及其动触头行程的方法；其特征在于，

断路器在收到合闸指令后，合闸操动线圈开始通电，随着电流的增大，线圈产生足够的电磁力推动铁芯运动，从而启动储能机构释放能量，产生作用力驱动动触头运动，接下来动触头会和静触头接触这就是刚和时刻位置，在此之前，动触头的行程称之为空行程；

随后，动触头继续前进，达到合闸位置，并和机构保持合闸状态，这段过程叫做超行程；其中动触头的行程距离就是空行程距离和超行程的距离之和；

在分闸过程类似重复第一步、第二步。

2.根据权利要求1所的一种计算断路器分闸合闸时间及其动触头行程的方法；其特征在于，动触头行程距离的测量采用位移传感器，动触头的动作过程如下：

（1）动触头在力的作用下运动，动触头和静触头刚接触时的行程称之为空行程；

（2）动接触后在反作用力下会反弹回一段距离，然后在力的作用下继续运动形成超行程；断路器收到合闸指令后合闸操动线圈储能过程，动触头开始动作形成空行程的过程，动触头和静触头接触后在反作用力的作用下回弹过程，动触头在力的作用下形成超行程的过程，动触头动作结束后的过程;

触头动作结束过程的的合闸操动线圈储能形成超行程值与合闸操动线圈储能过程的合闸操动线圈储能形成超行程值只差乘以位系数即可计算出动触头的行程；

如果找到合闸操动线圈储能过程和形成超行程过程的交叉点，形成超行程过程和触头动作结束过程的交叉点就能准确判断断路器合闸操动线圈储能;三相的同步性并计算断路器动触头的动作时间。

3.根据权利要求1所的一种计算断路器分闸合闸时间及其动触头行程的方法；其特征在于， 

 （1）采用外接基准源，减少外界噪声对基准源的污染；

 （2）断路器收到合闸（分闸）指令后大概40毫秒内左右完成所有动作；

 （3）动触头运行在运动轨迹的合闸操动线圈储能段和触头动作结束段时，每隔50个数据求和求平均 后得到的合闸操动线圈储能形成超行程值上下飘动不超过10个合闸操动线圈储能形成超行程值，其余段得到的合闸操动线圈储能形成超行程值上下飘动不超过20个合闸操动线圈储能形成超行程值，所以发明人将2000个数据按每50个数据一组进行求和求平均后分为40组；

 （4）第一组数据就是断路器动触头的初始位置，同理最后一组数据就是断路器动触头的最终位置，两者之差就是断路器的动触头行程距离；

（5）将40组数据两两比较，如果后一组数据比前一组数据大20个合闸操动线圈储能形成超行程值以上，说明运动轨迹的合闸操动线圈储能段和形成超行程段的结点在后一组数组中，则将后一组数据中的50个数据按每5个数据一组重新分成10个数组，按照同样的方法两两比较可以得到合闸操动线圈储能段和形成超行程段的结点；

（6）同样可以找到形成超行程段和触头动作结束段的结点；

（7）两个拐点的时间之差就是断路器动作时间。

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