CN103777103A - 一种消弧线圈状态在线检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消弧线圈状态在线检测方法及装置，利用测量消弧线圈动作电流、持续时间作为检测消弧线圈本体承受冲击判据，检测消弧线圈动作时是否超过规定值。该方将消弧线圈动作时间和动作电流幅值，换算成消弧线圈动作时承受电压值和持续时间，根据电压值和持续时间分布空间，设定中性点电压与消弧线圈额定电压比σ＞0.30，t＞120为报警阈值，当测量参数满足上述条件即可对消弧线圈异常动作进行判断报警，实现消弧线圈运行状态在线监测，为运行、维护人员及时提供消弧线圈状态信息，将故障消灭在萌芽状态，做到防患于未然，提高消弧线圈运行可靠性；该装置结构紧凑，工作可靠，不工作时不承受电压和电流，元器件不易老化，使用寿命长。

Description

一种消弧线圈状态在线检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统，具体涉及一种消弧线圈状态在线检测方法及装置，属于消弧线圈的配套附属设备，适用于消弧线圈运行状态检测。

背景技术

目前，在10～66kV电压等级电网中，其系统大部分采取中性点不接地方式即小电流接地系统，这种系统在发生单相接地时，电网仍可带故障运行，这就大大降低了运行成本，提高了供电系统的可靠性，但是当系统对地电容电流增大，一但线路单相接地，电弧将无法自行息弧，电弧重燃产生的过电压危及健全相的绝缘可以造成两相短路故障，对于单相接地故障而引发配电网的事故屡见不鲜，引起绝缘击穿，套管炸裂、两相短路，甚至导致变电站的开关柜“火烧连营”，为防范上述故障电力系统通常在中性点采用消弧线圈接地，通过消弧线圈的电感电流进行补偿对地电容电流，限定电网的对地电容电流，使接地故障电流减小，故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的，减少产生弧光接地过电压的机率，抑制过电压的辐值，其宗旨是保证电网稳定安全运行，但消弧线圈在日常工作中由于操作少、维护和检查做法是消弧线圈动作时，巡视人员到变电站消弧线圈所连接的相关电气设备进行检查，若接地故障持续15min以上未消除，检查消弧线圈本体，上层油温应正常，应无冒烟喷油现象，套管应无放电痕迹，接头应无发热现象，持续运行时间超过规定值时，停用消弧线圈，因此对其加强状态监测显得尤其重要。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种消弧线圈状态在线检测方法及装置，通过实时对消弧线圈动作电流大小和持续动作时间进行状态监测，实现消弧线圈运行状态在线监测，为运行、维护人员及时提供消弧线圈状态信息，及时预防电气设备故障的发生，将故障消灭在萌芽状态，做到防患于未然，提高消弧线圈运行可靠性。

消弧线圈动作时其线圈绕组和铁芯要产生铜损和铁损，这两部分损耗最后全部转变为热能，消弧线圈动作电流大、持续时间长，若其的温度长时间超过允许值，其自身绝缘长期受热将导致老化，温度愈高，缘老化得愈快，即使绝缘还没有损坏，但是温度愈高在电动力的作用下，绝缘越容易破裂，绝缘的性能愈差，容易被高电压击穿而造成故障，因此消弧线圈正常运行时，规定电网中性点位移电压在相电压额定值的30%～100%之间，消弧线圈接地故障允许运行时间不超过2小时，本发明通过检测消弧线圈动作时间，动作电流幅值，换算成消弧线圈动作时承受电压值和运行时间，对消弧线圈异常动作进行报警，实现消弧线圈状态在线检测。

技术方案：为实现上述目的，本发明提出一种消弧线圈状态在线检测方法，利用测量消弧线圈动作电流、持续时间作为检测消弧线圈本体承受冲击判据，检测消弧线圈动作时是否超过规定值实现其状态在线检测方法，

该方法包括以下步骤：

在一段时间内检测消弧线圈动作时电流、时间时序列数据(I_L,t)；

将获取的消弧线圈动作时电流、时间时序列数据(I_L,t)换算消弧线圈动作时中性点施加消弧线圈两端电压U_X与动作时间t的特征参量；

按照以下公式进行计算，求取消弧线圈异常报警值：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_L=U_X/\mathrm{\ωL}\\ \mathrm{\σ}=U_X/U_{\mathrm{Xe}}=I_L\mathrm{\ωL}/U_{\mathrm{Xe}}\\ I_L\left(t\right)=[I_L\left(1\right),I_L(1+\mathrm{\τ}),........,I_L(1+(m-1)\mathrm{\τ})]/t\\ U_X\left(t\right)=[I_L\mathrm{\ωL}\left(1\right),I_L\mathrm{\ωL}(1+\mathrm{\τ}),........,I_L\mathrm{\ωL}(1+(m-1)\mathrm{\τ})]/t\\ t=1+(1+\mathrm{\τ})+........+(m-1)\mathrm{\τ}\\ \end{array}\right.$

其中，I_L为消弧线圈动作电流，单位为A；ωL为消弧线圈补偿区间电抗，单位为Ω；U_X为中性点电压，U_Xe为消弧线圈的额定电压，单位为V；σ为中性点电压与消弧线圈额定电压比；t为消弧线圈持续动作时间，单位为min；m为t时间内采集检测离散序列数据，τ为检测步长，每个序列数据检测时间；

根据电压值和持续时间相关分布空间，设定σ＞0.30，且t＞120为消弧线圈异常动作进行报警阈值，当测量相关采集检测离散序列数据超过阈值，即进行报警指示。

本发明还提出一种基于上述方法的装置，该装置包括消弧线圈动作电流采集器、数据处理器、计数器和异常动作报警指示器，所述消弧线圈动作电流采集器串联在消弧线圈接地线中，并且消弧线圈动作电流采集器与数据处理器和计数器分别连接，计数器与数据处理器连接，与数据处理器与异常动作报警指示器连接。

所述数据处理器包括计数器的闭合接点、电流电压变换器、电阻分配器和定时器，

所述消弧线圈动作电流采集器采集消弧线圈动作电流信号,计数器计数并且闭合其闭合接点，电流信号经闭合接点输入到电流电压变换器，将电流信号转换为电压信号，电压信号通过电阻分配器电路中的第一电阻R1、第二电阻R2进行二次分压，通过调整分压比σ=R₂/(R₁+R₂)=I_LωL/U_Xe，对于动作电流大于一定值（即σ＞0.30）时，具备启动异常动作报警指示器条件之一。

关于消弧线圈动作持续时间t的检测，采用RC充电方式进行检测：

V0为电容器C上的初始电压值；

V1为电容器C可驱动报警机构动作的放电电压值；

Vt为t时刻电容器C上的充电电压的额定值；

Vcc为电容器充满电压值；

t为消弧线圈动作持续时间；

根据Vt=V0+（V1-V0）[1-exp(-t/RC)]，则可以换算t=RCLn[(V1-V0)/(V1-Vt)]，

所述定时器电路中的第三电阻R3对电容器C充电，当电容器C充电电压缓慢上升到85%Vcc电压，Vt≥V1，设定充电时间t＞120，则σ＞0.30，t＞120，电容器C电压对异常动作报警指示器进行放电，启动异常动作报警指示器。

有益效果：本发明的一种消弧线圈状态在线检测方法及装置，与现有技术相比，具有以下优点：

（1）该方法对消弧线圈的运行状态进行直接监测，降低了运行检修成本，实现了消弧线圈状态检修。

（2）该方法采用无源监测方式对消弧线圈进行检测，装置结构简单，运行和检修人员根据指示提供数据能够及时对消弧线圈进行维护，提高了消弧线圈运行的可靠性。

（3）该装置结构紧凑，工作可靠，不工作时不承受电压和电流，元器件不易老化，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明的基本原理图；

图2为本发明中数据处理器电路原理图；

图3为本发明中计数指示器电路原理图；

图4为本发明中异常动作报警指示器电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明提出一种消弧线圈状态在线检测方法，利用测量消弧线圈动作电流、持续时间作为检测消弧线圈本体承受冲击判据，检测消弧线圈动作时是否超过规定值实现其状态在线检测方法。

消弧线圈在0～110%额定电压下，消弧线圈伏安特性呈线性关系，当消弧线圈动作时流过绕组的电流与中性点电压成正比I_L=U_X/ωL，按照其运行管理规定中性点位移电压在相电压额定值的30%～100%之间，消弧线圈动作允许运行时间不超过2小时，如果消弧线圈运行时间过长，将可导致消弧线圈本体绝缘过热、老化，最终烧损等事故，因此消弧线圈动作异常，必须迅速寻找和处理单相接地故障，持续运行时间超过规定值时，将停用消弧线圈，利用上述规定作为监测报警判据，检测消弧线圈动作时间，动作电流幅值，然后换算消弧线圈动作时中性点施加消弧线圈两端电压U_X与动作时间的特征参量，按照公式进行计算，求取消弧线圈异常报警值通，对消弧线圈异常动作进行报警，具体检测步骤是：

1.消弧线圈在运行中，当系统由接地故障时，其绕组将产生动作电流I_L，检测通过消弧线圈的电流幅值I_L；

2.消弧线圈在运行中，当系统由接地故障时，其绕组将产生动作电流，检测通过消弧线圈的电流持续时间t；

3.根据获取的消弧线圈动作时电流、时间时序列数据(I_L,t),然后换算消弧线圈动作时中性点施加消弧线圈两端电压U_X与动作时间的特征参量，具体按照下公式进行计算，求取消弧线圈异常报警值：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_L=U_X/\mathrm{\ωL}\\ \mathrm{\σ}=U_X/U_{\mathrm{Xe}}=I_L\mathrm{\ωL}/U_{\mathrm{Xe}}\\ I_L\left(t\right)=[I_L\left(1\right),I_L(1+\mathrm{\τ}),........,I_L(1+(m-1)\mathrm{\τ})]/t\\ U_X\left(t\right)=[I_L\mathrm{\ωL}\left(1\right),I_L\mathrm{\ωL}(1+\mathrm{\τ}),........,I_L\mathrm{\ωL}(1+(m-1)\mathrm{\τ})]/t\\ t=1+(1+\mathrm{\τ})+........+(m-1)\mathrm{\τ}\\ \end{array}\right.$

其中，I_L为消弧线圈动作电流，单位为A；ωL为消弧线圈补偿区间电抗，单位为Ω；U_X为中性点电压，U_Xe为消弧线圈的额定电压，单位为V；σ为中性点电压与消弧线圈额定电压比；t为消弧线圈持续动作时间，单位为min；m为t时间内采集检测离散序列数据，τ为检测步长，每个序列数据检测时间，当检测电压值和持续时间对应，σ＞0.30，且t＞120，则驱动消弧线圈异常动作报警指示器报警

本发明还提出一种基于上述方法的装置，如图1至图4所示，该装置包括消弧线圈动作电流采集器1、数据处理器2、计数器3和异常动作报警指示器4。以下对各部分进行具体描述：

总体结构：本发明总体结构参见图1，消弧线圈动作电流采集器1串联在消弧线圈接地线中，消弧线圈动作电流采集器1与数据处理器2连接，计数器3与消弧线圈动作电流采集器1、数据处理器2与异常动作报警指示器4连接，组成消弧线圈运行状态在线监测装置。

数据处理器2的原理见图2，由计数器3的闭合接点10、电流电压变换器14、电阻分配器5和RC定时器6构成，消弧线圈动作电流采集器1采集的消弧线圈动作电流,计数器3计数并且闭合其闭合接点10，电流信号经闭合接点10输入到电流电压变换器14，将电流信号转换为电压信号，电压信号通过电阻分配器5电路中的第一电阻R1、第二电阻R2进行二次分压，通过调整分压比对于动作电流大于所设定的电流，按照比例对应σ（即消弧线圈补偿额定电流的30%值，σ＞0.30）时，具备启动异常动作指示器4条件，RC定时器6电路中的第三电阻R3对电容C充电，电容C的充电时间按照R、C充电常数预设（t＞120）缓慢上升到预定电压值，当电压值和持续时间阀值达到报警值（σ＞0.30,t＞120），驱动异常动作进行报警显示。

计数器3原理见图3，由电流电压变换器7、电容8、指针电磁式计数器9及闭合接点10组成，当消弧线圈动作时，按照规定记录其动作次数，并且闭合接点10闭合，其中消弧线圈动作计数按照标准规定超过10A时，该计数器累加计数并且保持。

异常动作报警指示器4原理见图4，由保护二极管11、电磁线圈12和故障指示机构13组成，保护二极管11抑制瞬间大电流实现过电压保护，防止电磁线圈12被大电流击穿，当消弧线圈动作时通过动作电流、持续时间超过预设值电磁线圈12将动作，驱动机构转动翻牌，将初始白色指示牌翻转为红色，达到异常报警指示的作用。

可见，本发明能够实现消弧线圈运行状态在线监测，为运行、维护人员及时提供消弧线圈状态信息，将故障消灭在萌芽状态，做到防患于未然，提高消弧线圈运行可靠性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种消弧线圈状态在线检测方法，其特征在于：利用测量消弧线圈动作电流、持续时间作为检测消弧线圈本体承受冲击判据，检测消弧线圈动作时是否超过规定值实现其状态在线检测方法，

该方法包括以下步骤：

在一段时间内检测消弧线圈动作时电流、时间时序列数据(I_L,t)；

将获取的消弧线圈动作时电流、时间时序列数据(I_L,t)换算消弧线圈动作时中性点施加消弧线圈两端电压U_X与动作时间t的特征参量；

按照以下公式进行计算，求取消弧线圈异常报警值：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_L=U_X/\mathrm{\ωL}\\ \mathrm{\σ}=U_X/U_{\mathrm{Xe}}=I_L\mathrm{\ωL}/U_{\mathrm{Xe}}\\ I_L\left(t\right)=[I_L\left(1\right),I_L(1+\mathrm{\τ}),........,I_L(1+(m-1)\mathrm{\τ})]/t\\ U_X\left(t\right)=[I_L\mathrm{\ωL}\left(1\right),I_L\mathrm{\ωL}(1+\mathrm{\τ}),........,I_L\mathrm{\ωL}(1+(m-1)\mathrm{\τ})]/t\\ t=1+(1+\mathrm{\τ})+........+(m-1)\mathrm{\τ}\\ \end{array}\right.$

其中，I_L为消弧线圈动作电流，单位为A；ωL为消弧线圈补偿区间电抗，单位为Ω；U_X为中性点电压，U_Xe为消弧线圈的额定电压，单位为V；σ为中性点电压与消弧线圈额定电压比；t为消弧线圈持续动作时间，单位为min；m为t时间内采集检测离散序列数据，τ为检测步长，每个序列数据检测时间；

根据电压值和持续时间相关分布空间，设定σ＞0.30，且t＞120为消弧线圈异常动作进行报警阈值，当测量相关采集检测离散序列数据超过阈值，即进行报警指示。

2.一种基于权利要求1所述的方法的装置，其特征在于：包括消弧线圈动作电流采集器（1）、数据处理器（2）、计数器（3）和异常动作报警指示器（4），所述消弧线圈动作电流采集器（1）串联在消弧线圈接地线中，并且消弧线圈动作电流采集器（1）与数据处理器（2）和计数器（3）分别连接，计数器（3）与数据处理器（2）连接，与数据处理器（2）与异常动作报警指示器（4）连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述数据处理器（2）包括计数器（3）的闭合接点（10）、电流电压变换器（14）、电阻分配器（5）和定时器（6），

所述消弧线圈动作电流采集器（1）采集消弧线圈动作电流信号,计数器（3）计数并且闭合其闭合接点（10），电流信号经闭合接点（10）输入到电流电压变换器（14），将电流信号转换为电压信号，电压信号通过电阻分配器（5）电路中的第一电阻R1、第二电阻R2进行二次分压，通过调整分压比对于动作电流大于所设定的电流，即σ＞0.30时，具备启动异常动作报警指示器（4）条件之一，

所述定时器（6）电路中的第三电阻R3对电容器C充电，电容器C的充电时间按照预设t＞120，缓慢上升到预定电压值，则σ＞0.30，t＞120，电容器C电压对异常动作报警指示器（4）进行放电，启动异常动作报警指示器（4）。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述异常动作报警指示器（4）包括保护二极管（11）、电磁线圈（12）和故障指示机构（13），所述保护二极管（11）抑制瞬间大电流实现过电压保护，防止电磁线圈（12）被大电流击穿，当消弧线圈动作时动作电流幅值、持续时间超过预警值，电磁线圈（12）动作，驱动故障指示机构（13），指示消弧线圈状态并且保持。

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