CN104538233A - 变电站电动刀闸状态监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变电站电动刀闸状态监测预警系统及方法，电动刀闸由电机控制分合闸，电流传感器采集电动刀闸在分合闸过程中的电流信号，该系统包括：数据分析模块，根据所采集的电流信号计算一个电机在一次分合闸过程中的启动电流、动作电流以及操作时间的数据；监测模块，根据电机多次分合闸过程的电流历史数据和/或同一类型的电动刀闸的多个电机的数据判断电动刀闸传动机构是否存在故障风险；提示模块，在判断电动刀闸传动机构存在故障风险时，发出提示信号。该方法应用上述方法对电动刀闸的状态进行监测并发出预警提示信息。本发明可以精确地监测电动刀闸的状态，并且及时发出检修的预警信息。

Description

变电站电动刀闸状态监测预警系统及方法

技术领域

本发明涉及电力设备的维护领域，尤其是一种用于变电站对电动刀闸状态进行监测与预警的系统，以及这种系统的工作方法。

背景技术

现在的变电站大多采用电动刀闸作为隔离器件，电动刀闸是带有电动操作机构的隔离开关，用于在没有负荷电流的情况下实现对线路的分合闸，起到电力系统电路隔离的重要作用。

电动刀闸包括刀闸本体以及控制器，控制器用于控制本体的分合闸操作，其中，本体的分合闸操作主要由电动刀闸的电动操作机构和机械传动机构配合完成。由于变电站的电动刀闸大多安装在户外，其机械传动机构往往是直接暴露在大气中，并且常常是日晒雨淋，受环境影响较大。由于电动刀闸平时操作次数不多，机械传动机构的轴销、轴承等传动部位缺少润滑和相对运动，在电动刀闸运行一段时间后，普遍会出现传动机构锈蚀、卡涩等现象。

如电动刀闸的操作长期卡涩会导致电动刀闸传动杆产生旋转角度损耗，造成分合闸不到位。当电动刀闸合闸不到位，动静触头不在一条直线上，将引起电动刀闸接触不良，造成发热严重的安全隐患。当传动机构出现严重的锈蚀、卡涩现象时，将致使电动刀闸正常的分合闸操作无法实现，不仅出现电动刀闸拉不开、操作机构断裂等现象，还可能引起瓷瓶产生裂缝，甚至断裂，导致故障跳闸的严重后果。如果母线侧的电动刀闸出现故障，将严重影响电网的安全稳定运行。

因此，公告号为CN103454488A的发明专利申请公开了名为“一种高压隔离开关电动操作机构电机电流测量系统及方法”的发明创造，该测量系统采用电流传感器采样电动刀闸的电机三相出线中一项出线的电流信号，然后对采样的电流信号进行滤波、去噪等处理，然后分析电动刀闸的电机的电流特性，由此分析出电机的电流信号的变化趋势，进而判断机械传动机构的运行状态，一旦判断机械传动机构可能出现异常情况，即通过上位机发出提示信号，及时通知检修人员对电动刀闸进行检修。

但是，由于电动刀闸分合闸过程中电机的电流信号包含大量的信息，如何从电流信号中计算出最有用的电流的数据往往影响分析结果，进而影响是否需要对电动刀闸进行检修的决定，一旦发生误提醒，可能导致检修人员的工作量增加，或者导致电动刀闸出现损坏而未及时提示，影响电动刀闸的工作。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种精确发出检修的提示信息的变电站电动刀闸状态监测预警系统。

本发明的另一目的是提供一种有效监测电动刀闸工作状态的电动刀闸状态监测预警方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的变电站电动刀闸状态监测预警系统中，电动刀闸由电机控制分合闸，电流传感器采集电动刀闸在分合闸过程中的电流信号，该系统包括：数据分析模块，根据所采集的电流信号计算一个电机在一次分合闸过程中的启动电流、动作电流以及操作时间的数据；监测模块，根据电机多次分合闸过程的电流历史数据和/或同一类型的电动刀闸的多个电机的数据判断电动刀闸传动机构是否存在故障风险；提示模块，在判断电动刀闸传动机构存在故障风险时，发出提示信号。

由上述方案可见，通过计算分析电动刀闸一次分合闸过程中启动电流、动作电流以及操作时间的数据并由此判断电动刀闸的机械传动机构是否出现异常的趋势，能够精确地判断出机械传动机构是否异常，对电动刀闸的运行状态判断更为准确。

一个优选的方案是，监测模块包括历史监测模块，判断一个电机连续二次以上的分合闸过程的电流数据高于上限阈值或者低于下限阈值时，判断电动刀闸的传动机构存在故障风险。

由此可见，通过对同一个电动刀闸的电机的电流数据进行纵向分析，可以精确判断出电动刀闸是否出现故障的风险。

另一个优选的方案是，监测模块包括同类监测模块，判断一个电机的电流数据相对于同类型的多个电动刀闸的电机的电流数据，连续二次以上高于最大值或者低于最小值时，判断电动刀闸的传动机构存在故障风险。

可见，通过对同一类型的电动刀闸的电机的电流数据进行横向对比，可以精确反映每一个电动刀闸的电机的运行状态，能够有效精确地分析出电动刀闸是否存在故障的风险。

进一步的方案是，系统还包括环境因素监测模块，判断电机的分合闸过程的环境因素不在环境阈值范围内时，不记录当次所采集的电流数据。

由此可见，通过将不在环境阈值范围内所采集的数据排除，可以精确地反映出电动刀闸的真实运行状态，进而更加精确地分析电动刀闸是否需要检修。

为实现上述的另一目的，本发明提供的变电站电动刀闸状态监测预警方法中，电动刀闸由电机控制分合闸，该方法包括：信号采集步骤，电流传感器采集电动刀闸在分合闸过程中的电流信号；数据分析步骤，根据所采集的电流信号计算一个电机在一次分合闸过程中的启动电流、动作电流以及操作时间的数据；监测步骤，根据电机多次分合闸过程的电流历史数据和/或同一类型的电动刀闸的多个电机的数据判断电动刀闸传动机构是否存在故障风险；提示步骤，在判断电动刀闸传动机构存在故障风险时，发出提示信号。

由上述方案可见，采集一个电动刀闸的电机电流数据后计算出启动电流、动作电流以及操作时间的数据可以精确地判断传动机构是否存在发生故障的风险，从而发出提示信号的时间更为准备，避免出现误报的情况。

附图说明

图1是应用本发明变电站电动刀闸状态监测预警系统实施例的系统框图。

图2是电动刀闸的控制电机在一次分合闸过程的电流波形图。

图3是本发明变电站电动刀闸状态监测预警系统实施例与周边系统的结构框图。

图4是本发明变电站电动刀闸状态监测预警方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的变电站电动刀闸状态监测预警系统用于对变电站的电动刀闸的工作状态进行监测，并且跟踪每一个电动刀闸的运行状态，通过对电动刀闸的电机在每一次分合闸过程中电机电流信号的采样并计算出电流的多个参数，由此分析电动刀闸的运行趋势，判断电动刀闸的机械传动机构是否存在故障风险。本发明的电动刀闸状态监测预警方法是上述系统的工作方法。

参见图1，每一个电动刀闸10均设置有主体部分以及机械传动机构，并设有一个控制器，控制器控制电机M动作，由电机M带动机械传动机构运动，并由此带动电动刀闸的主体部分执行分合闸的操作。

电机M为三相电机，其包括A、B、C三相出线，本实施例中，电动刀闸10内设置三个电流传感器11、12、13，分别采集A、B、C三相出线的电流信号，三个电流传感器11、12、13将采集到的电流信号经过接口合并器14输出至电动刀闸测试仪15。电动刀闸测试仪15为小型便携式测试仪，用于接收电流信号并且对接收的电流信号进行滤波、去噪等处理，同时将模拟的电流信号转换成数字信号，并通过无线通信的方式将数字信号发送至上位机18。

由图1可见，本实施例中，电动刀闸测试仪15与上位机18之间通过无线通信基站16以及无线通信主站17进行信号的转接，在实际应用中，由于变电站内往往设有多个电动刀闸，且电动刀闸往往设置在较为偏远的地方，因此需要无线通信基站16以及无线通信主站17实现信号的转接。

电动刀闸在一次分合闸过程中，其电机的电流信号波形图如图2所示。从图2可见，电动刀闸未开始分合闸操作前，即0至t0时刻，为电流传感器的零漂电流阶段，电流传感器检测到的电流信号为周围环境的杂散磁场在传感器线圈上的反映。电动刀闸启动后，电机启动并且转子开始转动转子，出线上形成启动电流Iq，此阶段为形成启动电流阶段，即t1至t2时刻。在t2时刻以后，控制器停止驱动电机，电机出线的电流迅速减小，为电流被切断后的零漂电流阶段。

根据图2的电流波形图，可以计算出电机在电动刀闸一次分合闸过程中启动电流最大值Iq、动作电流Id、一次操作时间T等参数，并作为电动刀闸的电流数据，可以作为监测电动刀闸工作状态的动态特征量。电动刀闸状态监测预警系统根据图2的电流波形曲线，将采集计算的特征量的变化作为反映电动刀闸的机械传动机构、电机固有特性以及机械传动机构的变化的特征数据。

对电动刀闸进行监测时，监测预警系统根据每一个电动刀闸的电动操作机构的厂家额定技术参数和传感器感应原理，利用测量采集到的电流数据，例如每个周波采集32个采样点的数据，采用数据挖掘的分类办法分析电流数据，提取获得启动电流Iq、动作电流Id、一次操作时间T等特征量。

电流传感器启动工作时，也就是在电动刀闸的机械传动机构未进行分合闸操作前，首先记录当前电流值，这个电流值为零漂电流I0。当电动刀闸执行分合闸操作时，电机的电流开始增大，电动刀闸状态监测预警系统开始分析电机的电流信号的数据，当电流值第一次出现大于零漂电流的2倍时，该时刻定为时刻t0。电机开始启动后，直至电流小于额定电流持续5个周波时判断为电机启动结束，机械传动机构开始执行传动动作开始，小于额定电流的开始时刻定为时刻t1。接着，当电机的电流值连续20个周波内小于零漂电流I0时，判断电动刀闸一次操作已完成，小于零漂电流的开始时刻定为时刻t2。

在电动刀闸一次分合闸操作完毕后，提取t0时刻至t1时刻内的最大电流值作为电动刀闸的电机的启动电流Iq，并且提取t1时刻至t2时刻内的电流值作为电动刀闸的电机稳态转动运行时的动作电流Id，提取t0时刻至t2时刻的时间间隔作为一次操作的操作时间T，因此操作时间T是t2时刻与t0时刻数值之间的差值。

参见图3，在上位机内设有历史数据库31，并运行有电动刀闸状态监测预警系统20，电动刀闸状态监测预警系统20包括数据分析模块21、监测模块22、环境因素监测模块26以及提示模块25，其中，监测模块22包括历史监测模块23以及同类监测模块24。

数据分析模块21将电动刀闸测试仪15所采集的数据进行分析，如从采集的数据中分析计算出启动电流Iq、动作电流Id、一次操作时间T等数据，并将分析说获得的数据输出至监测模块22。监测模块22根据历史数据库31的数据对同一个电动刀闸的电机的历史电流数据进行监测，如历史监测模块23判断同一电动刀闸的电机在连续两次或者两次以上的分合闸操作过程中，动作电流Id连续两次增长超过上限阈值并超过其历史数据的最大值、或者动作电流Id连续两次减少超过下限阈值并低于其历史数据的最小值、或者启动电流Iq连续两次增长超过上限阈值并超过其历史数据的最大值、或者启动电流Iq连续两次减少超过下限阈值并低于其历史数据的最小值、或者操作时间T连续两次超过正常时间的阈值、或者三相不平衡电流连续两次增长超过上限阈值并超过其历史数据的最大值等，一旦监测发现同一电动刀闸的电机出现上述情况，即判断电机存在发生故障的风险，提示模块25需要发出对该电动刀闸进行检修的提示信息。

此外，电动刀闸状态监测预警系统20还对同一类型的电动刀闸的多个电机在同一次分合闸的操作过程中的电流信号的数据进行对比分析，如类型监测模块24判断一个电动刀闸的电机的电流数据相对于同一类型的电动刀闸的电机的电流数据，判断其动作电流Id连续两次超过其他电动刀闸的电机的电流数据的最大值、或者动作电流Id连续两次低于其他电动刀闸的电机的电流数据最小值、或者启动电流Iq连续两次超过其他电动刀闸的电机的电流数据的最大值、或者启动电流Iq连续两次低于其他电动刀闸的电机的电流数据的最小值、或者操作时间T偏差连续两次超过其他电动刀闸的电机的电流数据的最大值、或者操作时间T偏差连续两次低于其他电动刀闸的电机的电流数据的最小值、或者三相不平衡电流连续两次超过最大值，则判断该电动刀闸的机械传动机构存在发生故障的风险，提示模块25发出提示信息。

当然，由于电动刀闸通常安装在户外，而且电流传感器的工作受环境因素影响较大，因此电流传感器所采集的电流信号未必真实反映电机的电流信号。为了排除环境因素对电动刀闸状态监测预警系统的影响，电动刀闸状态监测预警系统20内设有环境因素监测模块26，监测电流传感器工作时的环境因素，包括温度与湿度，如果判断温度与湿度不在合适的阈值范围内，则判断当次所采集的电流信号为不可以作为判断电动刀闸工作状态依据的数据，也就是放弃当次的状态检监测。

如环境因素监测模块26监测电动刀闸进行分合闸操作时环境因数在阈值范围内，则记录该次分合闸操作的电流数据，包括启动电流Iq、动作电流Id、一次操作时间T等，这些数据存储在历史数据库31内。

由于一个变电站内通常设有多个电动刀闸，为了便于对电动刀闸的管理，每一个电动刀闸均设有自己唯一的标识码，通常在电动刀闸上设有无线射频芯片，电动刀闸测试仪15内设有一个无线射频读写器，用于读取无线射频芯片所发出的信号。电动刀闸测试仪15采集电流传感器的电流信号时，首先读取电动刀闸的无线射频芯片的数据，也就是将电动刀闸的标识码读取，在将电流信号的数据上传至上位机18时，一并将电动刀闸的标识码上传。电动刀闸状态监测预警系统接收每一个电动刀闸的电机的电流数据时，还接收到该电动刀闸的识别码的数据，由此识别该数据来自哪一电动刀闸。

下面结合图4介绍变电站电动刀闸状态监测预警方法的流程。首先，通过电流传感器采集电动刀闸分合闸过程中的电机三相出线任一项的电流信号，即执行步骤S1。当然，也可以采集电机三相出线所有三相出线的电流信号。由于一个电流传感器只能针对一个电动刀闸的电机的电流信号进行采集，如变电站有多个电动刀闸，则需要使用多个电流传感器对多个电动刀闸进行电流信号采集操作。

然后，数据分析模块21执行步骤S2，对所采集的电流信号进行计算分析，即计算出该电动刀闸在当前的分合闸过程中的多个电流特征参数，包括启动电流Iq、动作电流Id、一次操作时间T等。同时，环境因素监测模块26执行步骤S3，通过设置在电动刀闸周边的环境传感器监测电动刀闸分合闸过程中的环境因素，包括温度、湿度等，并执行步骤S4，判断温度、湿度等环境参数是否在阈值范围内。例如，温度阈值为0℃至50℃之间，如温度高于50℃或者低于0℃，则判断当前的温度不在阈值范围内。又如，相对湿度阈值为30%至70%之间，如当前的相对湿度高于70%或者低于30%，则认为湿度不在阈值范围内，不记录当前采集的电流信号的数据。

如步骤S4中判断环境参数在阈值范围内，则执行步骤S5，历史监测模块23将该电动刀闸的电机的电流数据进行纵向对比，也就是判断该电动刀闸的电机的启动电流Iq、动作电流Id、一次操作时间T是否连续两次或以上高于上限阈值或者低于下限阈值，如是，表示该电动刀闸存在发生故障的风险，则执行步骤S7，发出减小的提示信息，以便于检修人员对电动刀闸进行检修。

如步骤S5中，历史监测模块23对比同一电动刀闸的电机的电流历史数据，判断该电动刀闸相对于其历史数据没有异常，还执行步骤S6，对比同类型的电动刀闸的其他电动刀闸的电流的数据，判断该电动刀闸的启动电流Iq、动作电流Id、一次操作时间T是否连续两次或以上高于其他电动刀闸的电机的电流数据的最高值或者低于其他电动刀闸的电机的电流数据的最小值，如是，表示该电动刀闸存在发生故障的风险，则执行步骤S7，发出检修的提示信息，以便于检修人员对电动刀闸进行检修，否则，表示该电动刀闸的机械传动机构正常，无需发出检修提示信息。

可见，变电站电动刀闸状态监测阈值系统通过计算分析电动刀闸的电机的多个电流参数的历史数据，并由此判断电动刀闸的趋势，根据该电动刀闸的趋势判断其是否存在发生故障的风险，一旦存在发生故障的风险即发出检修提示信息，以便于检修人员及时对电动刀闸进行检修，避免计划外停电。

此外，由于电动刀闸不单对单个电动刀闸的运行历史数据进行分析，还对同一类型的电动刀闸的其他电动刀闸的历史数据进行分析，从而更加精确地判断该电动刀闸是否存在发生故障的风险。并且，电动刀闸监测预警系统还对电动刀闸的环境因素进行监测，排除环境因素对所采集的电流信号的影响，避免电动刀闸监测预警系统的误判与误报，提高监测与预警的准确性，减少检修人员的工作量。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如所采集电流参数的改变、计算电流参数方法步骤的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.变电站电动刀闸状态监测预警系统，电动刀闸由电机控制分合闸，电流传感器采集所述电动刀闸在分合闸过程中所述电机的电流信号，其特征在于：该系统包括：

数据分析模块，根据所采集的电流信号计算一个所述电机在一次分合闸过程中的启动电流、动作电流以及操作时间的数据；

监测模块，根据所述电机多次分合闸过程的电流历史数据和/或同一类型的电动刀闸的多个电机的数据判断所述电动刀闸传动机构是否存在故障风险；

提示模块，在判断所述电动刀闸传动机构存在故障风险时，发出提示信号。

2.根据权利要求1所述的变电站电动刀闸状态监测预警系统，其特征在于：

所述监测模块包括历史监测模块，判断一个所述电机连续二次以上的分合闸过程的电流数据高于上限阈值或者低于下限阈值时，判断所述电动刀闸的传动机构存在故障风险。

3.根据权利要求1所述的变电站电动刀闸状态监测预警系统，其特征在于：

所述监测模块包括同类监测模块，判断一个所述电机的电流数据相对于同类型的多个电动刀闸的电机的电流数据，连续二次以上高于最大值或者低于最小值时，判断所述电动刀闸的传动机构存在故障风险。

4.根据权利要求1至3任一项所述的变电站电动刀闸状态监测预警系统，其特征在于：

所述系统还包括环境因素监测模块，判断所述电机的分合闸过程的环境因素不在环境阈值范围内时，不记录当次所采集的电流数据。

5.根据权利要求4所述的变电站电动刀闸状态监测预警系统，其特征在于：

所述环境因素包括温度和/或湿度。

6.变电站电动刀闸状态监测预警方法，电动刀闸由电机控制分合闸，其特征在于：该方法包括：

信号采集步骤，电流传感器采集所述电动刀闸在分合闸过程中所述电机的电流信号；

数据分析步骤，根据所采集的电流信号计算一个所述电机在一次分合闸过程中的启动电流、动作电流以及操作时间的数据；

监测步骤，根据所述电机多次分合闸过程的电流历史数据和/或同一类型的电动刀闸的多个电机的数据判断所述电动刀闸传动机构是否存在故障风险；

提示步骤，在判断所述电动刀闸传动机构存在故障风险时，发出提示信号。

7.根据权利要求6所述的变电站电动刀闸状态监测预警方法，其特征在于：

所述监测步骤包括历史监测步骤，判断一个所述电机连续二次以上的分合闸过程的电流数据高于上限阈值或者低于下限阈值时，判断所述电动刀闸的传动机构存在故障风险。

8.根据权利要求6所述的变电站电动刀闸状态监测预警方法，其特征在于：

所述监测步骤包括同类监测步骤，判断一个所述电机的电流数据相对于同类型的多个电动刀闸的电机的电流数据，连续二次以上高于最大值或低于最小值时，判断所述电动刀闸的传动机构存在故障风险。

9.根据权利要求6至8任一项所述的变电站电动刀闸状态监测预警方法，其特征在于：

还包括环境因素监测步骤，执行所述数据分析步骤后，判断所述电机的分合闸过程的环境因素不在环境阈值范围内时，不记录当次所采集的电流数据。

10.根据权利要求9所述的变电站电动刀闸状态监测预警方法，其特征在于：

所述环境因素包括温度和/或湿度。