CN105277872B - 开关设备主电路电气连接异常的检测方法与装置 - Google Patents

开关设备主电路电气连接异常的检测方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种开关设备主电路电气连接异常的检测方法与装置，该检测方法包括：获取所述开关设备主电路中多个电气连接件的测量区域的多个温升值，所述多个温升值包括至少一个所述电气连接件的连接处的温升值；计算所述多个温升值的加权平均温度值；将所述多个温升值的每一个除以所述加权平均温度值得到相对应的所述电气连接件的测量区域的归一化温升值；将所述电气连接件的测量区域的归一化温升值的每一个与相对应的电气连接件的测量区域的归一化阈值进行比较。本发明的检测方法能够准确判断电气连接件的测量区域在任意电流下的电气连接是否异常。

Description

开关设备主电路电气连接异常的检测方法与装置
技术领域
本发明涉及电气连接的检测装置和检测方法，具体涉及一种开关设备主电路电气连接异常的检测方法与装置。
背景技术
开关设备是输电系统中的一种电气装置，能够在电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用。开关设备主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电气元件。随着开关设备使用时间的增加，开关设备主电路中的导电连接处(例如触头)会因为机械震动、磨损以及制造工艺缺陷导致其电阻增加，从而引起触头温度的升高甚至烧毁触头，有可能引发安全事故。
目前，国内外采用温度传感器检测开关设备主电路中触头的温度，当检测某一触头的温度超过阈值时即判断出该触头电气连接异常。由于开关设备主电路中的电流并不是恒定不变，因此在不同的电流下，主电路中触头的温度变化是不同的。图1是开关设备主电路的电气连接件在不同电流下的温升图，图1示出了电气连接件在电流为500A、1250A、1375A和1500A下的温升值，其中在同一电流下的第1～4个数据分别表示A相上母排连接处、A相上触头、A相下触头和A相下母排连接处的温升值，第5～8个数据分别表示B相上母排连接处、B相上触头、B相下触头和B相下母排连接处的温升值，第9～12个数据分别表示C相上母排连接处、C相上触头、C相下触头和C相下母排连接处的温升值。
从图1可以看出，同一电气连接件中的电流越大，温升值也越大。当开关设备主电路中的电流发生变化时，开关设备主电路中的电气连接件的温升值也发生变化，因此并不能准确地检测开关设备主电路是否存在电气连接异常，甚至造成误判断。为了准确判断电气连接是否异常，同一电气连接件在不同电流下应该具有相同判断值。
如果开关设备主电路中的某一个电气连接件发生了松动，当主电路的电流远低于额定电流时，该电气连接件的温升值低于在额定电流时的温升值，这种情况下并不能准确检测出该电气连接件的电气连接异常。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个实施例提供了一种开关设备主电路电气连接异常的检测方法，包括下列步骤：
获取所述开关设备主电路中多个电气连接件的测量区域的多个温升值，所述多个温升值包括至少一个所述电气连接件的连接处的温升值；
计算所述多个温升值的加权平均温度值；
将所述多个温升值的每一个除以所述加权平均温度值得到相对应的所述电气连接件的测量区域的归一化温升值；
将所述电气连接件的测量区域的归一化温升值的每一个与相对应的电气连接件的测量区域的归一化阈值进行比较。
优选的，所述电气连接件的测量区域的归一化阈值等于所述电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值及其容差之和，所述电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值等于所述电气连接件的测量区域的标准电阻值除以所述多个电气连接件的测量区域的标准电阻值的加权平均电阻值。
优选的，所述电气连接件的测量区域的标准电阻值是所述电气连接件电气连接正常时的电阻值。
优选的，所述容差为-20％～20％。
优选的，所述检测方法还包括获取所述开关设备的柜体的温升值，将所述柜体的温升值与相对应的柜体温度阈值进行比较。
优选的，所述开关设备主电路包括A相、B相和C相电路，所述多个电气连接件的测量区域包括A相上触头、A相下触头、B相上触头、B相下触头、C相上触头和C相下触头。
优选的，所述多个电气连接件的测量区域还包括A相上母排连接处、A相下母排连接处、B相上母排连接处、B相下母排连接处、C相上母排连接处和C相下母排连接处。
优选的，所述开关设备是金属封闭开关设备。
本发明的一个实施例还提供了一种开关设备主电路电气连接异常的检测装置，包括：
多个温度获取装置，用于获取所述开关设备主电路中多个电气连接件的测量区域的多个温升值，所述多个温升值包括至少一个所述电气连接件的连接处的温升值；
加权平均温度值计算装置，用于计算所述多个温升值的加权平均温度值；
归一化温升值计算装置，用于将所述多个温升值的每一个除以所述加权平均温度值得到相对应的所述电气连接件的测量区域的归一化温升值；
数据比较装置，用于将所述电气连接件的测量区域的归一化温升值的每一个与相对应的电气连接件的测量区域的归一化阈值进行比较。
优选的，所述电气连接件的测量区域的归一化阈值等于所述电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值及其容差之和，所述电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值等于所述电气连接件的测量区域的标准电阻值除以所述多个电气连接件的测量区域的标准电阻值的加权平均电阻值。
优选的，所述电气连接件的测量区域的标准电阻值是所述电气连接件电气连接正常时的电阻值。
优选的，所述容差为-20％～20％。
优选的，所述检测装置还包括：柜体温度获取装置，用于获取所述开关设备的柜体的温升值；以及柜体温度比较装置，用于将所述柜体的温升值与相对应的柜体温度阈值进行比较。
优选的，所述开关设备主电路包括A相、B相和C相电路，所述多个电气连接件的测量区域包括A相上触头、A相下触头、B相上触头、B相下触头、C相上触头和C相下触头。
优选的，所述多个电气连接件的测量区域还包括A相上母排连接处、A相下母排连接处、B相上母排连接处、B相下母排连接处、C相上母排连接处和C相下母排连接处。
优选的，所述开关设备是金属封闭开关设备。
本发明的检测方法能够准确检测出开关设备主电路的电气连接件的测量区域在任意电流下的电气连接是否异常，并能准确检测出电气连接异常的测量区域，检测方便、安全可靠。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是开关设备主电路的电气连接件在不同电流下的温升图。
图2是图1的归一化温度分布图。
图3是开关设备主电路电气连接异常的归一化温度分布图。
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，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。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。为了叙述方便，下文中的电气连接件的测量区域是指温度获取装置测量该电气连接件的温升值的区域。
电路中的热功率P由公式(1)表示如下：
P＝KfI2R (1)
其中Kf是损失系数，I是电路电流，R是电气连接件的测量区域的电阻。
电气连接件的测量区域的温升值τ由公式(2)表示如下：
τ＝P/KTA＝KfI2R/KTA (2)
其中KT是耗散系数，A是有效耗散面积。
假定在某一电流值下，N个温度探测器共测量了N个电气连接件的测量区域的温升值，则第i个电气连接件的测量区域的温升值τi＝KfI2Ri/KTA，在此通过N个电气连接件的测量区域的平均温度值对第i个电气连接件的测量区域的温升值进行归一化处理，第i个电气连接件的测量区域的归一化温升值τi’由公式(3)表示如下：
由于KfI2/KTA是常量，因此由公式(3)可以得到如下公式(4)：
其中是所测量的N个电气连接件的测量区域的平均电阻值，从公式(4)可知，第i个电气连接件的测量区域的归一化温升值τi’等于其归一化电阻值，即仅仅与测量区域的电阻值和所测量的N个电气连接件的测量区域的平均电阻有关，而与电路电流或负载没有关系。图2是图1的归一化温度分布图。从图2可以看出，在不考虑温度测量误差的情况下，同一电气连接件的测量区域的归一化温升值在不同电流下相等。
发明人基于上述结论，测量出厂合格(即电气连接正常)的开关设备主电路中多个电气连接件的测量区域的标准电阻值，计算多个电气连接件的测量区域的平均电阻值，将每一个电气连接件的测量区域的标准电阻值除以平均电阻值得到电气连接件的标准归一化电阻值，即得到每一个电气连接件的测量区域的标准归一化温升值。将电气连接件的标准归一化电阻值与其容差之和作为该电气连接件的测量区域的归一化阈值，在实际测试过程中，可以根据需要选择容差值，例如用电环境对开关设备主电路中电气连接要求不严格的情况下，可以选择较大的容差值，而用电环境对电气连接要求非常严格时选择较小的容差值。
在本发明的一个实施例中，开关设备主电路具有A相、B相和C相共三相电路，每一相电路中都具有上母排、下母排、上触头和下触头，采用12个温度传感器分别测量A、B、C三相的上母排连接处、下母排连接处、上触头和下触头共12个温升值，根据12个温升值的平均值得到平均温度值，将每一个温升值除以平均温度值得到每一个电气连接件的测量区域的归一化温升值，将每一个归一化温升值与对应的归一化阈值进行比较。如果A相上母排连接处电气连接异常，则A相上母排连接处的温升值将增加，从而A相上母排连接处的归一化温升值将增加，即大于标准归一化电阻值，通过设定一定的容差值，如果A相上母排连接处的归一化温升值大于其归一化阈值，则说明A相上母排连接处电气连接异常。该容差值可以是-20％～20％，容差值越大表示测试过程中能够容许的电气连接异常的程度越大，容差值越小表示测试过程中能够容许的电气连接异常的程度越小。
为了验证本发明测试方法的有效性，使得开关设备主电路中电流为1250A，并且人为使得出厂合格的开关设备的A相上母排连接处电气连接异常，得到开关设备中A、B、C三相的上母排连接处、下母排连接处、上触头和下触头共12个归一化温升值，并在图3中用小正方形表示，其中第一个小正方形对应的数据是A相上母排连接处的归一化温升值，图3中12个小圆圈组对应的数据分别是每一个电气连接件的测量区域的归一化阈值，12个小三角形对应的数据分别是每一个电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值。从图3可以看出A相上母排连接处的归一化温升值大于A相上母排连接处的归一化阈值，从而反应出A相上母排连接处电气连接异常。因此本发明的测试方法能够准确测试开关设备主电路的电气连接是否异常。
在本发明的其他实施例中，测试方法还包括测量开关设备的柜体的温升值，并将柜体的温升值与相对应的柜体温度阈值进行比较，柜体温度阈值等于开关设备主电路电气连接正常时柜体的温升值及其容差之和。为了方便、准确地检测主电路电气连接是否异常，可以对出厂合格的开关设备进行测试，获取与主电路电流值一一对应的柜体温度阈值，这样在实际的测试过程中，当柜体的温升值超过相对应的电流下的柜体温度阈值时，则判断出开关设备中主电路存在电气连接异常。
测量开关设备的柜体的温升值或开关设备的柜体内的环境温度可以避免电气连接异常的误判断。现举例说明如下：当主电路中电气连接件中的多个或全部测量区域电气连接异常时，电气连接异常的电气连接件的测量区域的归一化温升值可能保持不变，尤其是全部测量区域的温升值都以相同的倍数增加时，如果只将电气连接件的测量区域的归一化温升值与对应的归一化阈值进行比较会误判断出主电路电气连接全部正常。此时通过将柜体的温升值与对应电流下的柜体温度阈值进行比较，可以准确判断出主电路电气连接异常。
在本发明的其他实施例中，可以根据电气连接件的测量区域的重要性，从而对每一个电气连接件的测量区域的温升值和/或标准电阻值赋予一定的权重系数，根据设定的权重系数计算加权平均温度值和/或加权平均电阻值。本领域技术人员可知，上述检测方法中计算12个温升值的平均温度值和12个电气连接件的测量区域的平均电阻值只是加权系数相等的一种特例。本领域的技术人员可以根据实际检测要求选择不同的权重系数。
在本发明的其他实施例中，还可以采用6个温度传感器分别测量A、B、C三相的上触头和下触头共6个温升值，并计算归一化温升值，之后与对应的归一化阈值进行比较，从而判断A、B、C三相的上触头和下触头是否存在电气连接异常。在其他的实施例中，还可以测量并计算开关设备主电路中其他较易出现电气连接异常的电气连接件的归一化温升值，与对应的归一化阈值进行比较，从而判断该电气连接件是否电气连接异常。
本发明的检测方法可以检测现有的任意开关设备主电路电气连接是否异常，尤其是对金属封闭开关设备主电路电气连接异常进行检测。采用本发明的检测方法，当开关设备主电路中电流变化率较小(例如小于100安/秒)时，对主电路电气连接异常的检测会更加准确。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种开关设备主电路电气连接异常的检测装置，包括：
多个温度获取装置，用于获取所述开关设备主电路中多个电气连接件的测量区域的多个温升值，所述多个温升值包括至少一个所述电气连接件的连接处的温升值；
加权平均温度值计算装置，用于计算所述多个温升值的加权平均温度值；
归一化温升值计算装置，用于将所述多个温升值的每一个除以所述加权平均温度值得到相对应的所述电气连接件的测量区域的归一化温升值；
数据比较装置，用于将所述电气连接件的测量区域的归一化温升值的每一个与相对应的电气连接件的测量区域的归一化阈值进行比较。
可选地，所述电气连接件的测量区域的归一化阈值等于所述电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值及其容差之和，所述电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值等于所述电气连接件的测量区域的标准电阻值除以所述多个电气连接件的测量区域的标准电阻值的加权平均电阻值。
可选地，所述电气连接件的测量区域的标准电阻值是所述电气连接件电气连接正常时的电阻值。
可选地，所述检测装置还包括：柜体温度获取装置，用于获取所述开关设备的柜体的温升值；以及柜体温度比较装置，用于将所述柜体的温升值与相对应的柜体温度阈值进行比较。
可选地，所述开关设备主电路包括A相、B相和C相电路，所述多个电气连接件的测量区域包括A相上触头、A相下触头、B相上触头、B相下触头、C相上触头和C相下触头。可选地，所述多个电气连接件的测量区域还包括A相上母排连接处、A相下母排连接处、B相上母排连接处、B相下母排连接处、C相上母排连接处和C相下母排连接处。
本发明的温度获取装置可以采用现有技术中的温度传感器测量电气连接件的测量区域的温升值，所测量的数据可以采用无线通信传输，例如采用发射器和接收器来获取测量的温升值。加权平均温度值计算装置可以是能计算加权平均数的可编程逻辑器件。归一化温升值计算装置可以是具有其功能的可编程逻辑器件。数据比较装置可以是具有其功能的可编程逻辑器件，也可以是比较器。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (14)

1.一种开关设备主电路电气连接异常的检测方法，其特征在于，包括下列步骤：
获取所述开关设备主电路中多个电气连接件的测量区域的多个温升值，所述多个温升值包括至少一个所述电气连接件的连接处的温升值；
计算所述多个温升值的加权平均温度值；
将所述多个温升值的每一个除以所述加权平均温度值得到相对应的所述电气连接件的测量区域的归一化温升值；
将所述电气连接件的测量区域的归一化温升值的每一个与相对应的电气连接件的测量区域的归一化阈值进行比较；
所述电气连接件的测量区域的归一化阈值等于所述电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值及其容差之和。
2.根据权利要求1所述的开关设备主电路电气连接异常的检测方法，其特征在于，所述电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值等于所述电气连接件的测量区域的标准电阻值除以所述多个电气连接件的测量区域的标准电阻值的加权平均电阻值。
3.根据权利要求2所述的开关设备主电路电气连接异常的检测方法，其特征在于，所述电气连接件的测量区域的标准电阻值是所述电气连接件电气连接正常时的电阻值。
4.根据权利要求2所述的开关设备主电路电气连接异常的检测方法，其特征在于，所述容差为-20％～20％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的开关设备主电路电气连接异常的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括获取所述开关设备的柜体的温升值，将所述柜体的温升值与相对应的柜体温度阈值进行比较。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的开关设备主电路电气连接异常的检测方法，其特征在于，所述开关设备主电路包括A相、B相和C相电路，所述多个电气连接件的测量区域包括A相上触头、A相下触头、B相上触头、B相下触头、C相上触头和C相下触头。
7.根据权利要求6所述的开关设备主电路电气连接异常的检测方法，其特征在于，所述多个电气连接件的测量区域还包括A相上母排连接处、A相下母排连接处、B相上母排连接处、B相下母排连接处、C相上母排连接处和C相下母排连接处。
8.一种开关设备主电路电气连接异常的检测装置，其特征在于，包括：
多个温度获取装置，用于获取所述开关设备主电路中多个电气连接件的测量区域的多个温升值，所述多个温升值包括至少一个所述电气连接件的连接处的温升值；
加权平均温度值计算装置，用于计算所述多个温升值的加权平均温度值；
归一化温升值计算装置，用于将所述多个温升值的每一个除以所述加权平均温度值得到相对应的所述电气连接件的测量区域的归一化温升值；
数据比较装置，用于将所述电气连接件的测量区域的归一化温升值的每一个与相对应的电气连接件的测量区域的归一化阈值进行比较；
所述电气连接件的测量区域的归一化阈值等于所述电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值及其容差之和。
9.根据权利要求8所述的开关设备主电路电气连接异常的检测装置，其特征在于，所述电气连接件的测量区域的标准归一化电阻值等于所述电气连接件的测量区域的标准电阻值除以所述多个电气连接件的测量区域的标准电阻值的加权平均电阻值。
10.根据权利要求9所述的开关设备主电路电气连接异常的检测装置，其特征在于，所述电气连接件的测量区域的标准电阻值是所述电气连接件电气连接正常时的电阻值。
11.根据权利要求9所述的开关设备主电路电气连接异常的检测装置，其特征在于，所述容差为-20％～20％。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的开关设备主电路电气连接异常的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：
柜体温度获取装置，用于获取所述开关设备的柜体的温升值；以及
柜体温度比较装置，用于将所述柜体的温升值与相对应的柜体温度阈值进行比较。
13.根据权利要求8至10中任一项所述的开关设备主电路电气连接异常的检测装置，其特征在于，所述开关设备主电路包括A相、B相和C相电路，所述多个电气连接件的测量区域包括A相上触头、A相下触头、B相上触头、B相下触头、C相上触头和C相下触头。
14.根据权利要求13所述的开关设备主电路电气连接异常的检测装置，其特征在于，所述多个电气连接件的测量区域还包括A相上母排连接处、A相下母排连接处、B相上母排连接处、B相下母排连接处、C相上母排连接处和C相下母排连接处。
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