CN106443433A - 基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统及监测方法，其特征是：系统组成包括：电流传感器、信号调理模块、信号提取模块和信号分析显示终端；利用电流传感器检测断路器分合闸线圈的电流信号，针对检测获得的正常工况断路器和被监测断路器的电流信号，计算出电流向量集合相似度，以此判断监测结果。本发明通过对断路器的机械状态进行识别，能及时发现断路器分合闸时的故障隐患、提高断路器及电力系统运行的可靠性和安全性。

Description

基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及断路器监测技术领域，尤其涉及一种基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统。

背景技术

断路器是电力系统中的重要设备，其可靠性关系到整个电网的运行稳定性，配网自动化程度的提高对断路器自身的可靠性提出了越来越高的要求。目前变电站设备的运行环境不容乐观，断路器分合闸故障时有发生，包括运行中的断路器在合闸状态时，合闸回路发生故障时不能及时预警、导致瞬时性故障发生时重合闸动作断路器合闸失败的情形；也有备用断路器在分闸状态时，分闸回路发生故障时不能及时预警、导致其投入系统运行时发出告警信号迫使运行中的断路器停电处理。对断路器综合监测和实时评估，是为确保断路器的正确动作，节约检修工具投资，提高现场检测效率，优化配电网设备状态管理模式和状态检修策略，符合智能电网关于对电气设备实施状态维修和状态评估的要求，具有较大的研究意义和应用前景。

传统方法中对于断路器的维护大都是采用预定规程进行定期检修，但定期检修的形式费时费力、带来不必要的停工等缺陷，危害断路器的工作可靠性，甚至在检修时引入新的故障。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统及监测方法，实现对断路器工作状态的高效、准确的判断。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统的特点是所述系统包括：

一电流传感器，其用于检测断路器分合闸线圈的电流信号；

一信号调理模块，其与所述电流传感器连接，用于接收所述电流传感器输出的电流信号，并对所述电流信号进行滤波和放大，并输出经调理的电流信号；

一信号提取模块，其与所述信号调理模块连接，用于接收所述信号调理模块传输的经调理的电流信号，并提取获得电流波形信号；

一信号分析显示终端，其与所述信号提取模块连接，用于接收所述信号提取模块传输的电流波形信号，分析并显示监测结果；

本发明基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统的特点也在于：所述信号调理模块包括一电流信号调理芯片，其与所述电流传感器连接，用于接收电流传感器输出的电流信号，并对所述电流信号进行滤波和放大。

本发明基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统的特点也在于：设置通信芯片，用于在所述信号提取模块和信号分析显示终端之间利用以太网进行通信。

本发明基于分合闸线圈电流的断路器状态监测方法的特点是按如下步骤进行：

步骤a：针对正常工况断路器和被监测断路器，分别利用电流传感器采集断路器分合闸控制回路的电流信号，对于所述电流信号经滤波和放大后提取获得电流波形信号；

步骤b：对于所述电流波形信号，以采样频率f进行采样，获得n个采样点；令所述电流波形信号的起始点O为坐标原点O(0,0)，自起始点O开始，对于n个采样点每间隔n₀个点选取一个特征点Tj；特征点Tj的个数k为：k＝round(n/n₀)；j＝1,2,...,k；

n₀＝round(f/1000)，round表示取整数运算；

步骤c：分别连接坐标原点O(0,0)与各特征点Tj，得到各特征向量，以所述各特征向量构成特征向量集，分别获得正常工况断路器的电流波形信号特征向量集X，以及被监测断路器的电流波形信号特征向量集Y；

其中，和为特征向量坐标；定义电流向量集合相似度d为：

若电流向量集合相似度d大于或等于0.9，判断为被监测断路器处于正常工况；

若电流向量集合相似度小于0.9，判断为被监测断路器可能发生故障。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、断路器在动作过程中蕴含着重要的状态信息，比如：断路器分合闸控制回路的电流信号包含了各种时间参量、机构动作参量、以及线圈电气参量等信息，本发明系统通过实时采集、分析和处理断路器分合闸控制回路的电流信号，对断路器的机械状态进行识别，能及时发现断路器分合闸时的故障隐患、提高断路器及电力系统运行的可靠性和安全性。

2、本发明监测方法中电流信号由断路器分合闸控制回路获取，对于断路器分合闸过程没有任何影响，可发展成为一种较准确、便捷、安全的断路器状态监测方法。

3、本发明监测方法中对于电流波形信号的全波形进行较为密集的特征点提取，从而使得特征向量集合能够更好地描述电流波形的变化情况。

4、本发明监测方法中定义电流向量集合相似度，能够充分考虑各个特征向量的差异情况，从而得到更为准确的对比结果。

5、本发明监测方法中计算获得的电流向量集合相似度为断路器状态检测提供了定量的判断依据，从而得到更为准确的得到断路器运行状态。

6、本发明监测系统结构简单，易于实施，并且便于操作人员及时发现断路器开断状态的异常，极大提高了断路器的运行可靠性和电力系统的安全稳定性。

附图说明

图1为本发明系统结构示意框图。

具体实施方式

参见图1，本实施例中基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统包括：

一电流传感器，是采用电流互感器，用于检测断路器分合闸线圈的电流信号。

一信号调理模块，其与电流传感器连接，包括一电流信号调理芯片，用于接收电流传感器输出的电流信号，并对电流信号进行滤波和放大，输出经调理的电流信号。

一信号提取模块，其与信号调理模块连接，用于接收信号调理模块传输的经调理的电流信号，并提取获得电流波形信号。

一信号分析显示终端，其与信号提取模块连接，用于接收信号提取模块传输的电流波形信号，分析并显示监测结果。

本实施例中设置通信芯片，用于在信号提取模块和信号分析显示终端之间利用以太网进行通信。

本实施例中基于分合闸线圈电流的断路器状态监测方法是按如下步骤进行：

步骤a：针对正常工况断路器和被监测断路器，分别利用电流传感器采集断路器分合闸控制回路的电流信号，对于所述电流信号经滤波和放大后提取获得电流波形信号。

步骤b：对于所述电流波形信号，以采样频率f进行采样，获得n个采样点；令所述电流波形信号的起始点O为坐标原点O(0,0)，自起始点O开始，对于n个采样点每间隔n₀个点选取一个特征点Tj。

特征点Tj的个数k为：k＝round(n/n₀)；j＝1,2,...,k；

n₀＝round(f/1000)，round表示取整数运算；

步骤c：分别连接坐标原点O(0,0)与各特征点Tj，得到各特征向量，以所述各特征向量构成特征向量集，分别获得正常工况断路器的电流波形信号特征向量集X，以及被监测断路器的电流波形信号特征向量集Y；

其中，和为特征向量坐标；定义电流向量集合相似度d为：

若电流向量集合相似度d大于或等于0.9，判断为被监测断路器处于正常工况；

若电流向量集合相似度小于0.9，判断为被监测断路器可能发生故障。

设定n个不小于1000，n₀不小于10。

Claims (4)

1.一种基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统，其特征在于，所述系统包括：

一电流传感器，其用于检测断路器分合闸线圈的电流信号；

一信号调理模块，其与所述电流传感器连接，用于接收所述电流传感器输出的电流信号，并对所述电流信号进行滤波和放大，并输出经调理的电流信号；

一信号提取模块，其与所述信号调理模块连接，用于接收所述信号调理模块传输的经调理的电流信号，并提取获得电流波形信号；

一信号分析显示终端，其与所述信号提取模块连接，用于接收所述信号提取模块传输的电流波形信号，分析并显示监测结果。

2.根据权利要求1所述的基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统，其特征在于，所述信号调理模块包括一电流信号调理芯片，其与所述电流传感器连接，用于接收电流传感器输出的电流信号，并对所述电流信号进行滤波和放大。

3.根据权利要求1所述的基于分合闸线圈电流的断路器状态监测系统，其特征在于，设置通信芯片，用于在所述信号提取模块和信号分析显示终端之间利用以太网进行通信。

4.一种基于分合闸线圈电流的断路器状态监测方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤a：针对正常工况断路器和被监测断路器，分别利用电流传感器采集断路器分合闸控制回路的电流信号，对于所述电流信号经滤波和放大后提取获得电流波形信号；

步骤b：对于所述电流波形信号，以采样频率f进行采样，获得n个采样点；令所述电流波形信号的起始点O为坐标原点O(0,0)，自起始点O开始，对于n个采样点每间隔n₀个点选取一个特征点Tj；特征点Tj的个数k为：k＝round(n/n₀)；j＝1,2,...,k；

n₀＝round(f/1000)，round表示取整数运算；

步骤c：分别连接坐标原点O(0,0)与各特征点Tj，得到各特征向量，以所述各特征向量构成特征向量集，分别获得正常工况断路器的电流波形信号特征向量集X，以及被监测断路器的电流波形信号特征向量集Y；

其中，和为特征向量坐标；定义电流向量集合相似度d为：

$d=1-\sqrt{\underset{j=1}{\overset{k}{\Σ}}{\left(\frac{\sqrt{{(x_j^1-x_j^0)}^2+{(y_j^1-y_j^0)}^2}}{|x_j^1-x_j^0|+|y_j^1-y_j^0|}\right)}^2}$

若电流向量集合相似度d大于或等于0.9，判断为被监测断路器处于正常工况；

若电流向量集合相似度小于0.9，判断为被监测断路器可能发生故障。