CN106950448B - 继电保护装置的寿命检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及继电保护装置的寿命检测装置及方法，所述继电保护装置的寿命检测装置以继电保护装置中影响寿命最大的电解电容作为剩余寿命检测估算的参考，将电解电容的温度、电压波纹以及上电次数作为主要的计算因子，能够准确地计算继电保护装置中电解电容的剩余寿命，从而估算获得继电保护装置的剩余寿命。本发明实施例提供的继电保护装置的寿命检测装置，在估算继电保护装置的剩余寿命时不会对电网运行造成任何影响，不会影响正常供电，同时方便操作人员判断何时更换继电保护装置中的部件。
Description
技术领域
本发明涉及领域电气信息技术领域，特别是涉及一种继电保护装置的寿命检测装置及方法。
背景技术
芯片化的继电保护装置是一种新型的继电保护装置，芯片化的继电保护装置是保证电网正常运行的关键设备，若其本身发生故障影响巨大。目前只能依赖传统的周期性检修来排除装置故障，这种方法有很多缺点：一是可能还没到检修周期，装置电源就换了，需要紧急停电维修，影响正常供电；二是对继电保护装置寿命有影响的部件会定期更换，有时把不需要更换的器件换掉了，既造成资源浪费也会引入新的故障点。总体来说，目前缺少对继电保护装置运行寿命的预判，还无法达到防患于未然的目的。
芯片化保护装置分为电源电路、CPU(Central Processing Unit，中央处理器)核心电路和端口辅助电路，大部分器件都是采用集成IC(Integrated Circuit，集成电路)芯片来实现，IC半导体器件和电阻、电感等器件的生命周期很长，影响装置寿命最关键的就是电源电路的电解电容，目前受技术的限制，电源电路上都会采用较大容量铝电解电容器件，所以只要估算出所用电解电容的寿命就能实时计算并预测装置寿命。
发明内容
基于此，有必要针对传统技术中的问题提供一种继电保护装置的寿命检测装置及方法，该继电保护装置的寿命检测装置能够估算出继电保护装置的剩余寿命。
本发明实施例提供的继电保护装置的寿命检测装置，包括：电源监视模块、时间测量模块、数据处理模块和存储模块，其中，
所述电源监视模块包括测温模块和电压测量模块，其中，所述测温模块设置在所述继电保护装置中每组电解电容附近，所述电压测量模块与所述继电保护装置的电压输出端相连；
所述时间测量模块用于产生时间信息，所述时间信息包括当前时间；
所述存储模块用于存储继电保护装置的电气信息和寿命信息，所述电气信息包括所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹，所述寿命信息包括检测时间以及继电保护装置的剩余寿命；
所述数据处理模块包括CPU主控芯片，所述CPU主控芯片分别与所述测温模块的输出端、电压测量模块的输出端、时间测量模块的输出端以及存储模块相连；
所述CPU主控芯片用于获取测温模块输出的所述电解电容的温度以及电压测量模块输出的所述继电保护装置的电压波纹，根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命，读取所述时间测量模块产生的当前时间，将该当前时间作为检测时间，将所述剩余寿命和所述检测时间写入所述存储模块中。
本发明实施例提供的继电保护装置的寿命检测装置以继电保护装置中影响寿命最大的电解电容作为剩余寿命检测估算的参考，将电解电容的温度、电压波纹以及上电次数作为主要的计算因子，能够准确地计算继电保护装置中电解电容的剩余寿命，从而估算获得继电保护装置的剩余寿命。本发明实施例提供的继电保护装置的寿命检测装置，在估算继电保护装置的剩余寿命时不会对电网运行造成任何影响，不会影响正常供电，同时方便操作人员判断何时更换继电保护装置中的部件。
在一个实施例中，所述CPU主控芯片还用于在所述继电保护装置断电复位后，从存储模块中读取上一时间保存的寿命信息，如果上一时间保存的检测时间与当前时间的时间差大于预设时间，则根据上一时间保存的剩余寿命和所述时间差的差值确定当前时间所述继电保护装置的剩余寿命，将当前时间作为检测时间，与当前时间所述继电保护装置的剩余寿命一并写入所述存储模块中。
在一个实施例中，还包括通信模块，所述通信模块与所述CPU主控芯片相连；所述CPU主控芯片还用于将所述剩余寿命和所述检测时间通过所述通信模块发送至操作人员终端或显示终端。
在一个实施例中，所述CPU主控芯片还用于，在根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命时，读取继电保护装置的上电次数，根据上电次数与所述电解电容的充放电时间常数获得上电寿命损耗；利用所述电解电容的温度以及继电保护装置的电压波纹计算所述电解电容的运行寿命损耗；根据所述电解电容的预期寿命与寿命损耗总和的差值确定所述电解电容的剩余寿命，获得所述继电保护装置的剩余寿命，所述预期寿命为所述电解电容在常温下的使用寿命，所述寿命损耗总和等于所述上电寿命损耗与预设第一修正因子的积加上所述运行寿命损耗与预设第二修正因子的积。
在一个实施例中，所述测温模块包括硅温度传感器，所述硅温度传感器表贴安装在每组电解电容对角线上。
在一个实施例中，所述电源监视模块还包括变压模块、端口防护模块，所述变压模块用于将外部输入的电压转换为所述寿命检测装置的额定工作电压，所述端口防护模块用于为所述寿命检测装置提供EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)防护。
在一个实施例中，所述时间测量模块包括：晶振和RTC(Real-Time Clock，实时时钟)芯片，所述晶振与所述RTC芯片相连。
相应地，本发明还提供一种继电保护装置的寿命检测方法，包括步骤：
获取继电保护装置中电解电容的温度以及所述继电保护装置输出的电压波纹；
根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命；
将该当前时间作为检测时间，将所述剩余寿命和所述检测时间写入所述存储模块中。
本发明提供的继电保护装置的寿命检测方法以继电保护装置中影响寿命最大的电解电容作为剩余寿命检测估算的参考，将电解电容的温度、电压波纹以及上电次数作为主要的计算因子，能够准确地计算继电保护装置中电解电容的剩余寿命，从而估算获得继电保护装置的剩余寿命。本发明提供的继电保护装置的寿命检测方法，在实施时不会对电网运行造成任何影响，不会影响正常供电，同时方便操作人员判断何时更换继电保护装置中的部件。
本发明实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实施方式的实践了解到。
附图说明
图1为本发明一种继电保护装置的寿命检测装置实施例结构框图之一；
图2为本发明一种继电保护装置的寿命检测装置实施例结构框图之二；
图3为本发明一种继电保护装置的寿命检测装置实施例结构框图之三；
图4为本发明一种继电保护装置的寿命检测装置实施例结构框图之四；
图5为本发明一种继电保护装置的寿命检测装置实施例结构框图之五；
图6为本发明一种继电保护装置的寿命检测方法实施例流程示意图之一；
图7为本发明一种继电保护装置的寿命检测方法实施例流程示意图之二；
图8为本发明一种继电保护装置的寿命检测方法实施例流程示意图之三；
图9为本发明一种继电保护装置的寿命检测方法较佳实施例流程示意图。
具体实施方式
下面将结合较佳实施例及附图对本发明的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解的是，尽管在下文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种结构或模块，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的结构或模块彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”模块也可以被称为“第二”模块，类似的，“第二”模块也可以被称为“第一”模块。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
请参阅图1，图1是本发明的一种继电保护装置的寿命检测装置实施例结构框图之一。本发明实施例提供的一种继电保护装置的寿命检测装置，包括：电源监视模块110、时间测量模块140、数据处理模块和存储模块160，所述数据处理模块分别与所述电源监视模块110、时间测量模块140以及存储模块160相连。
所述电源监视模块110包括测温模块120和电压测量模块130，该测温模块120设置在所述继电保护装置中每组电解电容附近，用于测量获得继电保护装置中电解电容的温度。所述电压测量模块130设置在所述继电保护装置的电压输出端上，与所述继电保护装置的电压输出端相连，用于测量整个继电器保护装置输出电压的电压波纹。
所述时间测量模块140用于产生时间信息，所述时间信息包括当前时间例如产生年、月、日、时、分、秒等时间信息。
所述存储模块160用于存储继电保护装置的电气信息和寿命信息，例如，所述电气信息可以包括所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹；所述寿命信息包括检测时间以及继电保护装置的剩余寿命。除此之外，所述存储模块160还可以存储继电保护装置的配置、上电次数、断电时长、已使用寿命等信息，具体可以根据实际需要选择。所述存储模块160可以包括EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)芯片。
所述数据处理模块包括CPU主控芯片150，该CPU主控芯片150分别与所述测温模块120的输出端、电压测量模块130的输出端、时间测量模块140的输出端以及存储模块160相连；
所述CPU主控芯片150用于获取测温模块120输出的所述电解电容的温度以及电压测量模块130输出的所述继电保护装置的电压波纹，根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命，读取所述时间测量模块140产生的当前时间，将该当前时间作为检测时间，将所述剩余寿命和所述检测时间写入所述存储模块160中。
继电保护装置，特别是芯片化继电保护装置，大部分器件都是采用集成IC芯片来实现，IC半导体器件和电阻、电感等器件的生命周期很长，影响继电保护装置寿命最关键的就是其中的电解电容，本发明实施例通过计算出所用电解电容的剩余寿命，从而估算继电保护装置寿命。
CPU主控芯片105可以通过对测温模块120的采样以获取电解电容的温度，通过对电压测量模块130的采样以获取电压测量模块130输出的所述继电保护装置的电压波纹。同时，还以定时地或者周期性地采样获得测温模块120输出的电解电容的温度以及电压测量模块130输出的所述继电保护装置的电压波纹。还可以根据电解电容的温度变化情况确定采样时间。
在继电保护装置中，电解电容的寿命是影响继电保护装置整体寿命是最为重要的因素，本步骤根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹利用预设的算法计算所述电解电容的剩余寿命，并将此剩余寿命作为所述继电保护装置的剩余寿命，从而估算获得继电保护装置的剩余寿命。
首先，CPU主控芯片150可以读取存储在存储模块160中的继电保护装置的上电次数以及电解电容的充放电时间常数，根据上电次数与所述电解电容的充放电时间常数获得上电寿命损耗。
然后，CPU主控芯片150可以利用采样获得的电解电容的温度以及继电保护装置的电压波纹计算所述电解电容的运行寿命损耗。
最后，CPU主控芯片150可以将所述电解电容的预期寿命减去上电寿命损耗以及运行寿命损耗获得所述电解电容的剩余寿命，即所述继电保护装置的剩余寿命。所述预期寿命可以是所述电解电容在常温下的使用寿命。
进一步地，本发明实施例可以周期性地计算所述继电保护装置的剩余寿命，也可以根据所述电解电容的温度变化调整计算的时间。
例如，在计算所述继电保护装置的剩余寿命之前先监测所述电解电容的温度。当电解电容的温度突变时，则立即根据采样获得的电解电容的温度以及继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命；在电解电容的温度变化平缓时，则可以判断当前时间距离上一次监测时间的间隔是否超过计算周期，如果超过则计算所述继电保护装置的剩余寿命，也就是说，在电解电容的温度变化平缓时，可以周期性地计算所述继电保护装置的剩余寿命，如每小时计算一次或每半小时计算一次。
在完成继电保护装置的剩余寿命计算后，读取时间测量电路所生成的当前时间，以当前时间作为检测时间。检测时间与所述剩余寿命一起写入存储模块160中。
本发明实施例提供的继电保护装置的寿命检测装置以继电保护装置中影响寿命最大的电解电容作为剩余寿命检测估算的参考，将电解电容的温度、电压波纹以及上电次数作为主要的计算因子，能够准确地计算继电保护装置中电解电容的剩余寿命，从而估算获得继电保护装置的剩余寿命。本发明实施例提供的继电保护装置的寿命检测装置，在估算继电保护装置的剩余寿命时不会对电网运行造成任何影响，不会影响正常供电，同时方便操作人员判断何时更换继电保护装置中的部件。
在一个实施例中，所述CPU主控芯片150还可以进一步用于，在所述继电保护装置断电复位后，从存储模块160中读取上一时间保存的寿命信息，如果上一时间保存的检测时间与当前时间的时间差大于预设时间，则根据上一时间保存的剩余寿命和所述时间差的差值确定当前时间所述继电保护装置的剩余寿命，将当前时间作为检测时间，与当前时间所述继电保护装置的剩余寿命一并写入所述存储模块160中。
所述CPU主控芯片150可以通过时间测量模块140采集继电保护装置上电时间和断电时间，在所述继电保护装置上电后，所述CPU主控芯片150判断所述几点保护装置是断电重启还是软复位，所述软复位指CPU主控芯片150在程序的控制下从程序的起点开始运行的情况。如果是断电复位，则将上电次数加1。然后读取存储模块160中上一时间保存的寿命信息，即上一个检测时间所保存的检测时间以及继电器保护装置的剩余寿命。如果上一个检测时间所保存的检测时间与当前时间相比大于预设时间，所述预设时间可以根据用户实际需要设定，优选为1小时，则意味着所述继电保护装置断电时间过长，此时根据上一时间保存的剩余寿命和所述时间差的差值确定当前时间所述继电保护装置的剩余寿命。具体地，可以将上一时间保存的剩余寿命减去所述时间差获得当前时间所述继电保护装置的剩余寿命；也可以将上一时间保存的剩余寿命减去所述时间差乘以预设的影响因子的乘积获得当前时间所述继电保护装置的剩余寿命；还可以将上一时间保存的剩余寿命减去所述时间差后再加上一个预设的影响因子。所述预设的影响因子可以根据用户实际需要设定
例如，上一时间保存的寿命信息为：检测时间2017年3月25日12时0分0秒，继电保护装置剩余寿命3000小时。假设所述预设时间为1小时。所述继电保护装置在2017年3月25日14时0分0秒断电复位，则当前时间继电保护装置的剩余寿命为2998小时。
在一个实施例中，所述CPU主控芯片150还用于在根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命时，读取继电保护装置的上电次数，根据上电次数与所述电解电容的充放电时间常数获得上电寿命损耗；利用所述电解电容的温度以及继电保护装置的电压波纹计算所述电解电容的运行寿命损耗；根据所述电解电容的预期寿命与寿命损耗总和的差值确定所述电解电容的剩余寿命，获得所述继电保护装置的剩余寿命，所述预期寿命为所述电解电容在常温下的使用寿命，所述寿命损耗总和等于所述上电寿命损耗与预设第一修正因子的积加上所述运行寿命损耗与预设第二修正因子的积。
每一次继电保护装置上电，其中的电解电容都会进行一次充电和放电。所述CPU主控芯片150读取继电保护装置的充放电时间常数δ，所述上电寿命损耗与上电次数成正比，本发明实施例中将所述充放电时间常数δ与所述上电次数相乘获得上电寿命损耗。在获得电解电容的温度和继电保护装置的电压波纹后，所述CPU主控芯片150可以从存储模块160中读取电解电容在常温下的电容寿命，利用预设的时间积分算法计算述电解电容的运行寿命损耗。所述时间积分算法可以是Lr×∫dt/(LO×2(To-Tx)/10×2-(Ux/Uo))，其中，Lr为所述电解电容在常温下的电容寿命，即所述电解电容的预期寿命，Lo为所述电解电容工作温度上限时的电容寿命，To为所述电解电容的上限温度，Tx为所述测温模块120输出的电解电容的温度，Uo为所述继电保护装置在工作温度上限时的纹波电压，Ux为电压测量模块130输出的继电保护装置的电压波纹。最后，所述CPU主控芯片150读取所述电解电容在常温下的电容寿命，即所述电解电容的预期寿命，将所述上电寿命损耗与预设第一修正因子的积加上所述运行寿命损耗与预设第二修正因子的积得到寿命损耗总和，根据所述电解电容的预期寿命与寿命损耗总和的差值确定所述电解电容的剩余寿命。优选地，所述第一修正因子和第二修正因子为1。因此，可以将所述电解电容的预期寿命减去上电寿命损耗以及运行寿命损耗获得所述电解电容的剩余寿命，即可获得所述继电保护装置的剩余寿命。
总的来说，所述CPU主控芯片150利用以下算法计算所述继电保护装置的剩余寿命：
Ls＝Lr(1-∫dt/(Lo×2(To-Tx)/10×2-(Ux/Uo)))-δ*F。
其中，Ls为所述继电保护装置的剩余寿命；Lr为所述电解电容在常温下的电容寿命；Lo为所述电解电容工作温度上限时的电容寿命；To为所述电解电容的上限温度；Tx为所述测温模块120输出的电解电容的温度；Uo为所述继电保护装置在工作温度上限时的纹波电压，Ux为电压测量模块130输出的继电保护装置的电压波纹，δ为充放电时间常数F为上电次数。Uo和Ux通常情况下数值差别很小，能够近似相等。
对于某种系列的电解电容，Lr、To、δ为定值，例如对于Nichicon的UCS系列长寿命电容，To为105度、Lr为320000小时、δ为0.64。
请参阅图2，图2是本发明的一种继电保护装置的寿命检测装置实施例结构框图之二。在一个实施例中，所述的继电保护装置的寿命检测装置，还可以包括通信模块210，所述通信模块210与所述CPU主控芯片150相连。所述CPU主控芯片150还用于将所述剩余寿命和所述检测时间通过所述通信模块210发送至操作人员终端或显示终端。
例如所述通信模块210可以是以太网接口、无线网卡、GSM通信模块210等，可以利用以太网或者移动通信网络将继电保护装置的剩余寿命和检测时间发送给操作人员使用的终端，例如，将剩余寿命和检测时间发送至操作人员的邮箱、通过短信发送至手机或者其他手持装置中，还可以将剩余寿命和检测时间发送至后台服务器中，由后台服务器发送至操作人员的显示终端中。
本发明实施例能够将继电保护装置剩余寿命发送给操作人员，方便操作人员将即将有可能出现故障的部件更换，减少器件浪费。
请参阅图3，图3是本发明的一种继电保护装置的寿命检测装置实施例结构框图之三。在一个实施例中，所述测温模块120包括硅温度传感器310，所述硅温度传感器310表贴安装在每组电解电容对角线上。在实施过程中，继电保护装置中每组电解电容周围设置至少2个硅温度传感器310，所述硅温度传感器310表贴设置在电解电容对角线上，测温模块120输出的温度可以是硅温度传感器310所测出的温度值的算是平均值。
本发明实施例中硅温度传感器310有三个接头，一个接电源，一个悬空，一个通过阻容网络接地，这样传出的信号为单端电压信号，方便所述CPU主控芯片150采样。在每组电解电容的对角线位置上表贴安装2个硅温度传感器310，能够尽可能地增加电解电容温度测量的准确性。
请参阅图4，图4是本发明的一种继电保护装置的寿命检测装置实施例结构框图之四。在一个实施例中，所述电源监视模块110还可以进一步包括变压模块410、端口防护模块420。
所述变压模块410用于将外部输入的电压转换为所述寿命检测装置的额定工作电压，例如，将外部输入的220V交流电压转换为所述寿命检测装置使用的5V直流的额定电压。所述变压模块410可以包括电桥、PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制器、功率开关管、变压器以及反馈电路，本领域技术人员可以参考现有技术组装变压模块410，本发明实施例不再赘述。
所述端口防护模块420用于为所述寿命检测装置提供EMC防护，降低所述寿命检测装置受到静电、电压瞬变、电压浪涌以及震荡波的影响。
请参阅图5，图5是本发明的一种继电保护装置的寿命检测装置实施例结构框图之五。在一个实施例中，所述时间测量模块140包括：晶振510和RTC芯片，所述晶振510与所述RTC芯片520相连，为所述RTC芯片520提供振荡源。进一步地，所述晶振510优选采用无源晶体，优选振荡频率为32.768kHz。
进一步地，所述时间测量模块140还可以包括电池，当所述寿命检测装置断电时可以使用电池为所述RTC芯片520供电。本发明实施例能够保证时间测量模块140在断电情况下依然能够生产时间信息。
请参阅图6，本发明实施例还提供一种继电保护装置的寿命检测方法，包括步骤：
S101：获取继电保护装置中电解电容的温度以及所述继电保护装置输出的电压波纹；
本发明实施例可以获取测温模块输出的电解电容的温度以及电压测量模块输出的所述继电保护装置的电压波纹，其中所述电解电容位于所述继电保护装置中；
所述测温模块设置在所述电解电容附近，能够检测所述电解电容的温度。所述电压测量模块设置在所述继电保护装置的输出端，能够检测所述继电保护装置输出电压的电压波纹。
通过对测温模块的采样以获取电解电容的温度，通过对电压测量模块的采样以获取电压测量模块输出的所述继电保护装置的电压波纹
本发明实施例可以定时地或者周期性地采样获得测温模块输出的电解电容的温度以及电压测量模块输出的所述继电保护装置的电压波纹。还可以根据电解电容的温度变化情况确定采样时间。
S102：根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命；
在继电保护装置中，电解电容的寿命是影响继电保护装置整体寿命是最为重要的因素，本步骤根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹利用预设的算法计算所述电解电容的剩余寿命，并将此剩余寿命作为所述继电保护装置的剩余寿命，从而估算获得继电保护装置的剩余寿命。
首先，可以读取继电保护装置的上电次数，根据上电次数与所述电解电容的充放电时间常数获得上电寿命损耗。
然后，可以利用从S101中采样获得的电解电容的温度以及继电保护装置的电压波纹计算所述电解电容的运行寿命损耗。
最后，可以将所述电解电容的预期寿命减去上电寿命损耗以及运行寿命损耗获得所述电解电容的剩余寿命，即所述继电保护装置的剩余寿命。所述预期寿命可以是所述电解电容在常温下的使用寿命。
进一步地，本发明实施例可以周期性地计算所述继电保护装置的剩余寿命，也可以根据所述电解电容的温度变化调整计算的时间。
例如，在计算所述继电保护装置的剩余寿命之前先监测所述电解电容的温度。当电解电容的温度突变时，则立即根据采样获得的电解电容的温度以及继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命；在电解电容的温度变化平缓时，则可以判断当前时间距离上一次监测时间的间隔是否超过计算周期，如果超过则计算所述继电保护装置的剩余寿命，也就是说，在电解电容的温度变化平缓时，可以周期性地计算所述继电保护装置的剩余寿命，如每小时计算一次或每半小时计算一次。
S103：将该当前时间作为检测时间，将所述剩余寿命和所述检测时间写入所述存储模块中。
在完成继电保护装置的剩余寿命计算后，读取时间测量电路所生成的当前时间，以当前时间作为检测时间。检测时间与所述剩余寿命一起写入存储模块中。本发明实施例中，还可以将S101获得的电解电容的温度以及电继电保护装置的电压波纹一并写入存储模块中。所述存储模块可以包括EEPROM芯片。
本发明实施例提供的继电保护装置的寿命检测方法以继电保护装置中影响寿命最大的电解电容作为剩余寿命检测估算的参考，将电解电容的温度、电压波纹以及上电次数作为主要的计算因子，能够准确地计算继电保护装置中电解电容的剩余寿命，从而估算获得继电保护装置的剩余寿命。本发明实施例提供的继电保护装置的寿命检测方法，在实施时不会对电网运行造成任何影响，不会影响正常供电，同时方便操作人员判断何时更换继电保护装置中的部件。
请参阅图7，图7为本发明一种继电保护装置的寿命检测方法实施例流程示意图之二。本发明实施例的继电保护装置的寿命检测方法，还可以进一步包括步骤：
S201：在所述继电保护装置断电复位后，更新继电保护装置的上电次数，读取上一时间保存的寿命信息；
在继电保护装置上电后，判断所述继电保护装置是断电重启还是软件复位，若为断电重启，此时更新继电保护装置的上电次数，即将所保存的所述上电次数加1，然后读取写入在存储模块中的上一时间所保存的寿命信息，该寿命信息至少包括所述检测时间和所述剩余寿命。
例如：继电保护装置在14时0分0秒上电，经过判断，为所述继电保护装置断电复位，原先存储的继电保护装置的上电次数为10，经过本次断电复位后，继电保护装置的上电次数更新为11。
S202：如果上一时间保存的检测时间与当前时间的时间差大于预设时间，则根据上一时间保存的剩余寿命和所述时间差的差值确定当前时间所述继电保护装置的剩余寿命，将当前时间作为检测时间，与当前时间所述继电保护装置的剩余寿命一并写入所述存储模块中。
计算上一时间所保存的检测时间于当前时间的时间差，即上一次计算继电保护装置的剩余寿命的时间与当前时间的时间间隔，如果所述时间差大于预设时间，则说明所述继电保护装置断电时间比较长，此时根据上一时间保存的剩余寿命和所述时间差的差值确定当前时间所述继电保护装置的剩余寿命。具体地，可以将上一时间保存的剩余寿命减去所述时间差获得当前时间所述继电保护装置的剩余寿命；也可以将上一时间保存的剩余寿命减去所述时间差乘以预设的影响因子的乘积获得当前时间所述继电保护装置的剩余寿命；还可以将上一时间保存的剩余寿命减去所述时间差后再加上一个预设的影响因子。所述预设的影响因子可以根据用户实际需要设定。
然后，读取时间测量模块所生成的当前时间，将当前时间作为检测时间与当前时间所述继电保护装置的剩余寿命一并写入所述存储模块中。
例如，上一时间保存的寿命信息为：检测时间2017年3月25日12时0分0秒，继电保护装置剩余寿命3000小时。假设所述预设时间为1小时。所述继电保护装置在2017年3月25日14时0分0秒断电复位，则当前时间继电保护装置的剩余寿命为2998小时。
本发明实施例考虑到了断电复位对于继电保护装置的剩余寿命的影响，进一步地提高估算继电保护装置的剩余寿命的准确性。
请参阅图8，图8为本发明一种继电保护装置的寿命检测方法实施例流程示意图之三在一个实施例中，所述S102，可以包括：
S301：读取继电保护装置的上电次数，根据上电次数与所述电解电容的充放电时间常数获得上电寿命损耗。
本发明实施例中，上电次数为继电保护装置第一次上电加断电重启的次数总和。每一次继电保护装置上电，其中的电解电容都会进行一次充电和放电。读取继电保护装置的充放电时间常数δ，所述上电寿命损耗与上电次数成正比，本发明实施例中将所述充放电时间常数δ与所述上电次数相乘获得上电寿命损耗。
S302：利用所述电解电容的温度以及继电保护装置的电压波纹计算所述电解电容的运行寿命损耗。
电解电容的温度能够影响电解电容的老化速度，同时，电解电容在出厂后，不论使用还是不使用都会随着时间的推移而逐渐老化。本发明实施例在获得电解电容的温度和继电保护装置的电压波纹后，读取电解电容在常温下的电容寿命，利用预设的时间积分算法计算述电解电容的运行寿命损耗。
所述时间积分算法可以是Lr×∫dt/(LO×2(To-Tx)/10×2-(Ux/Uo))，其中，Lr为所述电解电容在常温下的电容寿命，即所述电解电容的预期寿命，Lo为所述电解电容工作温度上限时的电容寿命，To为所述电解电容的上限温度，Tx为所述测温模块输出的电解电容的温度，Uo为所述继电保护装置在工作温度上限时的纹波电压，Ux为电压测量模块输出的继电保护装置的电压波纹。
S303：将所述电解电容的预期寿命与寿命损耗总和的差值确定所述电解电容的剩余寿命，获得所述继电保护装置的剩余寿命。
所述预期寿命为所述电解电容在常温下的使用寿命，所述寿命损耗总和等于所述上电寿命损耗与预设第一修正因子的积加上所述运行寿命损耗与预设第二修正因子的积。
最后，读取所述电解电容在常温下的电容寿命，即所述电解电容的预期寿命，将所述上电寿命损耗与预设第一修正因子的积加上所述运行寿命损耗与预设第二修正因子的积得到寿命损耗总和，根据所述电解电容的预期寿命与寿命损耗总和的差值确定所述电解电容的剩余寿命。优选地，所述第一修正因子和第二修正因子为1。因此，可以将所述电解电容的预期寿命减去上电寿命损耗以及运行寿命损耗获得所述电解电容的剩余寿命，即可获得所述继电保护装置的剩余寿命。综合来看，利用以下算法计算所述继电保护装置的剩余寿命：
Ls＝Lr(1-∫dt/(Lo×2(To-Tx)/10×2-(Ux/Uo)))-δ*F，其中，所述Ls为所述继电保护装置的剩余寿命，Lr为，Lo为所述电解电容工作温度上限时的电容寿命，To为所述电解电容的上限温度，Tx为所述测温模块输出的电解电容的温度，Uo为所述继电保护装置在工作温度上限时的纹波电压，Ux为电压测量模块输出的继电保护装置的电压波纹，δ为充放电时间常数F为所述继电保护装置的上电次数。
本发明实施例考虑到了断电复位、电解电容的温度、继电保护装置的电压波纹对于继电保护装置的剩余寿命的影响，进一步地提高估算继电保护装置的剩余寿命的准确性。
请参阅图9，图9为本发明一种继电保护装置的寿命检测方法较佳实施例流程示意图。在本发明较佳实施例中，继电保护装置的寿命检测方法，可以包括步骤：
S201：在所述继电保护装置断电复位后，更新继电保护装置的上电次数，读取上一时间保存的寿命信息
S202：如果上一时间保存的检测时间与当前时间的时间差大于预设时间，则将上一时间保存的剩余寿命减去所述时间差获得当前时间所述继电保护装置的剩余寿命，将当前时间作为检测时间与当前时间所述继电保护装置的剩余寿命一并写入所述存储模块中
S101：获取继电保护装置中电解电容的温度以及所述继电保护装置输出的电压波纹；
S401：判断所述电解电容的温度是否突变，若是则跳转至S120，若否则跳转至S402；
S402：判断当前时间是否达到计算周期，若是则跳转至S120，若否则跳转至S101；例如，上一时间保存的检验时间为14点0分0秒，当前时间为15点0分0秒，假设计算周期为一小时，则当前时间达到计算周期。
S102：根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命；
S103：将该当前时间作为检测时间，将所述剩余寿命和所述检测时间写入所述存储模块中。
以上步骤执行过程与前述介绍相同，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种继电保护装置的寿命检测装置，其特征在于，包括：电源监视模块、时间测量模块、数据处理模块和存储模块，其中，
所述电源监视模块包括测温模块和电压测量模块，其中，所述测温模块设置在所述继电保护装置中每组电解电容附近，所述电压测量模块与所述继电保护装置的电压输出端相连；
所述时间测量模块用于产生时间信息，所述时间信息包括当前时间；
所述存储模块用于存储继电保护装置的电气信息和寿命信息，所述电气信息包括所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹，所述寿命信息包括检测时间以及继电保护装置的剩余寿命；
所述数据处理模块包括CPU主控芯片，所述CPU主控芯片分别与所述测温模块的输出端、电压测量模块的输出端、时间测量模块的输出端以及存储模块相连；
所述CPU主控芯片用于获取测温模块输出的所述电解电容的温度以及电压测量模块输出的所述继电保护装置的电压波纹，根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命，读取所述时间测量模块产生的当前时间，将该当前时间作为检测时间，将所述剩余寿命和所述检测时间写入所述存储模块中；
所述CPU主控芯片还用于：
在根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命时，读取继电保护装置的上电次数，根据上电次数与所述电解电容的充放电时间常数获得上电寿命损耗；利用所述电解电容的温度以及继电保护装置的电压波纹计算所述电解电容的运行寿命损耗；根据所述电解电容的预期寿命与寿命损耗总和的差值确定所述电解电容的剩余寿命，获得所述继电保护装置的剩余寿命，所述预期寿命为所述电解电容在常温下的使用寿命，所述寿命损耗总和等于所述上电寿命损耗与预设第一修正因子的积加上所述运行寿命损耗与预设第二修正因子的积。
2.根据权利要求1所述的继电保护装置的寿命检测装置，其特征在于，所述CPU主控芯片还用于在所述继电保护装置断电复位后，从存储模块中读取上一时间保存的寿命信息，如果上一时间保存的检测时间与当前时间的时间差大于预设时间，则根据上一时间保存的剩余寿命和所述时间差的差值确定当前时间所述继电保护装置的剩余寿命，将当前时间作为检测时间，与当前时间所述继电保护装置的剩余寿命一并写入所述存储模块中。
3.根据权利要求1所述的继电保护装置的寿命检测装置，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块与所述CPU主控芯片相连；
所述CPU主控芯片还用于将所述剩余寿命和所述检测时间通过所述通信模块发送至操作人员终端或显示终端。
4.根据权利要求1至3任一所述的继电保护装置的寿命检测装置，其特征在于，所述测温模块包括硅温度传感器，所述硅温度传感器表贴安装在每组电解电容对角线上。
5.根据权利要求1至3任一所述的继电保护装置的寿命检测装置，其特征在于，所述电源监视模块还包括变压模块、端口防护模块，所述变压模块用于将外部输入的电压转换为所述寿命检测装置的额定工作电压，所述端口防护模块用于为所述寿命检测装置提供EMC防护。
6.根据权利要求1至3任一所述的继电保护装置的寿命检测装置，其特征在于，所述时间测量模块包括：晶振和RTC芯片，所述晶振与所述RTC芯片相连。
7.一种继电保护装置的寿命检测方法，其特征在于，包括步骤：
获取继电保护装置中电解电容的温度以及继电保护装置输出的电压波纹；
根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命；
将当前时间作为检测时间，将所述剩余寿命和所述检测时间写入所述存储模块中；
所述根据继电保护装置的上电次数、所述电解电容的温度以及所述继电保护装置的电压波纹计算所述继电保护装置的剩余寿命的步骤，包括：
读取继电保护装置的上电次数，根据上电次数与所述电解电容的充放电时间常数获得上电寿命损耗；
利用所述电解电容的温度以及继电保护装置的电压波纹计算所述电解电容的运行寿命损耗；
将所述电解电容的预期寿命与寿命损耗总和的差值确定所述电解电容的剩余寿命，获得所述继电保护装置的剩余寿命，所述预期寿命为所述电解电容在常温下的使用寿命，所述寿命损耗总和等于所述上电寿命损耗与预设第一修正因子的积加上所述运行寿命损耗与第二修正因子的积。
8.根据权利要求7所述的继电保护装置的寿命检测方法，其特征在于，还包括步骤：
在所述继电保护装置断电复位后，读取上一时间保存的寿命信息；
如果上一时间保存的检测时间与当前时间的时间差大于预设时间，则根据上一时间保存的剩余寿命和所述时间差的差值确定当前时间所述继电保护装置的剩余寿命，将当前时间作为检测时间与当前时间所述继电保护装置的剩余寿命一并写入所述存储模块中。
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