CN106959414A - 开关设备的状态检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关设备的状态检测方法和系统。上述开关设备的状态检测方法，包括如下步骤：获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数；其中，所述当前动作时间参数为表征开关设备当前动作时长的参数；根据所述当前动作时间参数和预设的状态检测公式计算所述开关设备的状态参数；根据所述状态参数和预设的状态参考值检测所述开关设备的状态。本发明提供的开关设备的状态检测方法和系统，状态检测过程简单，检测效率高，且相应的状态检测结果具有较高的准确性。

Description

开关设备的状态检测方法和系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种开关设备的状态检测方法和系统。

背景技术

随着智能电网建设步伐的推进，调度系统作为智能电网的核心部分，调度系统的智能化和其功能实现的全面性有了更高的要求。断路器等开关设备作为电网的重要组成部分，其状态的实时监测以及基于监测结果得出的状态判别对于电网的安全稳定运行有着重要的参考价值。

现有的开关在线监测装置一般采用在开关设备上安装传感器的方法获取开关的状态数据，此方法有以下弊端：在线监测传感器安装量大，一个传感器对应一台设备，传感器的数量会随着开关的数量增加，在线监测装置的维护量大。传感器数量和在线监测装置数量的增加将带来繁重的维护工作；因而，传统的开关设备监测过程较为复杂。

发明内容

基于此，有必要针对现有方案使开关设备的状态检测效率低的技术问题，提供一种开关设备的状态检测方法和系统。

一种开关设备的状态检测方法，包括如下步骤：

获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数；其中，所述当前动作时间参数为表征开关设备当前动作时长的参数；

根据所述当前动作时间参数和预设的状态检测公式计算所述开关设备的状态参数；其中，所述状态检测公式为：

式中，x表示当前动作时间参数，f(x)表示状态参数，μ表示多个历史动作持续时间的平均值，σ表示多个历史动作持续时间的均方差；

根据所述状态参数和预设的状态参考值检测所述开关设备的状态。

一种开关设备的状态检测系统，包括：

获取模块，用于获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数；其中，所述当前动作时间参数为表征开关设备当前动作时长的参数；

计算模块，用于根据所述当前动作时间参数和预设的状态检测公式计算所述开关设备的状态参数；其中，所述状态检测公式为：

式中，x表示当前动作时间参数，f(x)表示状态参数，μ表示多个历史动作持续时间的平均值，σ表示多个历史动作持续时间的均方差；

检测模块，用于根据所述状态参数和预设的状态参考值检测所述开关设备的状态。

上述开关设备的状态检测方法和系统，可以通过获取开关设备的当前动作起始时间计算用于表征开关设备当前动作时长的当前动作时间参数，依据上述当前动作时间参数和预设的状态检测公式计算所述开关设备的状态参数，以实现对开关设备状态的检测，上述开关设备的状态检测过程简单，检测效率高，且相应的状态检测结果具有较高的准确性。

附图说明

图1为一个实施例的开关设备的状态检测方法流程图；

图2为一个实施例的开关设备的状态检测系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的开关设备的状态检测方法和系统的具体实施方式作详细描述。

参考图1，图1所示为一个实施例的开关设备的状态检测方法流程图，包括如下步骤：

S10，获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数；其中，所述当前动作时间参数为表征开关设备当前动作时长的参数；

上述步骤可以由开关设备对应的在线监测系统执行，具体可以由上述在线监测系统从继电保护信息系统中读取所得。上述开关设备可以包括断路器等电力系统的电路控制设备。上述当前机械特性参数可以包括当前动作持续时间、当前全开断时间参数以及开关储能时间参数等可以表征开关设备当前机械特性的参数。通常情况下，可以获取表征开关设备的当前动作结束时间，通过计算上述当前动作结束时间与当前动作起始时间之间的差值确定开关设备的当前动作时间参数。上述开关设备的当前动作起始时间和当前动作结束时间可以继电保护信息系统中所得。

在一个实施例中，上述当前动作时间参数可以包括当前动作持续时间、当前全开断时间参数或者开关储能时间参数。

作为一个实施例，上述获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数的过程可以包括：

获取开关设备的当前动作起始时间，以及所述开关设备的当前闭合时间；

根据所述当前闭合时间和当前动作起始时间之间差值确定当前动作持续时间。

上述前动作起始时间可以为开关设备开始当前动作的时刻或者继电保护装置发出相关动作指令的时刻。上述当前闭合时间为开关设备停止当前动作的时刻。

上述当前动作起始时间和当前闭合时间可以从控制开关设备的继电保护装置中读取。以断路器为例，断路器在运行过程中的动作均有继电保护装置发出指令，指令发出的时间(当前动作起始时间)、继电保护的动作信息以及故障信息可以保存在继电保护装置内，在需要获取上述参数或者信息时，可以直接从相应的继电保护装置读取。断路器每次动作完后，其动作过程中的各个状态可以记录在调度自动化系统中的事件时间序列内。

作为一个实施例，上述获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数的过程可以包括：

获取开关设备的当前动作起始时间，以及所述开关设备在发出当前动作后的零电流时间；所述零电流时间表示电流为零值的时刻值；

根据所述零电流时间和当前动作起始时间之间差值确定当前全开断时间。

上述零电流时间可以根据开关设备在发出当前动作后，电流传感器所检测到的通过开关设备的电流值首次为零的时刻确定。通过开关设备的电流值首次为零，表明开关设备发出的相应动作在电流值首次为零的时刻停止；因而上述当前动作结束时间可以表征开关设备的当前动作结束时间。具体的，开关设备的全开断时间可以从保护发分闸命令计时开始，到电弧熄灭时的截止时间为止。

上述当前动作起始时间可以为开关设备的继保装置(继电保护装置)发出的动作指令时间，零电流时间为断路器电流为零的时间。开关设备的全开断时间与开关设备的动作持续时间的计算起始时间是一致的，区别在于截止时间的获取方式。具体地，全电流的截止时间包括断路器分闸的时间再加上电流衰减为零的时间。全电流开断时间不仅可用于考核断路器的操作机构是否存在异常，还可以分析断路器的触头是否存在烧蚀现象。

作为一个实施例，还可以根据开关设备当前动作的开关储能时间参数确定开关设备的当前动作时间参数。开关设备的开关储能时间参数的可以参照开关设备当前动作持续时间的获取方案进行相应获取。具体地，上述开关储能时间参数可以从得到合闸位置信号开始计时，到储能电机辅助开关切换后截止的时间。

S20，根据所述当前动作时间参数和预设的状态检测公式计算所述开关设备的状态参数；其中，所述状态检测公式为：

式中，x表示当前动作时间参数，f(x)表示状态参数，μ表示多个历史动作持续时间的平均值，σ表示多个历史动作持续时间的均方差；

上述历史动作持续时间可以包括设定时间段(如前一个月内)所述开关设备的多个动作持续时间。在线监测系统可以获取并记录上述定时间段内开关设备的多个动作持续时间。利用其数据处理功能，根据开关设备的历史动作持续时间构建所述状态检测公式，以对历史的记录为样本量进行统计分析，针对每一台开关设备制定具体的判断标准。

S30，根据所述状态参数和预设的状态参考值检测所述开关设备的状态。

在线监测系统可以通过比较状态参数和状态参考值之间的大小关系，判定上述开关设备的状态。上述状态参考值可以根据开关设备的性能参数进行设置，如设置为5％等值。

在一个实施例中，上述根据所述状态参数和预设的状态参考值检测所述开关设备的状态的过程可以包括：

检测所述状态参数是否在预设的正常参考值范围内；

若所述状态参数在正常参考值范围内，则判定所述开关设备的状态正常；

若所述状态参数不在正常参考值范围内，则判定所述开关设备的状态异常。

本实施例中，若状态参数在正常参考值范围内，表明开关设备当前工作状态正常的概率较大；若所述状态参数不在正常参考值范围内，表明开关设备当前动作状态异常的概率大，可以通过报警等方式输出开关设备的状态异常信息。

作为一个实施例，上述正常参考值范围可以为0至5％这一数值范围。

以断路器这一开关设备为例，若上述当前动作时间参数为当前动作持续时间，断路器的异常时间视为小概率事件，发生的概率小于5％。当系统每次采集到新的动作时间后，将根据历史数据得出的状态检测公式(如正态分布模型)计算该时间发生的概率，如果概率小于5％，则认为该次动作的时间(当前动作时间参数)为异常并发出预警，需要进行跟踪观察。这种判断方法可以实时的通过调度自动化系统提供数据源，利用断路器动作时间是否存在异常进行判断。一般断路器随着运行时间的增长，会出现机械卡涩、弹簧老化、部件松脱等机械故障，断路器的动作时间会变长或者变短，如果将断路器动作时间变长或变短视为小概率事件，就可以通过状态检测公式判断断路器的动作时间(当前动作持续时间)是否为异常时间。如果断路器时间出现异常的情况，即可判断断路器的机械存在卡涩、弹簧老化、部件松脱等故障，断路器需要加强监测。

若当前动作时间参数为当前全开断时间参数，T(电流为零)为断路器电流为零的时间。断路器随着运行时间以及开断次数的增长，会出现触头烧蚀，断路器的动作时间会变短，如果将当前全开断时间参数变短(小于预设的状态参考值)视为小概率事件，就可以通过状态检测公式判断断路器的全开断时间是否为异常时间。如果断路器全开断时间出现异常的情况，即可判断断路器的触头是否烧蚀，断路器需要加强监测。

若当前动作时间参数为开关储能时间参数。开关设备的开关机械机构传动机构如果出现异常，会引起开关储能时间变长或者变短。如由于润滑不足等原因造成的阻力矩增加就有可能造成储能电机做功增加，引起储能时间的加长。如果将开关储能时间变长或者变短视为小概率事件，就可以通过状态检测公式判断开关储能时间是否为异常时间。如果断路器储能时间出现异常(状态检测公式计算得到的状态参数小于预设的状态参考值)的情况，即可判断断路器阻力矩是否增加，断路器需要加强监测。

在一个实施例中，可以通过将开关设备的动作次数与开关设备出厂时的技术参数做对比，如果动作次数超过制造厂的规定，则认为断路器的机械状态需要加强监测。上述开关设备的动作次数可以通过在线监测系统实时获取。

本发明提供的开关设备的状态检测方法，可以通过获取开关设备的当前动作起始时间计算用于表征开关设备当前动作时长的当前动作时间参数，依据上述当前动作时间参数和预设的状态检测公式计算所述开关设备的状态参数，以实现对开关设备状态的检测，上述开关设备的状态检测过程简单，检测效率高，且相应的状态检测结果具有较高的准确性。

在一个实施例中，上述获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数的步骤之前，还可以包括：

获取开关设备在设定时间段内的多个历史动作持续时间，分别计算所述历史动作持续时间的平均值和均方差；

根据所述平均值和均方差构建所述状态检测公式。

上述设定时间段可以为当前时刻之前的某个时间段，如当前时刻的前一个月等等。

本实施例根据相应开关设备的多个历史动作持续时间构建相应的状态检测公式，可以针对每一台开关设备制定具体的判断标准，有效提高了后续状态检测的准确性。

在实际应用中，上述在线监测系统还可以获取开关设备的开关实时电流；继电保护动作信息、故障信息、开关状态信息、开关动作次数、开关分合闸时间等信息，根据上述各种信息实现开关设备状态的检测。上述开关实时电流采集可以由电流互感器完成。计量柜或者计量装置等开关设备内电流互感器所采集的电流，调度系统(在线监测系统)可以监测。继电保护动作信息和故障信息可以由继电保护装置采集和传输。继保装置的连接特征可以由场站、设备在建设安装时的单位决定的，动作信息和故障信息可以在保护动作时采集，如：短路电流使得开关动作跳闸；重合闸失败等，传输同样是通过调度自动化系统。上述开关状态信息可以包括：合闸位置、分闸位置、储能状态等。上述开关动作次数可以为开关分闸变位次数。上述分、合闸时间从保护发命令计时开始，到辅助开关切换后截止的时间。

参考图2所示，图2为一个实施例的开关设备的状态检测系统结构示意图，包括：

获取模块10，用于获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数；其中，所述当前动作时间参数为表征开关设备当前动作时长的参数；

计算模块20，用于根据所述当前动作时间参数和预设的状态检测公式计算所述开关设备的状态参数；其中，所述状态检测公式为：

式中，x表示当前动作时间参数，f(x)表示状态参数，μ表示多个历史动作持续时间的平均值，σ表示多个历史动作持续时间的均方差；

检测模块30，用于根据所述状态参数和预设的状态参考值检测所述开关设备的状态。

在一个实施例中，上述开关设备的状态检测系统还可以包括：

获取开关设备在设定时间段内的多个历史动作持续时间，分别计算所述历史动作持续时间的平均值和均方差；

根据所述平均值和均方差构建所述状态检测公式。

在一个实施例中，所述当前动作时间参数包括当前动作持续时间、当前全开断时间参数或者开关储能时间参数。

在一个实施例中，上述获取模块可以进一步用于：

获取开关设备的当前动作起始时间，以及所述开关设备的当前闭合时间；

根据所述当前闭合时间和当前动作起始时间之间差值确定当前动作持续时间。

在一个实施例中，上述获取模块可以进一步用于：

获取开关设备的当前动作起始时间，以及所述开关设备在发出当前动作后的零电流时间；所述零电流时间表示电流为零值的时刻值；

根据所述零电流时间和当前动作起始时间之间差值确定当前全开断时间。

在一个实施例中，上述检测模块可以进一步用于：

检测所述状态参数是否在预设的正常参考值范围内；

若所述状态参数在正常参考值范围内，则判定所述开关设备的状态正常；

若所述状态参数不在正常参考值范围内，则判定所述开关设备的状态异常。

本发明提供的开关设备的状态检测系统与本发明提供的开关设备的状态检测方法一一对应，在所述开关设备的状态检测方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于开关设备的状态检测系统的实施例中，特此声明。

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 (10)

1.一种开关设备的状态检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数；其中，所述当前动作时间参数为表征开关设备当前动作时长的参数；

根据所述当前动作时间参数和预设的状态检测公式计算所述开关设备的状态参数；其中，所述状态检测公式为：

$f\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{(x-\mathrm{\μ})}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2});$

式中，x表示当前动作时间参数，f(x)表示状态参数，μ表示多个历史动作持续时间的平均值，σ表示多个历史动作持续时间的均方差；

根据所述状态参数和预设的状态参考值检测所述开关设备的状态。

2.根据权利要求1所述的开关设备的状态检测方法，其特征在于，所述获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数的步骤之前，还包括：

获取开关设备在设定时间段内的多个历史动作持续时间，分别计算所述历史动作持续时间的平均值和均方差；

根据所述平均值和均方差构建所述状态检测公式。

3.根据权利要求1所述的开关设备的状态检测方法，其特征在于，所述当前动作时间参数包括当前动作持续时间、当前全开断时间参数或者开关储能时间参数。

4.根据权利要求3所述的开关设备的状态检测方法，其特征在于，所述获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数的过程包括：

获取开关设备的当前动作起始时间，以及所述开关设备的当前闭合时间；

根据所述当前闭合时间和当前动作起始时间之间差值确定当前动作持续时间。

5.根据权利要求3所述的开关设备的状态检测方法，其特征在于，所述获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数的过程包括：

获取开关设备的当前动作起始时间，以及所述开关设备在发出当前动作后的零电流时间；所述零电流时间表示电流为零值的时刻值；

根据所述零电流时间和当前动作起始时间之间差值确定当前全开断时间。

6.根据权利要求1至5任一项所述的开关设备的状态检测方法，其特征在于，所述根据所述状态参数和预设的状态参考值检测所述开关设备的状态的过程包括：

检测所述状态参数是否在预设的正常参考值范围内；

若所述状态参数在正常参考值范围内，则判定所述开关设备的状态正常；

若所述状态参数不在正常参考值范围内，则判定所述开关设备的状态异常。

7.根据权利要求6所述的开关设备的状态检测方法，其特征在于，所述正常参考值范围为0至5％。

8.一种开关设备的状态检测系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取开关设备的当前动作起始时间，根据所述当前动作起始时间计算开关设备的当前动作时间参数；其中，所述当前动作时间参数为表征开关设备当前动作时长的参数；

计算模块，用于根据所述当前动作时间参数和预设的状态检测公式计算所述开关设备的状态参数；其中，所述状态检测公式为：

$f\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{(x-\mathrm{\μ})}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2});$

式中，x表示当前动作时间参数，f(x)表示状态参数，μ表示多个历史动作持续时间的平均值，σ表示多个历史动作持续时间的均方差；

检测模块，用于根据所述状态参数和预设的状态参考值检测所述开关设备的状态。

9.根据权利要求1所述的开关设备的状态检测系统，其特征在于，所述当前动作时间参数包括当前动作持续时间、当前全开断时间参数或者开关储能时间参数。

10.根据权利要求9所述的开关设备的状态检测系统，其特征在于，所述获取模块进一步用于：

获取开关设备的当前动作起始时间，以及所述开关设备的当前闭合时间；

根据所述当前闭合时间和当前动作起始时间之间差值确定当前动作持续时间。