CN107884707B - 高压断路器分合闸时间在线监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压断路器分合闸时间在线监测装置和方法，由断路器分合闸事件数据库、断路器分合闸时间在线监测模块和人机交互界面组成。断路器分合闸事件数据库的数据来源于变电站和换流站的SCADA及其测控装置、断路器选相分合闸装置、继电保护装置及继电保护信息系统、故障录波装置及故障录波系统。断路器分合闸时间在线监测模块，由分合闸智能策略分析模块、分合闸时间监测模块、合分时间监测模块、分合闸辅助接点切换时间监测等模块组成，可通过专用网络连接形成不同层级的高压断路器分合闸时间在线监测云数据库，依托大数据、云计算和人工智能技术实现更高精度的在线监测，为断路器设备全生命周期管理提供更准确的数据。

Description

高压断路器分合闸时间在线监测装置和方法

技术领域

本发明涉及电力系统智能电网监测领域，尤其是涉及高压断路器分合闸时间在线监测装置和方法。

背景技术

高压断路器是电力系统最重要的开关设备，它对维护电力系统的安全、经济和可靠运行起着相当重要的作用。其作用是根据电力系统运行要求，接通或断开输电线路和电气设备，或者当电力系统发生故障时，断路器接到继电保护装置发出的跳闸信号，将故障的线路或电气设备从电网中迅速切除，从而确保电力系统的正常运行。相对于其它静止的变压器、电抗器、电容器等电气设备，高压断路器要在频繁的正常分合闸和故障时切断中保证正确的动作，而其分合闸时间和分合闸不同期时间与电气设备绝缘过电压、设备同期并列、断路器的动静触头损伤等因素密切相关，因此开展对高压断路器分合闸时间的在线监测对提高断路器乃至电网的安全可靠性具有重要意义。

当前电力设备状态监测系统大多采用分层分布式结构，由传感器、状态监测智能电子设备IED(Intelligent Electronic Device)、后台分析系统构成。例如，对电力系统高压断路器设备的分合闸时间在线监测大多采用外加霍尔传感器采集分合闸线圈的电流、加装振动传感器采集操作机构振动信号、外加操作线圈带电传感器来检测线圈带电时间、外加电压传感器来检测断路器触头分合时刻、外加直线位移传感器和数字光栅角速度编码器来监测断路器分合闸速度等方式，由此监测断路器分合闸时间或机械振动特性。上述方式受制于新增较多的电子器件、传感器精度不高而导致对断路器的分合闸时间在线监测的数据质量不高，从分合闸回路派生出监测回路更是降低了分合闸操作的安全可靠性，且增大生产运行维护工作量和运维成本，此类做法对高压断路器分合闸时间特性的在线监测很难满足实用化和工程应用的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种不需新增传感器和智能电子设备IED、不需要停电安装调试就能实现在线监测断路器分合闸时间数据的装置和方法，适用于各种电压等级、各种操作机构的高压断路器和GIS(Gas Insulated Switchgear，气体绝缘金属封闭开关设备)、HGIS(Hybrid Gas Insulated Switchgear，混合式气体绝缘金属封闭开关设备)、AIS(Air Insulated Switchgear，空气绝缘金属封闭开关设备)高压开关设备。

与现有的技术相比，本发明监测断路器分合闸时间的信号数据来源于变电站和换流站的测控装置、断路器选相分合闸装置及SCADA(Supervisory Control And DataAcquisition，数据采集与监视控制系统)，来源于继电保护装置及继电保护信息系统，来源于故障录波装置及故障录波信息系统，上述数据因其成熟、稳定、高精度的特点已经被广泛应用于电力系统，为实施高压断路器分合闸时间精确在线监测提供了良好的基础。

1、本发明的组成及应用

本发明由断路器分合闸事件数据库、断路器分合闸时间在线监测模块和人机交互界面(Human Machine Interaction，简称HMI)组成。

1.1断路器分合闸事件数据库

断路器分合闸事件数据库包括断路器的遥信、遥测、遥控信号及继电保护动作信号、断路器选相分合闸装置动作信息、故障录波信息。

进一步地，断路器的遥信、遥测、遥控信号及继电保护动作信号、断路器选相分合闸装置动作信息，包括从变电站和换流站的现场测控装置、断路器选相分合闸装置中获取的信息数据。

进一步地，继电保护动作信息包括从继电保护装置和继电保护信息系统中获取的保护动作信号。

进一步地，故障录波信息包括从故障录波装置和故障录波信息系统中获取的故障录波信息数据。

1.2断路器分合闸时间在线监测模块

断路器分合闸时间在线监测模块由分合闸智能策略分析模块、分闸时间监测模块、相间分闸不同期时间监测模块、合闸时间监测模块、相间合闸不同期时间监测模块、合分时间监测模块、分闸重合时间监测模块、分闸重合再分闸时间监测模块、分合闸辅助接点切换时间监测模块、分合闸辅助接点切换相间不同期时间监测模块组成。

分合闸智能策略分析模块由基于人工智能技术的分合闸信号清洗策略及其大数据分析模块组成，分合闸智能策略分析模块清洗出的断路器分合闸数据输入前述九个时间监测模块，从而使时间监测模块计算出前述九个时间参数的在线监测结果。

1.3人机交互界面HMI

人机交互界面，用于给用户配置、管理、查询分析某个断路器或断路器集群的在线监测结果，主要是展示上述时间参数及其他统计分析结果的程序界面。

1.4数据质量及精度

本发明无需新增传感器及智能电子设备IED，通过采集现有变电站或换流站内的实时数据、历史数据及故障录波数据来进行综合分析，从而能不停电对断路器分合闸时间进行在线监测。

显然，本发明的断路器分合闸时间监测精度以测控装置、断路器选相分合闸装置、继电保护装置、故障录波装置的采样精度为基准，开关量事件分辨能力大于等于0.1ms且小于等于1ms。

1.5本发明的安装应用

可根据需要将本发明安装在不同的变电站或牵引站、换流站、发电厂，可对单独的断路器设备和多个断路器组成的断路器集群进行精确在线监测。也可通过电力专用网络连接形成诸如单个厂站点、地市级供电局和监控中心、省网电力公司、全国电力企业等不同层级的高压断路器分合闸时间在线监测云数据库，依托大数据、云计算和人工智能技术实现更高精度的在线监测，为做好断路器设备全生命周期运维的智能决策提供更丰富的样本数据。

2、本发明包含的技术模型及计算规则

实现本发明技术的方法是从变电站或换流站的测控装置、断路器选项分合闸装置、继电保护装置发出的分合闸信号数据和故障录波数据中抽取与高压断路器分合闸操作相关的数据，构建断路器分合闸事件数据库，在此基础上运用大数据、云计算、人工智能技术对断路器分合闸操作数据进行深度分析，从而得出断路器分合闸时间特性数据。

2.1本发明所监测的断路器分合闸时间技术模型

通常，高压断路器的分闸时间，是指断路器从接到跳闸信号(即跳闸线圈加上电压)起到断路器开断至三相电弧完全熄灭为止所需要的全部时间，也称为额定开断时间或全分闸时间。高压断路器的合闸时间是指断路器从接到合闸信号(即合闸线圈加上电压)起到断路器三相主触头均接触为止所需要的时间。

2.1.1断路器的分合闸时间技术模型

由于本发明的分合闸信号取自测控装置和继电保护装置，触头位置取自断路器本体操作机构辅助接点，因此，本发明所监测到的分合闸时间包含分合闸信号在断路器分合闸控制回路传输的时长和断路器本体操作机构辅助接点到位的时长，即：

T_分闸时间＝T_{分闸信号回路传输时长}+T_{分闸辅助接点到位时长}

T_合闸时间＝T_{合闸信号回路传输时长}+T_{合闸辅助接点到位时长}

根据上述运算规则得出，本专利装置还能监测分合闸信号在控制回路中的传输时间，此时间的趋势变化预示着控制回路状态的良好与否。

以监测的实时分合闸信号时标为基准，三相联动操作的断路器的分合闸时间按照以下规则运算：

T_分闸时间＝T_{分闸辅助接点到位时刻}－T_{分闸命令发出时刻}－k_{t分闸补偿}

T_合闸时间＝T_{合闸辅助接点到位时刻}－T_{合闸或重合闸命令发出时刻}－k_{t合闸补偿}

分相操作断路器的分合闸时间按照以下规则运算：

T_{单相分闸时间}＝T_{单相分闸辅助接点到位时刻}－T_{单相分闸命令发出时刻}－k_{t分闸补偿}

T_{单相合闸时间}＝T_{单相合闸辅助接点到位时刻}－T_{单相合闸或重合闸命令发出时刻}－k_{t合闸补偿}

上述的k_{t分闸补偿}、k_{t合闸补偿}是基于大数据和人工智能技术对本发明监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值。

2.1.2断路器的相间分合闸不同期时间技术模型

断路器的相间分合闸不同期时间是指A、B、C三相中最大与最小分合闸时间之差，其值越小同期性越好。根据中华人民共和国电力试验规程的要求，除制造厂另有规定外，断路器的分、合闸同期性应满足：相间合闸不同期不大于5ms，相间分闸不同期性不大于3ms。

2.1.3断路器的合分时间技术模型

合分时间通常指在断路器合闸于故障时，继电保护装置发出的分闸信号，使断路器加速分闸后断开故障电流的时间。合分时间是断路器设备的一个重要参数，虽然现场预防性试验和交接试验不要求测量断路器的合分闸时间，但它反映断路器机械性能、灭弧室的绝缘强度和灭弧能力。其计算规则为：

T_合分时间＝T_{分闸辅助接点到位时刻}－T_{合闸信号或重合闸信号发出时刻}－k_{t合分补偿}

上述的k_{t合分补偿}是基于大数据和人工智能技术对本发明监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值。

2.1.4断路器的分闸重合时间技术模型

分闸重合时间通常指在断路器分闸于故障时继电保护装置发出的重合闸信号，使断路器加速合闸带上负载电流的时间。其计算规则为：

T_{分闸重合时间}＝T_{合闸辅助接点到位时刻}－T_{分闸命令信号发出时刻}－k_{t分闸重合补偿}

上述的k_{t分闸重合补偿}是基于大数据和人工智能技术对本发明监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值。

2.1.5断路器的分闸重合再分闸时间技术模型

分闸重合再分闸时间通常指在断路器分闸于故障时继电保护装置发出跳闸信号，断路器断开故障电流，重合闸装置发出重合闸信号使断路器合闸带上故障电流，继电保护装置再次发出跳闸信号使断路器断开故障电流的时间。其计算规则为：

T_{分闸重合再分闸时间}＝T_{第二次分闸辅助接点到位时刻}－T_{第一次分闸信号发出时刻}－k_{t分闸重合再分闸补偿}

上述的k_{t分闸重合再分闸补偿}是基于大数据和人工智能技术对本发明监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值。

2.1.6断路器辅助接点切换时间技术模型

通常，断路器辅助接点机械联动于一次设备的主触头，真实地反映一次设备的主触头运行状态，在电气控制回路中常用于电气设备的连锁控制和应用于给继电保护装置、安全自动装置提供开关量信息，起着一次设备与二次设备的桥梁作用。因此，断路器的分合闸状态通过机械辅助接点引入电气控制回路，通过机械力的作用使得辅助接点合上或开断。显然，由于辅助接点与一次触头联系紧密，则分合闸辅助接点切换时间变化趋势，也反映从一次主触头的分合闸到位时间。

实际操作断路器过程中，当断路器分闸时，断路器一次高压主触头从合位到分位，二次辅助接点也将同步从合位切换到分位，此时分闸辅助接点切换时间的计算规则为：

T_{分闸辅助接点切换}＝T_{分闸辅助接点闭合时刻}－T_{合闸辅助接点断开时刻}－k_{t分闸辅助接点切换补偿}

当断路器合闸时，断路器的一次高压主触头从分位到合位，二次辅助接点也将同步从分位切换到合位，此时的分闸辅助接点切换时间的计算规则为：

T_{合闸辅助接点切换}＝T_{合闸辅助接点闭合时刻}－T_{分闸辅助接点断开时刻}－k_{t合闸辅助接点切换补偿}

上述的k_{t分闸辅助接点切换补偿}、k_{t合闸辅助接点切换补偿}是基于大数据和人工智能技术对本发明监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值。

2.1.7断路器分合闸辅助接点切换相间不同期时间技术模型

本发明对断路器的分合闸辅助接点切换相间不同期时间进行监测分析，分合闸辅助接点切换相间不同期时间是指A、B、C三相中最大与最小切换时间之差，其值越小同期性越好。分合闸辅助接点切换的同期性应满足：相间合闸不同期小于等于5ms，相间分闸不同期性小于等于3ms。

2.2动态时间补偿值k_t的作用

常规综合自动化变电站与数字化变电站、智能化变电站在继电保护装置、测控装置、断路器选相分合闸装置、故障录波装置及分合闸控制回路、报警信号回路方面有很大的差别，以上2.1节所列技术模型使用动态时间补偿值k_t可以抵消不同物理链路的对应分合闸信号的时间延迟，从而使在线监测结果更加贴近断路器本体的原厂制造特性。

3、本发明的实现方法

本发明还提供一种使用前述的高压断路器分合闸时间在线监测技术模型来在线监测断路器分合闸时间的方法，包括如下步骤：

S111、从变电站和换流站的SCADA系统和现场测控装置、断路器选相分合闸装置中获取断路器的遥信、遥测、遥控、继电保护动作信号以及断路器选相分合闸装置动作信息等实时数据及其历史数据；

S112、从继电保护信息系统、继电保护装置获取保护动作信息；

S113、从故障录波系统、故障录波装置获取故障录波信息；

S114、抽取、清洗上述数据并生成断路器分合闸事件数据库；

S115、用包括基于人工智能技术的分合闸信号清洗策略模块及大数据分析模块组成的分合闸智能策略分析模块从断路器分合闸事件数据库抽取与断路器分合闸动作相关的信号数据；

S116、将分合闸智能策略分析模块抽取的信号数据同时发送给以下九个时间监测模块进行综合分析：

通过用分闸时间监测模块计算出断路器分闸时间；

通过用相间分闸不同期时间监测模块计算出相间分闸不同期时间；

通过用合闸时间监测模块计算出断路器合闸时间；

通过用相间合闸不同期时间监测模块计算出相间合闸不同期时间；

通过用合分时间监测模块计算出合分时间；

通过用分闸重合时间监测模块计算出分闸重合闸时间；

通过用分闸重合再分闸时间监测模块计算出分闸重合再分闸时间；

通过用分合闸辅助接点切换时间监测模块计算出分合闸辅助接点切换时间；

通过分合闸辅助接点切换相间不同期时间监测模块计算出分合闸辅助接点切换相间不同期时间；

S117、运用人工智能和大数据、云计算技术对上述变电站和换流站的在线监测云数据库中的时间参数及其历史数据进行数据挖掘，提供以下功能。

功能之一：对手动分合闸时间进行比较排序，关注手动分合闸时间的历史变化趋势；

功能之二：对分合闸时间进行比较排序，关注相间分闸、合闸不同期时间的历史变化趋势；

功能之三：对保护分闸、重合闸时间进行排序，关注保护分闸、重合闸时间的历史变化趋势；

功能之四：对分闸重合成功和分闸重合再分闸的断路器控制回路及断路器本体机械动作特性进行分析，关注其时间历史变化趋势；

功能之五：获取SCADA操作命令信息、断路器选项分合闸装置信息和断路器辅助接点变位时间，检验断路器选项分合闸装置是否如实响应SCADA发出的操作命令。

功能之六：监测和计算分合闸信号在控制回路中的传输时间，对其长短变化进行排序，以此判断分合闸控制回路状态是否完好。

功能之七：对于三相联动操作的断路器，将统计分析其合分时间趋势变化情况；对于分相操作的断路器，将按单相统计分析合分时间趋势变化情况。

功能之八：对分合闸辅助接点切换时间分别进行长短排序，关注其历史变化趋势。

功能之九：对分闸时间、合闸时间和分合闸辅助接点切换时间的相间不同期时间进行监测，当相间不同期时间超过阈值时发出预警并纳入预警列表。

以上功能，将用于诊断断路器本体操作机构异常、控制回路异常和断路器选相分合闸装置异常。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的高压断路器分合闸时间在线监测装置原理图；

图2为本发明实施例提供的高压断路器分合闸事件数据库示意图；

图3为本发明实施例提供的分合闸时间在线监测模块结构示意图；

图4为本发明实施例提供的高压断路器分合闸时间在线监测方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

当前对电力系统高压断路器设备的分合闸时间在线监测精度不高且需增加额外的生产运行维护工作量和运维成本，此类做法对高压断路器分合闸时间特性的在线监测很难满足实用化和工程应用的需求。

基于此，本发明实施例提供的高压断路器分合闸时间在线监测装置和方法，无需停电，可高精度地对高压断路器分合闸时间特性进行监测。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的高压断路器分合闸时间在线监测装置进行详细介绍。

1、本发明的组成及应用

参照图1，本发明提供一种高压断路器分合闸时间在线监测装置原理图。本发明由断路器分合闸事件数据库、断路器分合闸时间在线监测模块、人机交互界面(HMI)组成。

可将本发明安装在不同的变电站或牵引站、换流站、发电厂，对单独的断路器设备和多个断路器组成的断路器集群进行精确在线监测。也可通过电力专用网络连接形成诸如单个厂站点、地市级供电局和监控中心、省网电力公司、全国电力企业等不同层级的高压断路器分合闸时间在线监测云数据库，依托大数据、云计算和人工智能技术实现更高精度的在线监测，为做好断路器设备全生命周期管理的智能决策提供更丰富的样本数据。

1.1断路器分合闸事件数据库

参照图2，断路器分合闸事件数据库包括断路器的遥信、遥测、遥控信号及继电保护动作信号、断路器选相分合闸装置动作信息、故障录波信息。

进一步地，断路器的遥信、遥测、遥控信号及继电保护动作信号、断路器选相分合闸装置动作信息，包括从变电站和换流站的现场测控装置、断路器选相分合闸装置中获取的信息数据。

进一步地，继电保护动作信息包括从继电保护装置和继电保护信息系统中获取的保护动作信号。

进一步地，故障录波信息包括从故障录波装置和故障录波信息系统中获取的故障录波信息数据。

1.2断路器分合闸时间在线监测模块

参照图3，断路器分合闸时间在线监测模块由分合闸智能策略分析模块、分闸时间监测模块、相间分闸不同期时间监测模块、合闸时间监测模块、相间合闸不同期时间监测模块、合分时间监测模块、分闸重合时间监测模块、分闸重合再分闸时间监测模块、分合闸辅助接点切换时间监测模块、分合闸辅助接点切换相间不同期时间监测模块组成。

分合闸智能策略分析模块由基于人工智能技术的分合闸信号清洗策略及其大数据分析模块组成，分合闸智能策略分析模块清洗出的断路器分合闸数据输入前述九个时间监测模块，从而使时间监测模块计算出前述九个时间参数的在线监测结果。

1.3人机交互界面HMI

人机交互界面，用于给用户配置、管理、查询分析某个断路器或断路器集群的在线监测结果，主要是展示上述九种时间参数及其他统计分析结果的程序界面。

1.4数据质量及精度

本发明通过采集现有变电站或换流站内的实时数据、历史数据及故障录波数据来进行综合分析，从而能不停电对断路器分合闸时间进行在线监测。

显然，本发明的断路器分合闸时间监测精度以测控装置、断路器选相分合闸装置、继电保护装置、故障录波装置的采样精度为基准，其中，开关量事件分辨能力大于等于0.1ms且小于等于1ms。

2、本发明包含的技术模型及计算规则

实现本发明的方法是从变电站或换流站的测控装置、断路器选项分合闸装置、继电保护装置发出的分合闸信号数据和故障录波数据中抽取与高压断路器分合闸操作相关的数据，构建断路器分合闸事件数据库，在此基础上运用大数据、云计算、人工智能技术对断路器分合闸操作数据进行深度分析，从而得出断路器分合闸时间特性数据。

2.1本发明所监测的断路器分合闸时间技术模型

本发明所指的高压断路器的分闸时间，是指断路器从接到跳闸信号(即跳闸线圈加上电压)起到断路器开断至三相电弧完全熄灭为止所需要的全部时间，也称为额定开断时间或全分闸时间。高压断路器的合闸时间是指断路器从接到合闸信号(即合闸线圈加上电压)起到断路器三相主触头均接触为止所需要的时间。

2.1.1断路器的分合闸时间技术模型

由于本发明的分合闸信号取自测控装置和继电保护装置，触头位置取自断路器本体操作机构辅助接点，因此，本发明所监测到的分合闸时间是包含分合闸信号在断路器分合闸控制回路传输的时长和断路器本体操作机构辅助接点到位的时长，即：

T_分闸时间＝T_{分闸信号回路传输时长}+T_{分闸辅助接点到位时长}

T_合闸时间＝T_{合闸信号回路传输时长}+T_{合闸辅助接点到位时长}

根据上述运算规则得出，本专利装置还能监测分合闸信号在控制回路中的传输时间，此时间的趋势变化预示着控制回路状态的良好与否。

以监测的实时分合闸信号时标为基准，三相联动操作的断路器的分合闸时间按照以下规则运算：

T_分闸时间＝T_{分闸辅助接点到位时刻}－T_{分闸命令发出时刻}－k_{t分闸补偿}

T_合闸时间＝T_{合闸辅助接点到位时刻}－T_{合闸或重合闸命令发出时刻}－k_{t合闸补偿}

分相操作断路器的分合闸时间按照以下规则运算：

T_{单相分闸时间}＝T_{单相分闸辅助接点到位时刻}－T_{单相分闸命令发出时刻}－k_{t分闸补偿}

T_{单相合闸时间}＝T_{单相合闸辅助接点到位时刻}－T_{单相合闸或重合闸命令发出时刻}－k_{t合闸补偿}

上述的k_{t分闸补偿}、k_{t合闸补偿}是基于大数据和人工智能技术对本发明监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值。

2.1.2断路器的相间分合闸不同期时间技术模型

断路器的相间分合闸不同期时间是指A、B、C三相中最大与最小分合闸时间之差，其值越小同期性越好。根据中华人民共和国电力试验规程的要求，除制造厂另有规定外，断路器的分、合闸同期性应满足：相间合闸不同期不大于5ms，相间分闸不同期性不大于3ms。

2.1.3断路器的合分时间技术模型

合分时间通常指在断路器合闸于故障时，继电保护装置发出的分闸信号，使断路器加速分闸后断开故障电流的时间。合分时间是断路器设备的一个重要参数，虽然现场预防性试验和交接试验不要求测量断路器的合分闸时间，但它反映断路器机械性能、灭弧室的绝缘强度和灭弧能力。其计算规则为：

T_合分时间＝T_{分闸辅助接点到位时刻}－T_{合闸信号或重合闸信号发出时刻}－k_{t合分补偿}

上述的k_{t合分补偿}是基于大数据和人工智能技术对本发明监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值。

2.1.4断路器的分闸重合时间技术模型

分闸重合时间通常指在断路器分闸于故障时继电保护装置发出的重合闸信号，使断路器加速合闸带上负载电流的时间。其计算规则为：

T_{分闸重合时间}＝T_{合闸辅助接点到位时刻}－T_{分闸命令信号发出时刻}－k_{t分闸重合补偿}

上述的k_{t分闸重合补偿}是基于大数据和人工智能技术对本发明监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值。

2.1.5断路器的分闸重合再分闸时间技术模型

分闸重合再分闸时间通常指在断路器分闸于故障时继电保护装置发出跳闸信号，断路器断开故障电流，重合闸装置发出重合闸信号使断路器合闸带上故障电流，继电保护装置再次发出跳闸信号使断路器断开故障电流的时间。其计算规则为：

T_{分闸重合再分闸时间}＝T_{第二次分闸辅助接点到位时刻}－T_{第一次分闸信号发出时刻}－k_{t分闸重合再分闸补偿}

上述的k_{t分闸重合再分闸补偿}是基于大数据和人工智能技术对本发明监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值。

2.1.6断路器辅助接点切换时间技术模型

通常，断路器辅助接点机械联动于一次设备的主触头，真实地反映一次设备的主触头运行状态，在电气控制回路中常用于电气设备的连锁控制和应用于给继电保护装置、安全自动装置提供开关量信息，起着一次设备与二次设备的桥梁作用。因此，断路器的分合闸状态通过机械辅助接点引入电气控制回路，通过机械力的作用使得辅助接点合上或开断。显然，由于辅助接点与一次触头联系紧密，则分合闸辅助接点切换时间变化趋势，也反映从一次主触头的分合闸到位时间。

实际操作断路器过程中，当断路器分闸时，断路器一次高压主触头从合位到分位，二次辅助接点也将同步从合位切换到分位，此时分闸辅助接点切换时间的计算规则为：

T_{分闸辅助接点切换}＝T_{分闸辅助接点闭合时刻}－T_{合闸辅助接点断开时刻}－k_{t分闸辅助接点切换补偿}

当断路器合闸时，断路器的一次高压主触头从分位到合位，二次辅助接点也将同步从分位切换到合位，此时的分闸辅助接点切换时间的计算规则为：

T_{合闸辅助接点切换}＝T_{合闸辅助接点闭合时刻}－T_{分闸辅助接点断开时刻}－k_{t合闸辅助接点切换补偿}

上述的k_{t分闸辅助接点切换补偿}、k_{t合闸辅助接点切换补偿}是基于大数据和人工智能技术对本发明监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值。

2.1.7断路器分合闸辅助接点切换相间不同期时间技术模型

本发明对断路器的分合闸辅助接点切换相间不同期时间进行监测分析，分合闸辅助接点切换相间不同期时间是指A、B、C三相中最大与最小切换时间之差，其值越小同期性越好。分合闸辅助接点切换的同期性应满足：相间合闸不同期小于等于5ms，相间分闸不同期性小于等于3ms。

2.2动态时间补偿值k_t的作用

常规综合自动化变电站与数字化变电站、智能化变电站在继电保护装置、测控装置、断路器选相分合闸装置、故障录波装置及分合闸控制回路、报警信号回路方面有很大的差别，以上2.1节所列技术模型使用动态时间补偿值k_t可以抵消不同物理链路的对应分合闸信号的时间延迟，从而使在线监测结果更加贴近断路器本体的原厂制造特性。

3、本发明的实现方法

参照图4，本发明还提供一种使用前述的高压断路器分合闸时间在线监测装置及技术来在线监测断路器分合闸时间的方法，包括如下步骤：

S111、从变电站和换流站的SCADA系统和现场测控装置、断路器选相分合闸装置中获取断路器的遥信、遥测、遥控、继电保护动作信号以及断路器选相分合闸装置动作信息等实时数据及其历史数据；

S112、从继电保护信息系统、继电保护装置获取保护动作信息；

S113、从故障录波系统、故障录波装置获取故障录波信息；

S114、抽取、清洗上述数据并生成断路器分合闸事件数据库；

S115、用包括基于人工智能技术的分合闸信号清洗策略模块及大数据分析模块组成的分合闸智能策略分析模块从断路器分合闸事件数据库抽取与断路器分合闸动作相关的信号数据；

S116、将分合闸智能策略分析模块抽取的信号数据同时发送给以下九个时间监测模块进行综合分析：

通过用分闸时间监测模块计算出断路器分闸时间；

通过用相间分闸不同期时间监测模块计算出相间分闸不同期时间；

通过用合闸时间监测模块计算出断路器合闸时间；

通过用相间合闸不同期时间监测模块计算出相间合闸不同期时间；

通过用合分时间监测模块计算出合分时间；

通过用分闸重合时间监测模块计算出分闸重合闸时间；

通过用分闸重合再分闸时间监测模块计算出分闸重合再分闸时间；

通过用分合闸辅助接点切换时间监测模块计算出分合闸辅助接点切换时间；

通过用分合闸辅助接点切换相间不同期时间监测模块计算出分合闸辅助接点切换相间不同期时间；

S117、运用人工智能和大数据、云计算技术对上述变电站和换流站的在线监测云数据库中的时间参数及其历史数据进行数据挖掘，提供以下功能：

功能之一：对手动分合闸时间进行比较排序，关注手动分合闸时间的历史变化趋势；

功能之二：对分合闸时间进行比较排序，关注相间分闸、合闸不同期时间的历史变化趋势；

功能之三：对保护分闸、重合闸时间进行排序，关注保护分闸、重合闸时间的历史变化趋势；

功能之四：对分闸重合成功和分闸重合再分闸的断路器控制回路及断路器本体机械动作特性进行分析，关注其时间历史变化趋势；

功能之五：获取SCADA操作命令信息、断路器选项分合闸装置信息和断路器辅助接点变位时间，检验断路器选项分合闸装置是否如实响应SCADA发出的操作命令。

功能之六：监测和计算分合闸信号在控制回路中的传输时间，对其长短变化进行排序，以此判断分合闸控制回路状态是否完好。

功能之七：对于三相联动操作的断路器，将统计分析其合分时间趋势变化情况；对于分相操作的断路器，将按单相统计分析合分时间趋势变化情况。

功能之八：对分合闸辅助接点切换时间分别进行长短排序，关注其历史变化趋势。

功能之九：对分闸时间、合闸时间和分合闸辅助接点切换相间不同期时间进行监测，当相间不同期时间超过阈值时发出预警并纳入预警列表。

以上功能，将用于诊断断路器本体操作机构异常、控制回路异常和断路器选相分合闸装置异常。

通过应用本发明的高压断路器分合闸时间在线监测模型及方法，可以对电网高压断路器的分合闸时间实现精确在线监测，及时发现高压断路器机械和控制回路故障隐患，为高压断路器设备的主动维修提供依据，从而提高高压断路器设备的安全可靠性，提高高压断路器设备的利用率，降低运维成本，因而具有重要的安全经济价值。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围限定。任何在本发明的精神和原则之内所做的修改稿，等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护之内。

Claims (6)

1.一种高压断路器分合闸时间在线监测装置，其特征在于，在线监测高压断路器分合闸时间的信号数据来源于变电站和换流站的测控装置、断路器选相分合闸装置及SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)，来源于继电保护装置及继电保护信息系统，来源于故障录波装置及故障录波信息系统，为实施断路器分合闸时间精确在线监测提供电网实时监测及历史数据；

所述高压断路器分合闸时间在线监测装置包括断路器分合闸事件数据库和断路器分合闸时间在线监测模块、人机交互界面(Human Machine Interaction，简称HMI)三部分；

所述断路器分合闸时间在线监测模块由分合闸智能策略分析模块、分闸时间监测模块、相间分闸不同期时间监测模块、合闸时间监测模块、相间合闸不同期时间监测模块、合分时间监测模块、分闸重合时间监测模块、分闸重合再分闸时间监测模块、分合闸辅助接点切换时间监测模块、分合闸辅助接点切换相间不同期时间监测模块共九个时间监测模块组成；

所述的分合闸智能策略分析模块由基于人工智能技术的分合闸信号清洗策略及其大数据分析模块组成，分合闸智能策略分析模块清洗出的断路器分合闸数据输入所述九个时间监测模块，从而使时间监测模块计算出九个时间参数的在线监测结果；

所述人机交互界面，用于给用户配置、管理、查询分析某个断路器或断路器集群的在线监测结果，主要是展示所述九种时间参数及其他统计分析结果的程序界面；

高压断路器的分闸时间是指断路器从接到跳闸信号起到断路器开断至三相电弧完全熄灭为止所需要的全部时间，也称为额定开断时间或全分闸时间；高压断路器的合闸时间是指断路器从接到合闸信号起到断路器三相主触头均接触为止所需要的时间；

所监测的断路器分合闸时间技术模型及运算规则为：

分合闸信号取自测控装置和继电保护装置，触头位置取自断路器本体操作机构辅助接点，所监测到的分合闸时间包含分合闸信号在断路器分合闸控制回路传输的时长和断路器本体操作机构辅助接点到位的时长，即：

T_分闸时间＝T_{分闸信号回路传输时长}+T_{分闸辅助接点到位时长}

T_合闸时间＝T_{合闸信号回路传输时长}+T_{合闸辅助接点到位时长}

以监测的实时分合闸信号时标为基准，三相联动操作的断路器的分合闸时间按照以下规则运算：

T_分闸时间＝T_{分闸辅助接点到位时刻}－T_{分闸命令发出时刻}－k_{t分闸补偿}

T_合闸时间＝T_{合闸辅助接点到位时刻}－T_{合闸或重合闸命令发出时刻}－k_{t合闸补偿}

分相操作断路器的分合闸时间按照以下规则运算：

T_{单相分闸时间}＝T_{单相分闸辅助接点到位时刻}－T_{单相分闸命令发出时刻}－k_{t分闸补偿}

T_{单相合闸时间}＝T_{单相合闸辅助接点到位时刻}－T_{单相合闸或重合闸命令发出时刻}－k_{t合闸补偿}

其中，k_{t分闸补偿}、k_{t合闸补偿}是基于大数据和人工智能技术对所监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值；

断路器的相间分合闸不同期时间是指A、B、C三相中最大与最小分合闸时间之差，其值越小同期性越好；根据中华人民共和国电力试验规程的要求，除制造厂另有规定外，断路器的分、合闸同期性应满足：相间合闸不同期不大于5ms，相间分闸不同期性不大于3ms；

合分时间通常指在断路器合闸于故障时，继电保护装置发出的分闸信号，使断路器加速分闸后断开故障电流的时间；其计算规则为：

T_合分时间＝T_{分闸辅助接点到位时刻}－T_{合闸信号或重合闸信号发出时刻}－k_{t合分补偿}

其中，k_{t合分补偿}是基于大数据和人工智能技术对所监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值；

分闸重合时间通常指在断路器分闸于故障时继电保护装置发出的重合闸信号，使断路器加速合闸带上负载电流的时间；其计算规则为：

T_{分闸重合时间}＝T_{合闸辅助接点到位时刻}－T_{分闸命令信号发出时刻}－k_{t分闸重合补偿}

其中，k_{t分闸重合补偿}是基于大数据和人工智能技术对所监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值；

分闸重合再分闸时间通常指在断路器分闸于故障时继电保护装置发出跳闸信号，断路器断开故障电流，重合闸装置发出重合闸信号使断路器合闸带上故障电流，继电保护装置再次发出跳闸信号使断路器断开故障电流的时间；其计算规则为：

T_{分闸重合再分闸时间}＝T_{第二次分闸辅助接点到位时刻}－T_{第一次分闸信号发出时刻}－k_{t分闸重合再分闸补偿}

其中，k_{t分闸重合再分闸补偿}是基于大数据和人工智能技术对所监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算的动态而得出时间补偿值；

实际操作断路器过程中，当断路器分闸时，断路器一次高压主触头从合位到分位，二次辅助接点也将同步从合位切换到分位，此时分闸辅助接点切换时间的计算规则为：

T_{分闸辅助接点切换}＝T_{分闸辅助接点闭合时刻}－T_{合闸辅助接点断开时刻}－k_{t分闸辅助接点切换补偿}

当断路器合闸时，断路器的一次高压触头从分位到合位，二次辅助接点也将同步从分位切换到合位，此时的分闸辅助接点切换时间的计算规则为：

T_{合闸辅助接点切换}＝T_{合闸辅助接点状闭合时刻}－T_{分闸辅助接点断开时刻}－k_{t合闸辅助接点切换补偿}

其中，k_{t分闸辅助接点切换补偿}、k_{t合闸辅助接点切换补偿}是基于大数据和人工智能技术对所监测的断路器分合闸时间、停电预防性试验的断路器分合闸时间、交接试验的断路器分合闸时间、分合闸信号在控制回路传输的时长进行数学运算而得出的动态时间补偿值；

对断路器的分合闸辅助接点切换相间不同期时间进行监测分析时，分合闸辅助接点切换相间不同期时间是指A、B、C三相中最大与最小切换时间之差，其值越小同期性越好；分合闸辅助接点切换的同期性应满足：相间合闸不同期小于等于5ms，相间分闸不同期性小于等于3ms；

使用动态时间补偿值k_t可以抵消常规综合自动化变电站与数字化变电站、智能化变电站在继电保护装置、测控装置、断路器选相分合闸装置、故障录波装置及分合闸控制回路、报警信号回路的不同物理链路所对应分合闸信号的时间延迟；

时间监测精度以测控装置、断路器选相分合闸装置、继电保护装置、故障录波装置的采样精度为基准，其中，开关量事件分辨能力大于等于0.1ms且小于等于1ms。

2.根据权利要求1所述的高压断路器分合闸时间在线监测装置，其特征在于，所述的断路器分合闸事件数据库包括断路器的遥信、遥测、遥控信号及继电保护动作信号、断路器选相分合闸装置动作信息、故障录波信息；

所述断路器的遥信、遥测、遥控信号及继电保护动作信号、断路器选相分合闸装置动作信息，包括从变电站和换流站的现场测控装置、断路器选相分合闸装置中获取的信息数据；

继电保护动作信息包括从继电保护装置和继电保护信息系统中获取的保护动作信号；

所述故障录波信息包括从故障录波装置和故障录波信息系统中获取的故障录波信息数据。

3.根据权利要求1所述的高压断路器分合闸时间在线监测装置，其特征在于，安装在不同站点，通过电力专线网络连接形成不同层级的高压断路器分合闸时间在线监测云数据库，依托大数据、云计算和人工智能技术实现更高精度的在线监测，为断路器设备全生命周期运维的智能决策提供丰富的样本数据。

4.根据权利要求1所述的高压断路器分合闸时间在线监测装置，其特征在于，所监测的断路器分合闸时间技术模型与断路器的工作电压等级、断路器操作机构的型号、配电装置的型式无关，因此适用于各种电压等级、各种操作机构的断路器和GIS、HGIS、AIS高压配电装置。

5.一种高压断路器分合闸时间在线监测方法，其特征在于，包括：

从变电站和换流站的SCADA系统和现场测控装置、断路器选相分合闸装置中获取断路器的遥信、遥测、遥控、继电保护动作信号以及断路器选相分合闸装置动作信息形成实时数据及其历史数据；

从继电保护信息系统、继电保护装置获取保护动作信息；

从故障录波系统、故障录波装置获取故障录波信息；

抽取、清洗保护动作信息、故障录波信息和所述实时数据及其历史数据并生成断路器分合闸事件数据库；

用包括基于人工智能技术的分合闸信号清洗策略模块及大数据分析模块组成的分合闸智能策略分析模块从断路器分合闸事件数据库抽取与断路器分合闸动作相关的信号数据；

将分合闸智能策略分析模块抽取的信号数据同时发送给以下九个时间监测模块进行综合分析：

通过用分闸时间监测模块计算出断路器分闸时间；

通过用相间分闸不同期时间监测模块计算出相间分闸不同期时间；

通过用合闸时间监测模块计算出断路器合闸时间；

通过用相间合闸不同期时间监测模块计算出相间合闸不同期时间；

通过用合分时间监测模块计算出合分时间；

通过用分闸重合时间监测模块计算出分闸重合闸时间；

通过用分闸重合再分闸时间监测模块计算出分闸重合再分闸时间；

通过用分合闸辅助接点切换时间监测模块计算出分合闸辅助接点切换时间；

通过用分合闸辅助接点切换相间不同期时间监测模块计算出分合闸辅助接点切换相间不同期时间。

6.根据权利要求5所述的高压断路器分合闸时间在线监测方法，其特征在于，运用人工智能和大数据、云计算技术对变电站和换流站的在线监测云数据库中的时间参数及其历史数据进行数据挖掘，提供以下功能：

对手动分合闸时间进行比较排序，关注手动分合闸时间的历史变化趋势；

对分合闸时间进行比较排序，关注相间分闸、合闸不同期时间的历史变化趋势；

对保护分闸、重合闸时间进行排序，关注保护分闸、重合闸时间的历史变化趋势；

对分闸重合成功和分闸重合再分闸的断路器控制回路及断路器本体机械动作特性进行分析，关注其时间历史变化趋势；

获取SCADA操作命令信息、断路器选项分合闸装置信息和断路器辅助接点变位时间，检验断路器选项分合闸装置是否如实响应SCADA发出的操作命令；

监测和计算分合闸信号在控制回路中的传输时间，对其长短变化进行排序，以此判断分合闸控制回路状态是否完好；

对于三相联动操作的断路器，将统计分析其合分时间趋势变化情况；对于分相操作的断路器，将按单相统计分析合分时间趋势变化情况，同时也对比三相之间的合分时间趋势变化情况；

对分合闸辅助接点切换时间分别进行长短排序，关注其历史变化趋势；

对分闸时间、合闸时间和分合闸辅助接点切换时间的相间不同期时间进行监测，当相间不同期时间超过阈值时发出预警并纳入预警列表；

以上功能，将用于诊断断路器本体操作机构异常、控制回路异常和断路器选相分合闸装置异常。