CN108039102A - 一种断路器数字仿真装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种断路器数字仿真装置及方法，所述装置包括操作模块产生操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号、介质故障信号、打压信号；机构模块根据操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号和触头状态确定机构分操作状态、机构合操作状态和机构故障状态；触头模块根据机构分操作状态和机构合操作状态确定触头状态；介质模块根据介质故障信号和打压信号、机构分操作状态和机构合操作状态确定介质状态；断路器模块根据机构故障状态、触头状态和介质状态确定断路器状态，在仿真培训中能够简易准确、实时描述断路器的工作过程，克服传统仿真结果容易发散，且实时性方面也难以满足要求的问题。

Description

一种断路器数字仿真装置及方法

技术领域

本发明涉及电气设备仿真技术领域，特别是涉及一种断路器数字仿真装置及方法。

背景技术

高压断路器是电力系统重要的保护设备，广泛用于110kV及以上电压等级的高压系统中。断路器操作及故障处理是现场运行工作人员必须要掌握的基本技能，模拟断路器的操作过程及模拟典型故障的各种现象，对断路器的分合进行全过程仿真，可以有效提升工作人员的操作技能。

断路器的分合闸过程由操作机构、灭弧室及触头等部分共同完成，当需要进行分合闸操作时，运行人员控制能源释放来驱动操作机构，操作机构控制触头的分合；在分闸的过程中会形成电弧，灭弧室进行灭弧，电弧熄灭，则分闸成功；电弧重燃，则分闸不成功。仿真培训对模型的稳定性、实时性及操作性有较高的要求，对精确度的要求相对较低，只要仿真的现象与实际现象一致即可满足要求。目前断路器仿真模型包括反映断路器操作机构、传动机构、灭弧室的气动及机械特性的动力学模型，反映电弧电磁暂态特性的模型，以上两种仿真模型主要用于对机构特性和电弧特性进行分析、研究及优化设计等方面，具有精度高的优点，但上述仿真模型的实时性和稳定稍差，在仿真培训中一旦进行反复的操作演练，仿真结果容易发散，且实时性方面也难以满足要求。断路器仿真模型还包括仅考虑触头的分/合状态的逻辑模型。后者过于简单，不能反应完整的分合过程及各部分在分合中的作用，达不到培训的要求。

基于上述问题，如何简易准确、实时描述断路器的工作过程成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种断路器数字仿真装置及方法，以实现简易准确、实时描述断路器的工作过程。

为实现上述目的，本发明提供一种断路器数字仿真装置，所述装置包括：操作模块、机构模块、触头模块、介质模块、断路器模块；

所述操作模块，用于产生操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号、介质故障信号、打压信号；

所述机构模块，分别与所述操作模块、所述触头模块相连，用于根据所述操作模块发送的操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号和所述触头模块发送的触头状态确定机构状态；所述机构状态包括机构分操作状态、机构合操作状态和机构故障状态；

所述触头模块，与所述机构模块相连，用于根据所述机构模块发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定触头状态；

所述介质模块，分别与所述操作模块、所述机构模块相连，用于根据所述操作模块发送的介质故障信号和打压信号、所述机构模块发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定介质状态；

所述断路器模块，分别与所述机构模块、所述触头模块、所述介质模块相连，用于根据所述机构模块发送的机构故障状态、所述触头模块发送的触头状态和所述介质模块发送的介质状态确定断路器状态。

可选的，所述机构模块包括：

故障确定单元，与所述操作模块相连，用于根据所述操作模块发送的机构故障信号确定机构故障状态和储能故障状态；

储能单元，分别与所述操作模块、所述触头模块、所述故障确定单元相连，用于根据所述操作模块发送的操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、所述触头模块发送的触头状态、所述故障确定单元发送的储能故障状态确定机构分闸储能状态和机构合闸储能状态；

机构状态确定单元，分别与所述操作模块、所述储能单元和所述故障确定单元相连，用于根据所述操作模块发送的操作分闸信号、操作合闸信号和所述储能单元发送的机构分闸储能状态、机构合闸储能状态、所述故障确定单元发送的机构故障状态确定机构分操作状态和机构合操作状态。

可选的，所述介质模块包括：

介质压力确定单元，与所述操作模块和所述机构模块相连，用于根据所述操作模块发送的打压信号、介质故障信号、所述机构模块发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定介质压力。

介质状态确定单元，分别与所述机构模块、所述介质压力确定单元相连，用于根据所述机构模块发送的机构分操作状态和机构合操作状态、所述介质压力发送的介质压力确定介质状态。

可选的，各个模块之间通过接口连接。

本发明还提供一种断路器数字仿真方法，所述方法包括：

获取操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号、介质故障信号、打压信号；

根据所述操作分闸信号、所述操作合闸信号、所述储能信号、所述机构故障信号和所述触头状态确定机构状态；所述机构状态包括机构分操作状态、机构合操作状态和机构故障状态；

根据所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定触头状态；

根据所述介质故障信号、所述打压信号、所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定介质状态；

根据所述机构故障状态、所述触头状态和所述介质状态确定断路器状态。

可选的，所述根据操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号和触头状态确定机构状态，具体包括：

根据所述机构故障信号确定机构故障状态和储能故障状态；

根据所述操作分闸信号、所述操作合闸信号、所述储能信号、所述触头状态、所述储能故障状态确定机构分闸储能状态和机构合闸储能状态；

根据所述操作分闸信号、所述操作合闸信号、所述机构分闸储能状态、所述机构合闸储能状态和所述机构故障状态确定机构分操作状态和机构合操作状态。

可选的，所述根据所述介质故障信号、所述打压信号、所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定介质状态，具体包括：

根据所述打压信号、所述介质故障信号、所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定介质压力；

根据所述机构分操作状态、所述机构合操作状态和所述介质压力确定介质状态。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明操作模块产生操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号、介质故障信号、打压信号；所述机构模块根据所述操作模块发送的操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号和所述触头模块发送的触头状态确定机构分操作状态、机构合操作状态和机构故障状态；所述触头模块根据所述机构模块发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定触头状态；所述介质模块根据所述操作模块发送的介质故障信号和打压信号、所述机构模块发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定介质状态；所述断路器模块根据所述机构模块发送的所述机构故障状态、所述触头模块发送的触头状态和所述介质模块发送的所述介质状态确定断路器状态，在仿真培训中能够简易准确、实时描述断路器的工作过程。

附图说明

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

图1为本发明实施例断路器数字仿真装置结构图；

图2为本发明实施例机构模块结构图；

图3为本发明实施例介质模块结构图；

图4为本发明实施例断路器数字仿真方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种断路器数字仿真装置及方法及系统，以实现简易准确、实时描述断路器的工作过程。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例断路器数字仿真装置结构图；如图1所示，一种断路器数字仿真装置，所述装置包括：操作模块1、机构模块2、触头模块3、介质模块4、断路器模块5。

所述操作模块1，用于产生操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号、介质故障信号、打压信号。

所述机构模块2，通过接口分别与所述操作模块1、所述触头模块3相连，用于根据所述操作模块1发送的操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号和所述触头模块3发送的触头状态确定机构状态；所述机构状态包括所述机构分操作状态、机构合操作状态和机构故障状态。

具体的，如图2所示；所述机构模块2包括：故障确定单元21、储能单元22和机构状态确定单元23。

故障确定单元21，通过接口与所述操作模块1相连，用于根据所述操作模块1发送的机构故障信号确定机构故障状态和储能故障状态。

储能单元22，通过接口分别与所述操作模块1、所述触头模块3、所述故障确定单元21相连，用于根据所述操作模块1发送的操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、所述触头模块3发送的触头状态、所述故障确定单元21发送的储能故障状态确定机构分闸储能状态和机构合闸储能状态。

具体的，操作合闸信号为“有信号输入”、操作分闸信号为“无信号输入”、触头状态为断开、前一刻的机构合闸储能状态为“已储能”、前一刻的机构分闸储能状态表示“未储能”、储能故障状态为“无故障”时，则当前机构合闸储能状态为“已储能”；否则当前机构合闸储能状态为“未储能”。

操作合闸信号为“无信号输入”、操作分闸信号为“有信号输入”、触头状态为闭合，前一刻的机构分闸储能状态表示“已储能”、前一刻的机构合闸储能状态表示“未储能”时、储能故障状态为“无故障”时，则前机构分闸储能状态为“已储能”；否则当前机构分闸储能状态为“未储能”。

一次合闸过程完成后，按照实际装置的储能时间对分闸储能进行计时，当时间达到，分闸储能完成，机构分闸储能状态为“已储能”，否则机构分闸储能状态为“未储能”。

一次分闸过程完成后，按照实际装置的储能时间对合闸储能进行计时，当时间达到，合闸储能完成，机构合闸储能状态为“已储能”，否则机构合闸储能状态为“未储能”。

当储能信号为“有信号输入”时，由外部进行储能，当时间达到，机构合闸储能状态为“已储能”。

机构状态确定单元23，通过接口分别与所述操作模块1、所述储能单元22和所述故障确定单元21相连，用于根据所述操作模块1发送的操作分闸信号、操作合闸信号和所述储能单元22发送的机构分闸储能状态、机构合闸储能状态、所述故障确定单元21发送的机构故障状态确定机构分操作状态和机构合操作状态。

具体的，机构分闸储能状态为“已储能”，机构合闸储能状态为“未储能”，操作分闸信号为“有信号输入”，操作合闸信号为“无信号输入”，机构故障状态为“无故障”时，则机构分操作状态为“有信号输入”，否则机构分操作状态为“无信号输入”。

机构分闸储能状态为“未储能”、机构合闸储能状态为“已储能”、操作合闸信号为“有信号输入”、操作分闸信号为“无信号输入”时、机构故障状态为“无故障”时，则机构合操作状态为“有信号输入”，否则机构合操作状态为“无信号输入”。

所述触头模块3，通过接口与所述机构模块2相连，用于根据所述机构模块2发送的所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定触头状态。

具体的，当机构分操作状态为“有信号输入”时，则触头状态为“闭合”。

当机构合操作状态为“有信号输入”时，则触头状态为“断开”。

所述介质模块4，通过接口分别与所述操作模块1、所述机构模块2相连，用于根据所述操作模块1发送的介质故障信号和打压信号、所述机构模块2发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定介质状态。

具体的，如图3所示；所述介质模块4包括：介质压力确定单元31和介质状态确定单元32。

介质压力确定单元31，通过接口与所述操作模块1和所述机构模块2相连，用于根据所述操作模块1发送的打压信号、介质故障信号、所述机构模块2发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定介质压力。

具体的，当打压信号为“有信号输入”、机构分操作状态为“有信号输入”、机构合操作状态为“无信号输入”或机构分操作状态为“无信号输入”、机构合操作状态为“有信号输入”时，按照断路器实际的压力变化特征，确定介质压力。

介质状态确定单元32，通过接口分别与所述机构模块2、所述介质压力确定单元31相连，用于根据所述机构模块2发送的机构分操作状态和机构合操作状态、所述介质压力发送的介质压力确定介质状态；所述介质状态包括：介质正常和介质非正常。

具体的，当前的介质压力高于能够满足1次合闸操作所需要的介质压力、且机构分操作状态为“无信号输入”、机构合操作状态为“有信号输入”时，则介质状态为“介质正常”；否则介质状态为“介质非正常”。

当前的介质压力高于能够满足1次分闸操作所需要的介质压力、机构分操作状态为“有信号输入”、机构合操作状态为“无信号输入”时，则介质状态为“介质正常”；否则介质状态为“介质非正常”。

所述断路器模块5，通过接口分别与所述机构状态、所述触头模块3、所述介质模块4相连，用于根据所述机构模块2发送的机构故障状态、所述触头模块3发送的触头状态和所述介质模块4发送的介质状态确定断路器状态；所述断路器状态包括：断路器闭合、断路器断开和断路器故障。

具体的，机构故障状态为“无故障”，介质状态为“介质正常”时，断路器状态由触头状态决定。

机构故障状态为“有故障”或介质状态为“介质非正常”时，断路器状态为“有故障”。

本发明操作模块1产生操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号、介质故障信号、打压信号；所述机构模块2根据所述操作模块1发送的操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号和所述触头模块3发送的触头状态确定机构分操作状态、机构合操作状态和机构故障状态；所述触头模块3根据所述机构模块2发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定触头状态；所述介质模块4根据所述操作模块1发送的介质故障信号和打压信号、所述机构模块2发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定介质状态；所述断路器模块5根据所述机构模块2发送的机构故障状态、所述触头模块3发送的触头状态和所述介质模块4发送的介质状态确定断路器状态，在仿真培训中能够简易准确、实时描述断路器的工作过程，克服了仿真结果容易发散，且实时性方面也难以满足要求的问题。

图4为本发明实施例断路器数字仿真方法流程图，如图4所示，本发明还提供一种断路器数字仿真方法，所述方法包括：

步骤401：获取操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号、介质故障信号、打压信号。

步骤402：根据所述操作分闸信号、所述操作合闸信号、所述储能信号、所述机构故障信号和所述触头状态确定机构状态；所述机构状态包括机构分操作状态、机构合操作状态和机构故障状态。

步骤402具体包括：

步骤4021：根据所述机构故障信号确定机构故障状态和储能故障状态。

步骤4022：根据所述操作分闸信号、所述操作合闸信号、所述储能信号、所述触头状态、所述储能故障状态确定机构分闸储能状态和机构合闸储能状态。

步骤4023：根据所述操作分闸信号、所述操作合闸信号、所述机构分闸储能状态、所述机构合闸储能状态和所述机构故障状态确定机构分操作状态和机构合操作状态。

步骤403：根据所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定触头状态。

步骤404：根据所述介质故障信号、所述打压信号、所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定介质状态。

步骤404具体包括：

步骤4041：根据所述打压信号、所述介质故障信号、所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定介质压力。

步骤4042：根据所述机构分操作状态、所述机构合操作状态和所述介质压力确定介质状态。

步骤405：根据所述机构故障状态、所述触头状态和所述介质状态确定断路器状态。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种断路器数字仿真装置，其特征在于，所述装置包括：操作模块、机构模块、触头模块、介质模块、断路器模块；

所述操作模块，用于产生操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号、介质故障信号、打压信号；

所述机构模块，分别与所述操作模块、所述触头模块相连，用于根据所述操作模块发送的操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号和所述触头模块发送的触头状态确定机构状态；所述机构状态包括机构分操作状态、机构合操作状态和机构故障状态；

所述触头模块，与所述机构模块相连，用于根据所述机构模块发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定触头状态；

所述介质模块，分别与所述操作模块、所述机构模块相连，用于根据所述操作模块发送的介质故障信号和打压信号、所述机构模块发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定介质状态；

所述断路器模块，分别与所述机构模块、所述触头模块、所述介质模块相连，用于根据所述机构模块发送的机构故障状态、所述触头模块发送的触头状态和所述介质模块发送的介质状态确定断路器状态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机构模块包括：

故障确定单元，与所述操作模块相连，用于根据所述操作模块发送的机构故障信号确定机构故障状态和储能故障状态；

储能单元，分别与所述操作模块、所述触头模块、所述故障确定单元相连，用于根据所述操作模块发送的操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、所述触头模块发送的触头状态、所述故障确定单元发送的储能故障状态确定机构分闸储能状态和机构合闸储能状态；

机构状态确定单元，分别与所述操作模块、所述储能单元和所述故障确定单元相连，用于根据所述操作模块发送的操作分闸信号、操作合闸信号和所述储能单元发送的机构分闸储能状态、机构合闸储能状态、所述故障确定单元发送的机构故障状态确定机构分操作状态和机构合操作状态。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述介质模块包括：

介质压力确定单元，与所述操作模块和所述机构模块相连，用于根据所述操作模块发送的打压信号、介质故障信号、所述机构模块发送的机构分操作状态和机构合操作状态确定介质压力。

介质状态确定单元，分别与所述机构模块、所述介质压力确定单元相连，用于根据所述机构模块发送的机构分操作状态和机构合操作状态、所述介质压力发送的介质压力确定介质状态。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，各个模块之间通过接口连接。

5.一种断路器数字仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

获取操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号、介质故障信号、打压信号；

根据所述操作分闸信号、所述操作合闸信号、所述储能信号、所述机构故障信号和所述触头状态确定机构状态；所述机构状态包括机构分操作状态、机构合操作状态和机构故障状态；

根据所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定触头状态；

根据所述介质故障信号、所述打压信号、所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定介质状态；

根据所述机构故障状态、所述触头状态和所述介质状态确定断路器状态。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据操作分闸信号、操作合闸信号、储能信号、机构故障信号和触头状态确定机构状态，具体包括：

根据所述机构故障信号确定机构故障状态和储能故障状态；

根据所述操作分闸信号、所述操作合闸信号、所述储能信号、所述触头状态、所述储能故障状态确定机构分闸储能状态和机构合闸储能状态；

根据所述操作分闸信号、所述操作合闸信号、所述机构分闸储能状态、所述机构合闸储能状态和所述机构故障状态确定机构分操作状态和机构合操作状态。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述介质故障信号、所述打压信号、所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定介质状态，具体包括：

根据所述打压信号、所述介质故障信号、所述机构分操作状态和所述机构合操作状态确定介质压力；

根据所述机构分操作状态、所述机构合操作状态和所述介质压力确定介质状态。