CN108226770A - 一种断路器故障诊断方法 - Google Patents

一种断路器故障诊断方法 Download PDF

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杨洁民
彭福琨
王赢
钟昆禹
贺尧
陈培龙
温佐川
程果
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Abstract

本发明公开了一种断路器故障诊断方法，本发明通过对断路器分、合闸线圈电流进行电流录波采样，得到断路器分、合闸线圈带电的起始时刻，通过对交流滤波器高压断路器的电流进行录波采样，得到断路器断开灭弧完毕、断路器触头然弧时刻，计算断路器分闸线圈有电流时刻与断路器无电流时刻的时间差，即为断路器的开断时间，计算断路器合闸线圈有电流时刻与断路器有电流时刻的时间差，即为断路器的关合时间，通过对滤波器断路器分合闸时刻的电流来计算断路器分闸时的燃弧时间，通过断路器分合闸线圈电流判断断路器的分合闸线圈电阻是否正常、分合闸回路是否完好、断路器的分合闸辅助开关是否运行正常。

Description

一种断路器故障诊断方法
技术领域
本发明涉及电力设备检测方法，具体涉及一种断路器故障诊断方法。
背景技术
在高压直流输电工程系统中，交流滤波器是高压直流工程必不可少的设备，为了投切交流滤波器，安装了的交流滤波器断路器，由于交流滤波器在直流负荷调整期间需频繁投切，其断路器在1天内会操作2-4次，一年内操作次数在500-600次以上，断路器的操作次数愈多，出现故障的概率愈大。对交流滤波器断路器的在线检测有很大的必要性。
现有的高压直流输电工程系统中，为了减少交流滤波器的投切过程中的冲击电流和操作过电压，有效保护交流滤波器中的一次设备，在交流滤波器断路器控制回路中，加装了断路器合闸角控制装置，合闸角控制装置可以控制断路器合闸时合闸在系统电压的过零点，减少交流滤波器投入时的冲击电流，断路器分闸时分闸在系统电压90°位置(即交流滤波器的电流过零点)，减少交流滤波器的操作过电压。如图1-4所示，在这种断路器分合运行状态下，断路器每次合闸均在系统电压的过零点，并且交流滤波器的电流是额定的，断路器每次合闸时的燃弧时间是相同的；断路器每次分闸均在系统电压90°位置(即交流滤波器的电流过零点)，并且交流滤波器的电流是额定的，断路器每次分闸时的燃弧时间是相对恒定的
高压断路器的分合闸时间是断路器在线监测的一项重要内容，也是衡量断路器状态的一个重要指标，其有关参数定义如下：
合闸时间：从接到合闸指令瞬间起到断路器的所有极触头都接触瞬间为止的时间；
分闸时间：从接到分闸指令瞬间起到断路器的极触头都分离瞬间为止的时间；
相间合闸不同期时间：断路器三相合闸时间最大值和最小值之间的差值，即为相间合闸不同期时间；
相间分闸不同期时间：断路器三相分闸时间最大值和最小值之间的差值，即为相间分闸不同期时；
关合时间：从接到合闸指令瞬间起到断路器出现电流时刻瞬间为止的时间；
开断时间：从接到分闸指令瞬间起到断路器无电流时刻瞬间为止的时间；
燃弧时间：在断路器灭弧室有电弧的时间。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种断路器故障诊断方法，以及时发现断路器的故障情况。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种断路器故障诊断方法，包括
录取断路器三相分合闸线圈电流波形，将断路器三相分合闸线圈的有电流时刻作为分合闸线圈带电的三相分闸命令起始时刻TfqA、TfqB、TfqC和三相合闸命令起始时刻ThqA、ThqB、ThqC；
录取流过断路器电流波形，将断路器CT无电流时刻和有电流时刻作为断路器三相开断时刻TfkAˊ、TfkBˊ、TfkCˊ和断路器三相关合时刻ThgAˊ、ThgBˊ、ThgCˊ，分析计算出断路器的关合时间、开断时间；
对每次分闸线圈的电流进行判断，如分闸线圈电流无异常，说明断路器的操作机构部分没有问题，再利用断路器的开断时间和断路器预防性试验时测量的断路器分闸时间的时间差，得到断路器的分闸时的燃弧时间；
对每次合闸线圈的电流进行判断，如合闸线圈电流无异常，说明断路器的操作机构部分没有问题，再利用断路器的关合时间和断路器预防性试验时测量的断路器合闸时间的时间差，得到断路器的合闸时的燃弧时间；
利用历次断路器分合闸时计算得的断路器分合闸时的燃弧时间进行对比，如果分合闸时的燃弧时间增加到一个阀值，说明断路器的SF6绝缘性能有问题或断路器的灭弧机构有问题；
利用历次断路器开断时间和关合时间进行对比分析，或同一时间的三相断路器的开断时间和关合时间进行对比分析，如果断路器开断时间增加到一个阀值或断路器关合时间增加或减少到一个阀值，说明断路器的SF6绝缘性性能、断路器的灭弧机构、断路器的操作机构有问题。
一种断路器故障诊断方法，包括
录取断路器三相分合闸线圈电流波形，将断路器三相分合闸线圈的有电流时刻作为分合闸线圈带电的三相分闸命令起始时刻TfqA、TfqB、TfqC和三相合闸命令起始时刻ThqA、ThqB、ThqC；
录取流过断路器电流波形，将断路器CT无电流时刻和有电流时刻作为断路器三相开断时刻TfkAˊ、TfkBˊ、TfkCˊ和断路器三相关合时刻ThgAˊ、ThgBˊ、ThgCˊ；
录取断路器分合闸时的系统电压，检测断路器关合时刻是否在电压过零点合闸，断路器开断时刻是否在电压90°时分闸，同时检测断路器分合闸线圈电流分合闸命令的顺序和时间差，以此判断断路器合闸角装置发的分合闸命令是否正常。
通过在交流滤波器断路器分合闸线圈回路中接入霍尔电流传感器或交流电流钳型表来录取断路器三相分合闸线圈电流波形。
通过在交流滤波器断路回路CT回路上接入交流电流钳型表来录取流过断路器电流波形。
所述分析计算出断路器的关合时间、开断时间的过程为：
分别计算断路器三相的分闸命令起始时刻TfqA、TfqB、TfqC和断路器三相开断时刻TfkAˊ、TfkBˊ、TfkCˊ的时间差，即得到断路器的三相开断时间TfkA、TfkB、TfkC；
分别计算断路器三相的合闸命令起始时刻ThqA、ThqB、ThqC；和断路器三相关合时刻ThgAˊ、ThgBˊ、ThgCˊ的时间差，即得到断路器三相的关合时间ThgA、ThgB、ThgC。
所述录取断路器三相分合闸线圈电流波形以及录取流过断路器电流波形的电流采样信号的采样频率要求在10000Hz以上。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明通过对断路器分、合闸线圈电流进行电流录波采样，得到断路器分、合闸线圈带电的起始时刻，通过对交流滤波器高压断路器的电流进行录波采样，得到断路器断开灭弧完毕、断路器触头然弧时刻，计算断路器分闸线圈有电流时刻与断路器无电流时刻的时间差，即为断路器的开断时间，计算断路器合闸线圈有电流时刻与断路器有电流时刻的时间差，即为断路器的关合时间，通过对滤波器断路器分合闸时刻的电流来计算断路器分闸时的燃弧时间，分闸时间＝断路器开断时间-燃弧时间；合闸时间＝断路器关合时间+燃弧时间。
通过断路器分合闸线圈电流判断断路器的分合闸线圈电阻是否正常、分合闸回路是否完好、断路器的分合闸辅助开关是否运行正常，以及判断断路器分合闸电磁铁铁芯机构有无卡涩、变形、脱扣失灵现象。
可以通过历次分合闸时间来计算出断路器燃弧时间，如果在断路器合闸期间燃弧时间长和断路器在分闸期间燃弧时间也长，说明断路器的绝缘介质或灭弧机构或操作连杆部分出现了问题。
利用历次断路器开断时间和关合时间进行对比分析，或同一时间的三相断路器的开断时间和关合时间进行对比分析，如果断路器开断时间增加到一个阀值或关合时间增加或减少到一个阀值，说明断路器的SF6绝缘性能、断路器的灭弧机构、断路器的操作机构有问题。
同时通过录取断路器分合闸时的系统电压，检测断路器关合时刻是否在电压过零点合闸，断路器开断时刻是否在电压90°时分闸，同时检测断路器分合闸线圈电流分合闸命令的顺序和时间差，以此判断断路器合闸角装置发的分合闸命令是否正常。
附图说明
图1为断路器合闸时断路器电流和系统电压关系图。
图2为断路器分闸时断路器电流和系统电压关系图。
图3为断路器断路器电流、断路器合闸线圈电流、断路器合闸时间、关合时间、燃弧时间时序示意图；
图4为断路器断路器电流、断路器分闸线圈电流、断路器分闸时间、开断时间、燃弧时间时序示意图；
图5为本发明实施例1提供的断路器故障诊断方法流程示意图；
图6为断路器分合闸线圈典型录波波形图；
图7为本发明实施例2提供的断路器故障诊断方法流程示意图；
图8为采用本发明方法所组成的的检测系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例1：
如图5和8所示，本实施例提供的断路器故障诊断方法包括：
在断路器三相分合闸线圈回路中接入霍尔电流传感器或交流电流传感器，将霍尔电流传感器或交流电流传感器的电流信息接入故障录波装置中，并在分合闸线圈有电流时启动故障录波装置，录取分合闸线圈有电流信息；
在断路器三相CT二次回路中接入交流钳型电流表，将交流钳型电流表的电流信息或直接将断路器CT二次回路接入故障录波装置中，并在断路器电流发生突变时启动故障录波装置，录波流过断路器的电流信息；
通过录取的交流滤波器高压断路器三相分合闸线圈的有电流时刻作为分合闸线圈带电的三相分闸命令起始时刻TfqA、TfqB、TfqC和三相合闸命令起始时刻ThqA、ThqB、ThqC；
通过录取的交流滤波器高压断路器三相CT电流，将断路器CT无电流时刻和有电流时刻作为断路器三相开断时刻TfkAˊ、TfkBˊ、TfkCˊ和断路器三相关合时刻ThgAˊ、ThgBˊ、ThgCˊ；
分别计算断路器三相的分闸命令起始时刻TfqA、TfqB、TfqC和断路器三相开断时刻TfkAˊ、TfkBˊ、TfkCˊ的时间差，即得到断路器的三相开断时间TfkA、TfkB、TfkC；
分别计算断路器三相的合闸命令起始时刻ThqA、ThqB、ThqC；和断路器三相关合时刻ThgAˊ、ThgBˊ、ThgCˊ的时间差，即得到断路器三相的关合时间ThgA、ThgB、ThgC；
对每次分闸线圈的电流进行判断，如分闸线圈电流无异常，说明断路器的操作机构部分没有问题，再利用计算出的三相的开断时间TfkA、TfkB、TfkC和断路器预防性试验时测量的断路器分闸时间的时间差，得到断路器的分闸时的燃弧时间；
对每次合闸线圈的电流进行判断，如合闸线圈电流无异常，说明断路器的操作机构部分没有问题，利用计算出的三相的关合时间ThgA、ThgB、ThgC和断路器预防性试验时测量的断路器合闸时间的时间差，得到断路器的合闸时的燃弧时间；
利用历次断路器分合闸时计算得的断路器分合闸时的燃弧时间进行对比，如果分合闸时的燃弧时间增加到一个阀值，说明断路器的SF6绝缘性能有问题或断路器的灭弧机构有问题或是断路器的传动部分元件有问题。
具体地，通过断路器分合闸线圈电流来判断断路器分合闸线圈和操作机构是否有故障的过程为：
铁磁线圈的分闸运动过程大致可以分为以下4个阶段：
(1)铁芯触动阶段)t01＝t1-t0，t0为断路器分(合)命令到达时刻，是断路器分、合时间计时起点；t1为线圈中电流、磁通上升到足以驱动铁芯运动，即铁芯开始运动的时刻，在这一过程中，电流不断增大，直到产生的电磁力大于铁心的所受到的外界阻力为止。此阶段为铁芯通电后准备向上运动阶段。
(2)铁芯运动阶段：t12＝t2-t1，在此期间，铁芯在电磁力的作用下，克服了重力、弹簧力等阻力，开始加速运动，直到铁芯撞上分合闸锁扣装置(如锁闩或阀门等)为止。根据这一阶段的电流波形，可诊断铁芯的运动状态，例如铁芯运动有无卡涩以及脱扣、释能机械负载变动的情况。如果此阶段和历史数据相比较拉长了电磁铁铁芯机构有卡涩、变形等情况，需要对分合闸线圈进行检查。
(3)触头分合闸阶段：t23＝t3-t2，当铁芯撞上合闸锁扣装置锁闩或阀门，铁芯停止运动。这一阶段是通过断路器操作机构带动断路器触头分、合闸的过程，电流开始增大，使分闸弹簧开始分闸。t3～t2可以反映断路器操作机构运动的情况，t3为断路器辅助接点切除时刻，。如图6所示，在t3～t2期间由于分合闸线圈内的铁芯没有运动，t3～t2期间分合闸线圈的电流在迅速上升到最大直流电流，可以通过站用直流电压除以该最大电流，得到分合闸线圈的直流电阻，通过直流电阻可以判断分合闸线圈是否正常；t3～t2期间已是断路器操作机构对断路器拉杆的动作时间，如果该时间比历史数据拉长，可以判断断路器的操作机构有问题。
(4)电流切断阶段：t34＝t4-t3，t3断路器辅助接点切除时刻断路器辅助接点等效电阻迅速增大，直到断路器辅助接点电弧完全熄灭。t3到t4是断路器辅助接点切断分合闸线圈回路的过程，如果该时间和历史数据长，说明断路器辅助接点有异常，如断路器辅助接点受潮、操作机构对断路器辅助接点的操作机械部分出现问等现象。
通过分合闸线圈电流波形和历史数据的比较，可以说明通过断路器分合闸线圈电流判断断路器的分合闸线圈电阻是否正常、分合闸回路是否完好、断路器的分合闸辅助开关是否运行正常，以及判断断路器分合闸电磁铁铁芯机构有无卡涩、变形、脱扣失灵现象。
可以通过历次分合闸时间来计算出断路器燃弧时间，如果在断路器合闸期间燃弧时间长和断路器在分闸期间燃弧时间也长，说明断路器的绝缘介质或灭弧机构或操作连杆部分出现了问题。
利用历次断路器开断时间和关合时间进行对比分析，或同一时间的三相断路器的开断时间和关合时间进行对比分析，如果断路器开断时间增加到一个阀值或关合时间增加或减少到一个阀值，说明断路器的SF6绝缘性能、断路器的灭弧机构、断路器的操作机构有问题。
由上述分析可知，通过采用本实施提供的方法，可以检测判断出断路器的SF6绝缘性能有问题或断路器的灭弧机构有问题或是断路器的传动部分元件有问题，同时也可以判断出断路器分合闸线圈和操作机构是否有故障问题
作为本实施例的一种优选，对分闸、合闸线圈的电流采样信号，对断路器CT电流采样信号的采样频率要求在10000Hz以上，使监测的时间精度为0.1毫秒以上，以进一步保证监测结果的准确性。
实施例2
如图7和8所示，本实施例提供的提供的断路器故障诊断方法包括：
在断路器三相分合闸线圈回路中接入霍尔电流传感器或交流电流传感器，将霍尔电流传感器或交流电流传感器的电流信息接入故障录波装置中，并在分合闸线圈有电流时启动故障录波装置，录取分合闸线圈有电流信息。
通过录取的交流滤波器高压断路器三相分合闸线圈的有电流时刻作为分合闸线圈带电的三相分闸命令起始时刻TfqA、TfqB、TfqC和三相合闸命令起始时刻ThqA、ThqB、ThqC。
监测三相合闸命令是按照A-C-B顺序进行合闸，并且A-C-B三相合闸命令间隔3.3ms。
监测三相分闸命令是按照A-B-C顺序进行分闸，并且A-B-C三相分闸命令间隔6.6ms。
在断路器三相CT二次回路中接入交流钳型电流表，将交流钳型电流表的电流信息或直接将断路器CT二次回路接入故障录波装置中，并在断路器电流发生突变时启动故障录波装置，录波流过断路器的电流信息。
通过录取的交流滤波器高压断路器三相CT电流，将断路器CT无电流时刻和有电流时刻作为断路器三相开断时刻TfkAˊ、TfkBˊ、TfkCˊ和断路器三相关合时刻ThgAˊ、ThgBˊ、ThgCˊ。
监测断路器合闸时三相有电流时刻分别在三相系统电压过零点；
监测断路器分闸时三相无电流时刻分别在三相在系统电压90°时刻。
通过断路器合闸命令时刻和断路器合闸时有电流时刻综合判断断路器合闸角装置是否正常。
通过断路器分闸命令时刻和断路器合闸时无电流时刻综合判断断路器合闸角装置是否正常。
由上述分析可知，通过采用本实施例提供的方法能够判断出断路器合闸角装置是否运行正常。
作为本实施例的一种优选，对分闸、合闸线圈的电流采样信号，对断路器CT电流采样信号的采样频率要求在10000Hz以上，使监测的时间精度为0.1毫秒以上，以进一步保证监测结果的准确性。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种断路器故障诊断方法，其特征在于，包括
录取断路器三相分合闸线圈电流波形，将断路器三相分合闸线圈的有电流时刻作为分合闸线圈带电的三相分闸命令起始时刻TfqA、TfqB、TfqC和三相合闸命令起始时刻ThqA、ThqB、ThqC；
录取流过断路器电流波形，将断路器CT无电流时刻和有电流时刻作为断路器三相开断时刻TfkAˊ、TfkBˊ、TfkCˊ和断路器三相关合时刻ThgAˊ、ThgBˊ、ThgCˊ，分析计算出断路器的关合时间、开断时间；
对每次分闸线圈的电流进行判断，如分闸线圈电流无异常，说明断路器的操作机构部分没有问题，再利用断路器的开断时间和断路器预防性试验时测量的断路器分闸时间的时间差，得到断路器的分闸时的燃弧时间；
对每次合闸线圈的电流进行判断，如合闸线圈电流无异常，说明断路器的操作机构部分没有问题，再利用断路器的关合时间和断路器预防性试验时测量的断路器合闸时间的时间差，得到断路器的合闸时的燃弧时间；
利用历次断路器分合闸时计算得的断路器分合闸时的燃弧时间进行对比分析，如果分合闸时的燃弧时间增加到一个阀值，说明断路器的SF6绝缘性能有问题或断路器的灭弧机构有问题；
利用历次断路器开断时间和关合时间进行对比分析，或同一时间的三相断路器的开断时间和关合时间进行对比分析，如果断路器开断时间增加到一个阀值或断路器关合时间增加或减少到一个阀值，说明断路器的SF6绝缘性性能、断路器的灭弧机构、断路器的操作机构有问题。
2.一种断路器故障诊断方法，其特征在于，包括
录取断路器三相分合闸线圈电流波形，将断路器三相分合闸线圈的有电流时刻作为分合闸线圈带电的三相分闸命令起始时刻TfqA、TfqB、TfqC和三相合闸命令起始时刻ThqA、ThqB、ThqC；
录取流过断路器电流波形，将断路器CT无电流时刻和有电流时刻作为断路器三相开断时刻TfkAˊ、TfkBˊ、TfkCˊ和断路器三相关合时刻ThgAˊ、ThgBˊ、ThgCˊ；
录取断路器分合闸时的系统电压，检测断路器关合时刻是否在电压过零点合闸，断路器开断时刻是否在电压90°时分闸，同时检测断路器分合闸线圈电流分合闸命令的顺序和时间差，以此判断断路器合闸角装置发的分合闸命令是否正常。
3.如权利要求1或2所述的断路器故障诊断方法，其特征在于，通过在交流滤波器断路器分合闸线圈回路中接入霍尔电流传感器或交流电流钳型表或直接接入分合闸线圈回路来录取断路器三相分合闸线圈电流波形。
4.如权利要求1或2所述的断路器故障诊断方法，其特征在于，通过在交流滤波器断路CT回路上接入交流电流钳型表或直接接入断路CT回路来录取流过断路器电流波形。
5.如权利要求1所述的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述分析计算出断路器的关合时间、开断时间的过程为：
分别计算断路器三相的分闸命令起始时刻TfqA、TfqB、TfqC和断路器三相开断时刻TfkAˊ、TfkBˊ、TfkCˊ的时间差，即得到断路器的三相开断时间TfkA、TfkB、TfkC；
分别计算断路器三相的合闸命令起始时刻ThqA、ThqB、ThqC；和断路器三相关合时刻ThgAˊ、ThgBˊ、ThgCˊ的时间差，即得到断路器三相的关合时间ThgA、ThgB、ThgC。
6.如权利要求1或2所述的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述录取断路器三相分合闸线圈电流波形以及录取流过断路器电流波形的电流采样信号的采样频率要求在10000Hz以上。
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