CN108226771A - 交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法 - Google Patents

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杨洁民
王赢
彭福琨
钟昆禹
贺尧
陈培龙
温佐川
黄章强
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    • G01R31/3271—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of high voltage or medium voltage devices
    • G01R31/3275—Fault detection or status indication

Abstract

本发明公开了交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，包括录取断路器分合闸线圈电流波形，通过断路器分合闸线圈电流波形分析出断路器的分合闸起始时刻；录取流过断路器电流波形，通过断路器电流的录波波形分析出断路器的关合时间、开断时间，分析出断路器在分合闸时刻的燃弧时间；通过断路器的分合闸起始时刻，断路器的关合时间、开断时间、断路器在分合闸时刻的燃弧时间，计算出断路器的分合闸时间、断路器的相间合闸不同期时间、断路器的相间分闸不同期时间。通过对断路器的分合闸时间、断路器的相间合闸不同期时间、断路器的相间分闸不同期时间历次分析对比，判断出断路器的操作机构性能和断路器的绝缘性能，为断路器状态检修提供依据。

Description

交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法
技术领域
本发明涉及电力设备检测，具体涉及一种交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法。
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1-2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，提供一种交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，以衡量断路器的状态，及时地发现故障。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，包括
录取断路器分合闸线圈电流波形，通过断路器分合闸线圈电流波形分析出断路器的分合闸起始时刻；
录取流过断路器电流波形，通过断路器电流的录波波形分析出断路器的关合时间、开断时间，同时分析出断路器在分合闸时刻的燃弧时间；
通过断路器的分合闸起始时刻，断路器的关合时间、开断时间、断路器在分合闸时刻的燃弧时间，计算出断路器的分合闸时间、断路器的相间合闸不同期时间、断路器的相间分闸不同期时间。
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分合闸线圈电流波形。
通过在交流滤波器断路器CT回路上接入交流电流钳型表或直接接入断路器CT回路来录取流过断路器电流波形。
所述通过断路器分合闸线圈电流波形分析出断路器的分合闸起始时刻的过程为：
通过录取的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。
所述通过断路器电流的录波波形分析出断路器的关合时间、开断时间，同时分析出断路器在分合闸时刻的燃弧时间的过程为：
通过录取的断路器三相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；
通过对断路器分合闸时刻录取的断路器电流的波形进行计算分析，得出断路器的分合闸时刻的燃弧时间TfrA、TfrB、TfrC和ThrA、ThrB、ThrC。
所述计算出断路器的分合闸时间的过程为：
分别计算断路器三相的开断时间TfkA、TfkB、TfkC和三相的断路器分闸时的燃弧时间TfrA、TfrB、TfrC的时间差，即得到断路器的三相分闸时间TfA、TfB、TfC；
分别计算断路器三相的关合时间TfkA、TfkB、TfkC和三相的断路器合闸时的燃弧时间ThrA、TfrBf、ThrC的时间差，即得到断路器的三相合闸时间ThA、ThB、ThC。
所述计算出断路器的相间合闸不同期时间的过程为：
取断路器的三相合闸时间ThA、ThB、ThC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相合闸不同期时间Thb；或取断路器的三相关合时间ThkA、ThkB、ThkC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相合闸不同期时间Thb。
所述计算出断路器的相间分闸不同期时间的过程为：
取断路器的三相分闸时间TfA、TfB、TfC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相分闸不同期时间Tfb；或取断路器的三相开断时间TfkA、TfkB、TfkC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相分闸不同期时间Tfb。
所述录取断路器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：
本发明方法通过利用交流滤波器断路器分合闸线圈的电流和断路器CT电流，录取其波形，通过分析计算出断路器的分合闸时间、断路器的相间合闸不同期时间、断路器的相间分闸不同期时间，通过对断路器的分合闸时间、断路器的相间合闸不同期时间、断路器的相间分闸不同期时间历次分析对比，判断出断路器的操作机构性能和断路器的绝缘性能，为断路器状态检修提供依据。
本发明方法可以利用在现有电力系统故障录波系统上，在现有电力系统故障录波系统的基础上加装断路器分合闸线圈电流录波，分析出断路器的分合闸时间。
本发明方法可以利用在现有便携式故障录波仪器上，通过交流电流钳形表录取断路器电流和断路器分合闸线圈电流波形，通过现场试验，由于断路器分合闸线圈电流一般为1-2A，分闸线圈的电流一般持续时间为15ms左右，合闸线圈的电流一般持续时间为30ms左右，分合闸线圈电流在此期间是一个变化的电流，所以交流电流钳形表对断路器分合闸线圈电流有很好的响应性，其录取的电流波形完整精确，满足分合闸时间计算的要求。
附图说明
图1是断路器断路器电流、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2是断路器断路器电流、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3是本发明实施例提供的交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法流程示意图；
图4是采用本发明方法所组成的的检测系统结构示意图；
图5是分闸时刻示意图。
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：
如图3-4所示，本实施例提供的交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法包括：
(1)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。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
(5)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。
(6)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。
(7)通过对断路器分合闸时刻录取的断路器电流的波形进行计算分析，得出断路器的分合闸时刻的燃弧时间TfrA、TfrB、TfrC和ThrA、ThrB、ThrC。
(8)断路器分闸时燃弧时间计算：重点采集在断路器开断过程完成为止这段时间的三相电流录波信号，对该信号采用三倍低通滤波器滤波之后进行数据拟合，预测其后的电流变化情况，然后与实际电流相比较求出触头始分时间点，如示意图5所示，a即为触头始分时刻，也就是分闸时刻。
假设从分闸命令到断路器电流为时间段，每相都有N个采样数据，使用最小二乘法对这N个数据进行数据拟合，解析式为：
式中，Q代表整个表达式的极值；k代表抽样时刻，取值为k＝1,2,…,N；yk代表实际录波电流采样值；xk代表抽样时刻；ai为待求值。
在确定出系数ai后，可以将从分闸命令到断路器完全开断后的时间内每相的p个预测值求出来。然后把预测值与实际值想减并求其绝对值，可求出p个畸变量值：
Δij＝|I'j-Ij|
式中，I'j为预测值、Ij为测量值，j取值为N+1,N+2,…,N+p。当第m个畸变量值超过阈值δ，即Δim＞δ，可认为此点为触头始分点，也就是分闸时刻。求出了分闸时刻，便可得到燃弧时间。
(9)断路器合闸时燃弧时间计算：合闸重点采集在三相出现电流(燃弧起始时刻)至此之后的30ms为止这段时间的三相电流录波信号，与分闸时间确定原理相似，不同的是，合闸拟合曲线从后端向前进行，预测正常情况下之前的电流起始情况，然后与实际电流相比较求出动、静触头接触的时刻，也就是合闸时刻。找到合闸时刻，也就可以得到合闸时间。
假设从三相出现电流后的20ms到30ms时间段，每相都有N个采样数据，使用最小二乘法对这N个数据进行数据拟合，解析式为：
式中，Q代表整个表达式的极值；k代表抽样时刻，取值为k＝1,2,…,N；yk代表实际录波电流采样值；xk代表抽样时刻；ai为待求值。
在确定出系数ai后，可以将从分闸命令到断路器完全开断后的时间内每相的p个预测值求出来。然后把预测值与实际值想减并求其绝对值，可求出p个畸变量值：
Δij＝|I'j-Ij|
式中，I'j为预测值、Ij为测量值，j取值为N-1,N-2,…,N-p。当第m个畸变量值超过阈值δ，即Δim＞δ，可认为此点为触头始合点，也就是合闸时刻。求出了合闸时刻，便可得到合闸时间。
(10)分别计算断路器三相的开断时间TfkA、TfkB、TfkC和三相的断路器分闸时的燃弧时间TfrA、TfrB、TfrC的时间差，即得到断路器的三相分闸时间TfA、TfB、TfC；
(11)分别计算断路器三相的关合时间ThkA、ThkB、ThkC和三相的断路器合闸时的燃弧时间ThrA、ThrB、ThrC的时间差，即得到断路器的三相合闸时间ThA、ThB、ThC；
(12)取断路器的三相分闸时间TfA、TfB、TfC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相分闸不同期时间Tfb；或取断路器的三相开断时间TfkA、TfkB、TfkC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相分闸不同期时间Tfb；
(13)取断路器的三相合闸时间ThA、ThB、ThC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相合闸不同期时间Thb；或取断路器的三相关合时间ThkA、ThkB、ThkC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相合闸不同期时间Thb；
由上述分析可知，本实施例提供交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，通过利用交流滤波器断路器分合闸线圈的电流和断路器CT电流，录取其波形，通过分析计算出断路器的分合闸时间、断路器的相间合闸不同期时间、断路器的相间分闸不同期时间，通过对断路器的分合闸时间、断路器的相间合闸不同期时间、断路器的相间分闸不同期时间历次分析对比，判断出断路器的操作机构性能和断路器的绝缘性能，为断路器状态检修提供依据。
同时，本方法可以利用在现有便携式故障录波仪器上，通过交流电流钳形表录取断路器电流和断路器分合闸线圈电流波形，通过现场试验，由于断路器分合闸线圈电流一般为1-2A，分闸线圈的电流一般持续时间为15ms左右，合闸线圈的电流一般持续时间为30ms左右，分合闸线圈电流在此期间是一个变化的电流，所以交流电流钳形表对断路器分合闸线圈电流有很好的响应性，其录取的电流波形完整精确，满足分合闸时间计算的要求。
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 (9)

1.交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，其特征在于，包括
录取断路器分合闸线圈电流波形，通过断路器分合闸线圈电流波形分析出断路器的分合闸起始时刻；
录取流过断路器电流波形，通过断路器电流的录波波形分析出断路器的关合时间、开断时间，同时分析出断路器在分合闸时刻的燃弧时间；
通过断路器的分合闸起始时刻，断路器的关合时间、开断时间、断路器在分合闸时刻的燃弧时间，计算出断路器的分合闸时间、断路器的相间合闸不同期时间、断路器的相间分闸不同期时间。
2.如权利要求1所述的交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，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分合闸线圈电流波形。
3.如权利要求1或2所述的交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，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。
4.如权利要求1所述的交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，其特征在于，所述通过断路器分合闸线圈电流波形分析出断路器的分合闸起始时刻的过程为：
通过录取的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。
5.如权利要求4所述的交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，其特征在于，所述通过断路器电流的录波波形分析出断路器的关合时间、开断时间，同时分析出断路器在分合闸时刻的燃弧时间的过程为：
通过录取的断路器三相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；
通过对断路器分合闸时刻录取的断路器电流的波形进行计算分析，得出断路器的分合闸时刻的燃弧时间TfrA、TfrB、TfrC和ThrA、ThrB、ThrC。
6.如权利要求5所述的交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，其特征在于，所述计算出断路器的分合闸时间的过程为：
分别计算断路器三相的开断时间TfkA、TfkB、TfkC和三相的断路器分闸时的燃弧时间TfrA、TfrB、TfrC的时间差，即得到断路器的三相分闸时间TfA、TfB、TfC；
分别计算断路器三相的关合时间TfkA、TfkB、TfkC和三相的断路器合闸时的燃弧时间ThrA、TfrBf、ThrC的时间差，即得到断路器的三相合闸时间ThA、ThB、ThC。
7.如权利要求6所述的交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，其特征在于，所述计算出断路器的相间合闸不同期时间的过程为：
取断路器的三相合闸时间ThA、ThB、ThC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相合闸不同期时间Thb；或取断路器的三相关合时间ThkA、ThkB、ThkC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相合闸不同期时间Thb。
8.如权利要求6所述的交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，其特征在于，所述计算出断路器的相间分闸不同期时间的过程为：
取断路器的三相分闸时间TfA、TfB、TfC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相分闸不同期时间Tfb；或取断路器的三相开断时间TfkA、TfkB、TfkC最大值和最小值的时间差，即为断路器三相分闸不同期时间Tfb。
9.如权利要求1所述的交流滤波器高压断路器分合闸时间在线监测方法，其特征在于，所述录取断路器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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