CN109239591B

CN109239591B - 一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法

Info

Publication number: CN109239591B
Application number: CN201811008454.8A
Authority: CN
Inventors: 高平; 朱建高; 令狐绍江; 陈建伟; 许志刚
Original assignee: Shanghai Leiyue Automatic Device Co ltd; Zhejiang Tengen Electric Co Ltd
Current assignee: Shanghai Leiyue Automatic Device Co ltd; Shanghai Tianyixing Intelligent Electric Co ltd; Zhejiang Tengen Electric Co Ltd
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2038-08-31
Also published as: CN109239591A

Abstract

本发明公开了一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法，包含了不同环境温度参数、不同电压值下断路器通断寿命次数的采集，对采集数据进行曲线拟合得到温度影响因子，电压影响因子；通过断路器通断寿命监测数据的预处理和曲线拟合实现连续大范围电流域的触头磨损率检测，通过曲线拟合误差的评估方法提高曲线拟合的精度；断路器触头磨损率的数据曲线拟合函数需要进一步的离散化处理，离散化处理综合考虑满足系统处理器的存储空间和系统运算量；最后断路器控制器系统采用二分法查表技术实现断路器控制器对触头磨损率的快速在线查表运算，可实现断路器在连续大范围电流域内的触头磨损率检测，高精度、连续、宽范围的触头磨损率在线检测技术能够满足低压智能配电技术对于设备健康状态的在线检测最终满足设备智能化运维的要求。

Description

一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法

技术领域

本发明涉及低压电器领域，具体涉及一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法。

背景技术

断路器在电路中起接通、承载和分断正常电路条件下的电流，并能在规定的非正常电路，如短路或过载条件下，接通、承载一定时间及分断电流的作用。断路器是一种机械开关电器，通过动触头与静触头的接触和断开来实现接通和分断电流的功能。在断路器的操作过程中，一方面动、静触头接触和断开时的机械作用力，导致触头的机械磨损；另一方面，在分断电流的过程中，用于电弧、热应力等因素的影响，导致触头的电磨损。触头磨损到一定程度后，动静触头之间的接触压力将大幅减小，影响断路器的性能。

目前的针对接触器的电气触头磨损和老化的情况的检测方法仅限于使用肉眼观察以及大概的估算，还没有很准确地量化的检测系统，并且存在着种种不完善的缺陷。

公开号为CN1745442A的专利申请公开了一种确定开关装置剩余寿命的方法和设备，但是该专利申请是离散检测，能够检测接触开关是否达到特定阈值，而检测不到任意状态的磨损值。该专利申请是通过在原有的真空接触器机械结构中加入相应的电气回路来采集信号。需要对现有的真空接触器产品内部结构进行改造。该专利申请提供的检测特定阈值的方案是采用硬件，系统的鲁棒性由硬件决定。

公开号为CN1008957B的专利公开了一种带有触头损耗指示器的电路断路器。该专利是通过检测断路器短路电流来间接计算断路器触点磨损状态以决定是否更换触头。该专利在检测之后还需要进行进一步目测校验。该专利需要在负载线上采样信号，需要三个电流采样变压器，结构复杂造价较贵。该专利需要根据特定断路器的触头电流消耗曲线作为参考来完成微机计算控制，比较复杂。

公开号为CN1068955C的专利公开了一种监视开关设备触点烧毁的方法和设备，该专利通过检测主触点的分断电弧电压进行间接判断。该专利是在触点分断时检测。该专利采样的主触点电弧电压与触点材料、结构、负载电流大小、电压大小、相位、环境以及触点大小有关，但该专利中并没有给出触点的磨损与检测出的电弧电压的特定关系。即使检测出电弧电压的波动量，如何采用这个波动量来得出磨损状态的判断标准是没有给出的，而只是给出大致的估计范围。

公开号为EP0694937B1的专利是采用加入附加弹簧来检测磨损程度。该专利中的寿命计算公式的关键参数选取依赖于具体的接触器。该专利需要两套电路来得出检测变量，且会影响主电路结构。该专利是通过计算触点开关次数和每次断开时间来确定剩余寿命的，但在不同负载和不同环境下，每次开关磨损的程度不同。

但是目前的针对触头磨损率的检测，大多没有考虑环境因素，而环境的变化对于触头的磨损率的影响也是比较大的，但是其会存在较大影响因素，导致了现有的触头磨损率检测的方法不精准。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法。

为实现上述目的，本发明提供一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法，其包括以下步骤：

1)检测多个温度下的断路器电气寿命num＝f(I,Tam)，其中I为通断电流， Tam为环境温度，num为电气寿命次数，并获得各个温度下的测量数据；

2)以其中之一作为标定值，获取各温度相对于标定值对断路器分断寿命的环温影响因子的计算值，并获取环温影响因子的数据；

3)根据获取的环温影响因子，通过多项式曲线拟合方法 f(x)＝p₁xⁿ+p₂x^n-1+…+p_nx+p_n+1实现曲线拟合，获得环温影响因子函数η₁＝f(Tam)＝2*10^-9*(Tam)⁴-2*10^-7*(Tam)³-1*10^-5*(Tam)²-0.0007*Tam+1.0298 ；

4)分别检测步骤1)中设定的温度下的断路器电气寿命num＝f(I,U_l1)，其中I为通断电流，U_l1为低于额定电压1，num为电气寿命次数，获得测量数据；

5)以标定值的温度检测的测量数据为基准，获取各电压与额定电压对断路器分断寿命的电压影响因子的计算值，即可得电压与电压影响因子的数据；

6)根据获得电压影响因子，通过多项式曲线拟合方法 f(x)＝p₁xⁿ+p₂x^n-1+…+p_nx+p_n+1实现曲线拟合可得到电压影响因子函数η₂＝f(U)＝1*10^-9(U)⁴-2*10^-6(U)³+0.0015(U)²-0.438U+48.794；

7)分别检测不同通断电流下的断路器电气寿命，获得测量数据；

8)针对步骤7)中的测量数据，采用幂律分布函数曲线f(x)＝p₁x^-n的拟合方法实现曲线拟合可得通断电流与电气寿命函数num＝f(I)＝951.87*(I)^-1.798；

9)对多项式曲线拟合函数η₁＝f(Tam)进行离散化，Tam的温度范围为 -40～84，取值32个点，间隔4℃，且对每个取值点放大100倍，然后进行十六进制转换，并形成数组，通过二分法查表取得邻近两个温度点的影响因子，然后再使用线性插值法计算得到具体的环温影响因子；

10)对多项式曲线拟合函数η₂＝f(U)进行离散化，U的电压范围为320～440，取值32个点，间隔4V，且对每个取值点放大100倍，然后进行十六进制转换，并形成数组，通过二分法查表取得邻近两个电压点的影响因子，然后再使用线性插值法计算得到具体的电压影响因子；

11)对幂律分布曲线拟合函数num＝f(I)进行离散化，I的通断电流范围为 0.3In～19.2In,取值64个点，间隔为0.3In,然后对每个取值点进行十六进制转换，并形成数组，通过二分法查表取得邻近两个通断电流点的电气寿命，然后再用线性插值法计算得到具体的通断电流寿命；

12)根据步骤9)、步骤10)以及步骤11)中获得的温度影响因子、电压影响因子和通断电流寿命，建立断路器控制器触头磨损率在线检测关系式：

通断电流假如小于或等于0.3In，每次通断的触头磨损率为

其中N_m为机械寿命；检测通断电流加入大于0.3In且小于或等于20*In,那么每次通断的触头磨损率为

检测通断电流大于20*In,那么每次通断的触头磨损率为33％。

步骤1)中温度为高温—60℃，常温—40℃，常温—25℃，低温—-20℃，低温—-40℃。

步骤5)中电压为低于额定电压1为320V，低于额定电压2为350V，额定电压为380V，高压额定电压1为410V，高于额定电压2为440V。

步骤7)中通断电流为0.25*In、0.3*In,1.0*In,6*In,13.0*In,20*In，In为额定电流。

本发明的有益效果：考虑环境因素、通断时电流值对触头磨损率的影响，不仅提高了在线检测技术的检测精度，而且采用离散数据曲线拟合技术可实现断路器在连续大范围电流域内的触头磨损率检测，高精度、连续、宽范围的触头磨损率在线检测技术能够满足低压智能配电技术对于设备健康状态的在线检测最终满足设备智能化运维的要求。

附图说明

图1为本发明的温度影响因子拟合曲线。

图2为温度影响因子的获得步骤的逻辑示意图。

图3为通断电流与寿命的相关曲线。

图4为通断电流对使用寿命关系的逻辑示意图。

图5为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面针对附图对本发明的实施例作进一步说明：

本发明提供了一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法，其包括以下步骤：

1)设定多个温度下的断路器电气寿命num＝f(I,Tam)，其中I为通断电流， Tam为环境温度，num为电气寿命次数，测量温度设定如下：高温—60℃，常温—40℃，常温—25℃，低温—-20℃，低温—-40℃；环境温度高，灭弧栅片的温度也高，影响分断电弧熄灭，而相反低温环境，电弧热反射减少，热游离减弱，促进电弧熄灭。分别检测上述设定温度下的断路器电气寿命η₁＝f(Tam)＝2*10^-9*(Tam)⁴-2*10^-7*(Tam)³-1*10^-5*(Tam)²-0.0007*Tam+1.0298 ，其中I为通断电流，Tam为环境温度，num为电气寿命次数，则可得测量的数据{num1,f(I,Tam1＝60),num2,f(I,Tam2＝40),num3,f(I,Tam3＝25),num4, f(I,Tam4＝-20),num5,f(I,Tam5＝-40)}；

2)以f(I,Tam3＝25)测量的值为基准，即为环温为25℃的情况下，影响断路器分断寿命的影响因子为1，再通过计算其它四种设定温度下的电气寿命次数分别与25℃环温下的电气寿命相处得到各温度对断路器分断寿命的影响因子计算值，即可得环温与影响因子的数据{η1,Tam1＝60，η2,Tam2＝40，1,Tam3＝25，η3,Tam1＝-20，η4,Tam4＝-40}；

3)根据获取的环温影响因子，通过多项式曲线拟合方法 f(x)＝p₁xⁿ+p₂x^n-1+…+p_nx+p_n+1实现曲线拟合，获得环温影响因子函数η₂＝f(U)＝1*10^-9(U)⁴-2*10^-6(U)³+0.0015(U)²-0.438U+48.794；

4)分别检测步骤1)中设定的温度下的断路器电气寿命 num＝f(I)＝951.87*(I)^-1.798，其中I为通断电流，Ul1为低于额定电压1，num 为电气寿命次数，获得测量数据，测量电压设定如下：低于额定电压1 320V，低于额定电压2 350V，额定电压380V，高压额定电压1 410V，高于额定电压2 440V；电压高，电弧能量高，影响分断电弧熄灭，而相反电压低，电弧能量低，热游离减弱，促进电弧熄灭。分别检测上述设定温度下的断路器电气寿命 num＝f(I,U_l1)，其中I为通断电流，Ul1为低于额定电压1，num为电气寿命次数，则可得测量的数据{num1,f(I,U_l1＝320),num2,f(I,U_l2＝350),num3,f(I,Un＝380),num4, f(I,U_o1＝410),num5,f(I,U_o2＝440)}；

5)以f(I,U_n＝380)测量的值为基准，即为额定为380V的情况下，影响断路器分断寿命的影响因子为1，再通过计算其它四种设定电压下的电气寿命次数分别与380V电压下的电气寿命相处得到各电压对断路器分断寿命的影响因子计算值，即可得电压与影响因子的数据{η1,U_l1＝320，η2,U_l2＝350，1,U_n＝380，η3,U_o1＝410，η4,U_o2＝440}；

6)根据获得电压影响因子，通过多项式曲线拟合方法 f(x)＝p₁xⁿ+p₂x^n-1+…+p_nx+p_n+1实现曲线拟合可得到电压影响因子函数η₂＝f(U)；

7)电寿命测试通过的通断电流值设定分别为：0.25*In、 0.3*In,1.0*In,6*In,13.0*In,20*In，In为额定电流。分别检测上述设定通断电流下的断路器电气寿命，可得测量的数据{num1,f(I1＝0.25In,Tam)， num2,f(I2＝0.3In,Tam)，num3,f(I3＝In,Tam)，num4,f(I4＝6In,Tam)， num5,f(I5＝13*In,Tam)，num6,f(I6＝20*In,Tam)}；

8)针对步骤7)中的测量数据，采用幂律分布函数曲线f(x)＝p₁x^-n的拟合方法实现曲线拟合可得通断电流与电气寿命函数num＝f(I)；

9)对多项式曲线拟合函数η₁＝f(Tam)进行离散化，Tam的温度范围为 -40～84，取值32个点，间隔4℃，且对每个取值点放大100倍，然后进行十六进制转换，并形成数组，通过二分法查表取得邻近两个温度点的影响因子，然后再使用线性插值法计算得到具体的环温影响因子，温度因子离散化的十六进制数组 {0x69,0x69,0x69,0x69,0x68,0x68,0x68,0x67,0x67,0x67,0x66,0x66,0x66,0x65,0x65, 0x64,0x64,0x64,0x63,0x63,0x62,0x61,0x60,0x5F,0x5E,0x5D,0x5B,0x5A,0x58,0x55, 0x53,0x50}；

通断电流电气寿命拟合曲线的离散化十六进制数组{0x1E76,0x930,0x48F,0x2C6,0x1E2,0x160,0x10E,0xD6,0xAF,0x92,0x7B,0x6A,0x5 C,0x51,0x48,0x41,0x3A,0x35,0x30,0x2C,0x28,0x25,0x22,0x,0x20,0x1E,0x1C,0x1A, 0x19,0x17,0x16,0x15,0x13,0x12,0x12,0x11,0x10,0xF,0xE,0xE,0xD,0xD,0xC,0xC,0x B,0xB,0xA,0xA,0xA,0x9,0x9,0x9,0x8,0x8,0x8,0x8,0x7,0x7,0x7,0x7,0x7,0x6,0x6,0x 6,0x6}；

通断电流假如小于或等于0.3In，每次通断的触头磨损率为

检测通断电流大于20*In,那么每次通断的触头磨损率为33％。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法，其特征在于：其包括以下步骤：

1)检测多个温度下的断路器的电气寿命次数num_T＝f(I，Tam)，其中I为通断电流，Tam为环境温度，num_T为不同温度下的电气寿命次数，并获得各个温度下的测量数据；

3)根据获取的环温影响因子，通过多项式曲线拟合方法f(x)＝p₁xⁿ+p₂x^n-1+…+p_nx+p_n+1实现曲线拟合，获得环温影响因子函数η₁＝f(Tam)＝2*10^-9*(Tam)⁴-2*10^-7*(Tam)³-1*10^-5*(Tam)²-0.0007*Tam+1.0298；

4)分别检测步骤1)中设定的温度下的断路器的不同通断电流和电压下的电气寿命次数num_U＝f(I，U_l1)，其中I为通断电流，U_l1为低于额定电压1，num_U为不同通断电流和电压下的电气寿命次数，获得测量数据；

6)根据获得电压影响因子，通过多项式曲线拟合方法f(x)＝p₁xⁿ+p₂x^n-1+…+p_nx+p_n+1实现曲线拟合可得到电压影响因子函数η₂＝f(U)＝1*10^-9(U)⁴-2*10^-6(U)³+0.0015(U)²-0.438U+48.794；

7)分别检测不同通断电流下的断路器电气寿命次数，获得测量数据；

8)针对步骤7)中的测量数据，采用幂律分布函数曲线f(x)＝p₁x^-n的拟合方法实现曲线拟合可得不同通断电流下的电气寿命次数num_I＝f(I)＝951.87*(I)^-1.798；

9)对多项式曲线拟合函数η₁＝f(Tam)进行离散化，Tam的温度范围为-40～84，取值32个点，间隔4℃，且对每个取值点放大100倍，然后进行十六进制转换，并形成数组，通过二分法查表取得邻近两个温度点的影响因子，然后再使用线性插值法计算得到具体的环温影响因子；

11)对num_I＝f(I)进行离散化，I的通断电流范围为0.3In～19.2In，取值64个点，间隔为0.3In，然后对每个取值点进行十六进制转换，并形成数组，通过二分法查表取得邻近两个通断电流点的电气寿命，然后再用线性插值法计算得到具体的通断电流寿命；

通断电流假如小于或等于0.3In，每次通断的触头磨损率为

其中N_m为机械寿命；检测通断电流假如大于0.3In且小于或等于20*In，那么每次通断的触头磨损率为

检测通断电流大于20*In，那么每次通断的触头磨损率为33％，In为额定电流。

2.根据权利要求1所述的一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法，其特征在于：步骤1)中温度为高温-60℃，常温-40℃，常温-25℃，低温--20℃，低温--40℃。

3.根据权利要求1所述的一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法，其特征在于：步骤5)中电压为低于额定电压1为320V，低压额定电压2为350V，额定电压为380V，高压额定电压1为410V，高压额定电压2为440V。

4.根据权利要求1所述的一种高精度断路器触头磨损率在线检测方法，其特征在于：步骤7)中通断电流为0.25*In、0.3*In，1.0*In，6*In，13.0*In，20*In，In为额定电流。