CN109471021A - 检测高压断路器分合闸性能的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测高压断路器分合闸性能的装置和方法，该装置包括处理器模块、电源输入模块、电源变换模块、显示模块、报警模块、电压测量模块、电流测量模块、数据接口模块和声音采集模块，通过数据接口模块与计算机进行连接，并将所测电压和电流值用于计算机的线性拟合中，声音采集模块用于获取高压断路器分合闸时的音频信号。本发明的实质性效果是：使用的电压测量模块和电流测量模块所测的电压值平均值和电流瞬间值满足线性拟合的需要，并通过线性拟合的方式更加准确地获取高压断路器分合闸操作线圈的阻值，并通过拟合曲线、线圈阻值以及分合闸音频信号综合判断分合闸动作性能的好坏。

Description

检测高压断路器分合闸性能的装置和方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种检测高压断路器分合闸性能的装置和方法。

背景技术

高压断路器是电网中重要的保护与控制设备，其可靠性直接影响到整个电力系统的安全稳定运行，断路器在进行分合闸时，高压电弧会对断路器特性产生一定影响，久而久之会使得高压断路器的分合闸性能产生负面影响，为电网的安全埋下隐患，输变电设备运维人员需要定期对高压断路器进行检测，以确保断路器良好的工作状态。断路器的分合闸操作线圈的性能将会直接影响到断路器的响应和动作性能，测量操作线圈的直流电阻可以反映出断路器性能的好坏。以往的做法都是直接用万用表在操作端子上进行测量，但由于但大部分分合闸线圈回路中存在整流器、开关管理等元器件，而万用表的输出电压很低，导致测量结果不准确。而分合闸操作线圈一般是密封于断路器内，必须将断路器面板拆开后才能实现，这要求操作人员熟悉高压开关内部工作原理，对拆装的结构十分了解，不仅费时费力，而且风险很大。因此，需要设计一种准确测量断路器的分合闸操作线圈直流电阻的装置和方法，并对高压断路器的分合闸性能进行判定。

中国专利授权公告号CN 103760489 B，授权公告日2017年05月24日，公开了一种高压断路器智能检测装置，它包括一通过采样变换模块连接有专用航空插头的CPU模块，所述的专用航空插头与断路器二次插件连接在一起，其一端包括两路分别通过一电阻测量模块、电源变换模块与电源输出模块连接的回路和一路直接与电源输出模块连接的回路，并由电阻测量模块测试断路器二次回路电阻，由电源变换模块将电源输出模块的交流220V电压变换成220V和110V两种直流电源输出作为断路器的分、合闸直流电源；所述的CPU模块通过所述专用航空插头对电源输出模块通过电源变换模块向断路器的分、合闸的电源输出进行控制以及通过采样变换模块对储能电机电流进行检测控制，以测试电机储能时间，同时通过所述专用航空插头对电阻测量模块测试到的断路器二次回路电阻进行计算；它具有结构简单、易携带、操作方便、通用性强等特点。但是，上述专利中的装置在测量操作线圈直流电阻的方法为：电阻很大时，保持恒压，通过测量采样电流计算出断路器合闸状态的二次回路电阻；电阻很小时，通过一个限流电阻，使得电流保持在一个恒定值0.5A，通过测量采样电压，计算出断路器分闸状态的二次回路电阻，上述方法为一种静态的、准确度低的测量方法，无法精准的测量分合闸操作线圈的直流电阻，因此需要设计一种高精度测量高压断路器分合闸操作线圈直流电阻的装置，并对高压断路器的分合闸性能进行判定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何设计一种高精度测量高压断路器分合闸操作线圈直流电阻的装置和一种对高压断路器分合闸性能进行判定的方法。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种检测高压断路器分合闸性能的装置，包括处理器模块、电源输入模块、电源变换模块、显示模块和报警模块，电源变换模块、显示模块和报警模块均与处理器模块电连接，电源从电源输入模块输入到电源变换模块，电源变换模块将电源电压变换成适合于特定型号高压断路器的电压并为高压断路器供电，电源变换模块通过专用航空插头与高压断路器二次插件连接在一起，当处理器模块判定高压断路器分合闸异常时控制报警模块开始工作，其特征在于，还包括电压测量模块、电流测量模块和数据接口模块，均与处理器模块电连接，所述电压测量模块与高压断路器驱动电路的电源两端相连，包括电信号衰减器、滤波器、AD转换器和数字隔离器，高压断路器的驱动电压经过信号衰减器衰减为小信号后通过滤波器进行处理，再依次经过AD转换器和数字隔离器后将数字信号传输至处理器模块；所述电流测量模块为霍尔传感器，位于高压断路器驱动电路中，所获取的电流信号传输至处理器模块；所述数据接口模块与处理器模块电连接，用于该装置和计算机之间数据的交互。该电压测量模块属于直测式电压测量，虽然对于瞬间电压测量的灵敏度不高，但是能够准确测量某一时间端的平均电压。该电流测量模块属于间接测量方式，使用灵敏度高的霍尔传感器测量瞬间电流。所得的电压值平均值和电流瞬间值满足线性拟合的需要，为高压断路器分合闸性能的判定提供数据支持。

作为优选，该装置还包括声音采集模块，所述声音采集模块用于获取高压断路器分合闸时的音频信号，通过比对所获取的分合闸音频信号与正常分合闸音频信号数据库对比，所述数据库存储于处理器模块中，对比的参数为音频幅宽、中心音频频率和中心音频响度，当音频幅宽变化超过10％或者中心音频频率偏离设定频率超过5％或者中心音频响度变化超过10％时，处理器模块判定高压断路器异常。

作为优选，对于处理器模块判定高压断路器异常的分合闸音频信号，如果在实际使用中分合闸动作性能正常，则将此音频信号存入正常分合闸音频信号数据库。

作为优选，所述声音采集模块为电容话筒。电容话筒的好处在于：频率特性好，在音频范围内幅频特性曲线平坦，这一点优于动圈话筒，并且无方向性，而且灵敏度高，噪声小，音色柔和，输出信号电平比较大，失真小，瞬态响应性能好。电容话筒尤其适用于获取共享单车的运行杂音，并以此来判断共享单车的故障。

作为优选，所述霍尔传感器为磁平衡式电流传感器，其响应时间≤5μs，跟踪速度di/dt≥50Aμs。

一种检测高压断路器分合闸性能的方法，包括以下步骤：

S1：开启分闸电源开关，设定电流i的采集频率为5μs采集一次，分闸时高压断路器驱动电路的电流先快速增大，然后进入平稳区，最后快速下降；

S2：将S1中采集的电流值导出电流上升阶段的电流值导出至计算机，并在matlab中将每个时间点对应的电流值标注在横坐标为分闸动作时间t、纵坐标为电路器电流i的直角坐标系内；

S3：使用上升电流的理论变化曲线作为拟合曲线对步骤S2所得的直角坐标系中的电流点进行线性拟合，其中a为操作线圈电感常数，b为归一化常数，R为操作线圈直流电阻，b＝u₀/R₀，其中u₀为电压检测模块在电流平稳阶段测得的电压平均值，R₀为操作线圈的出厂电阻，通过拟合进而求得R；

S4：将计算机中拟合电流变化曲线和求得的操作线圈直流电阻R通过数据接口模块导入到处理器模块中，处理器模块计算拟合电流变化曲线和该高压断路器的出厂电流变化曲线之间的相关系数ρ；

S5：当操作线圈直流电阻R超出所设定R的合格范围时，处理器模块判定高压断路器分合闸性能异常；当ρ≥0.85时，处理器模块判定高压断路器分合闸性能良好，当0.65≤ρ＜0.85时，处理器模块判定高压断路器分合闸性能一般，当ρ＜0.65时，处理器模块判定高压断路器分合闸性能异常。

本发明的实质性效果是：使用的电压测量模块和电流测量模块所测的电压值平均值和电流瞬间值满足线性拟合的需要，并通过线性拟合的方式更加准确地获取高压断路器分合闸操作线圈的阻值，并通过拟合曲线、线圈阻值以及分合闸音频信号综合判断分合闸动作性能的好坏。

附图说明

图1为检测高压断路器分合闸性能的装置连接示意图。

图2为高压断路器分闸操作电流曲线图。

图中：1、处理器模块，2、电压测量模块，3、电流测量模块，4、电源变换模块，5、电源输入模块，6、数据接口模块，7、显示模块，8、声音采集模块，9、报警模块。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

图1为检测高压断路器分合闸性能的装置连接示意图，该装置包括处理器模块1、电源输入模块5、电源变换模块4、显示模块7、报警模块9、电压测量模块2、电流测量模块3、数据接口模块6和声音采集模块8，电源变换模块4、显示模块7、报警模块9、电压测量模块2、电流测量模块3、数据接口模块6和声音采集模块8均与处理器模块1连接并受其控制。电源从电源输入模块5输入到电源变换模块4，电源变换模块4将电源电压变换成适合于特定型号高压断路器的电压并为高压断路器供电，电源变换模块4通过专用航空插头与高压断路器二次插件连接在一起，当处理器模块1判定高压断路器分合闸异常时控制报警模块9开始工作。电压测量模块2与高压断路器驱动电路的电源两端相连，包括电信号衰减器、滤波器、AD转换器和数字隔离器，高压断路器的驱动电压经过信号衰减器衰减为小信号后通过滤波器进行处理，再依次经过AD转换器和数字隔离器后将数字信号传输至处理器模块1。电流测量模块3为霍尔传感器，位于高压断路器驱动电路中，所获取的电流信号传输至处理器模块1。数据接口模块6与处理器模块1电连接，用于该装置和计算机之间数据的交互。声音采集模块8用于获取高压断路器分合闸时的音频信号，通过比对所获取的分合闸音频信号与正常分合闸音频信号数据库对比，数据库存储于处理器模块1中，对比的参数为音频幅宽、中心音频频率和中心音频响度，当音频幅宽变化超过10％或者中心音频频率偏离设定频率超过5％或者中心音频响度变化超过10％时，处理器模块1判定高压断路器异常。对于处理器模块1判定高压断路器异常的分合闸音频信号，如果在实际使用中分合闸动作性能正常，则将此音频信号存入正常分合闸音频信号数据库。

一种检测高压断路器分合闸性能的方法，包括以下步骤：

S1：开启分闸电源开关，设定电流i的采集频率为5μs采集一次，分闸时高压断路器驱动电路的电流先快速增大，然后进入平稳区，最后快速下降；

S2：将S1中采集的电流值导出电流上升阶段的电流值导出至计算机，并在matlab中将每个时间点对应的电流值标注在横坐标为分闸动作时间t、纵坐标为电路器电流i的直角坐标系内；

S3：使用上升电流的理论变化曲线作为拟合曲线对步骤S2所得的直角坐标系中的电流点进行线性拟合，其中a为操作线圈电感常数，b为归一化常数，R为操作线圈直流电阻，b＝u₀/R₀，其中u₀为电压检测模块在电流平稳阶段测得的电压平均值，R₀为操作线圈的出厂电阻，通过拟合进而求得R；

S4：将计算机中拟合电流变化曲线和求得的操作线圈直流电阻R通过数据接口模块6导入到处理器模块1中，处理器模块1计算拟合电流变化曲线和该高压断路器的出厂电流变化曲线之间的相关系数ρ；

S5：当操作线圈直流电阻R超出所设定R的合格范围时，处理器模块1判定高压断路器分合闸性能异常；当ρ≥0.85时，处理器模块1判定高压断路器分合闸性能良好，当0.65≤ρ＜0.85时，处理器模块1判定高压断路器分合闸性能一般，当ρ＜0.65时，处理器模块1判定高压断路器分合闸性能异常。

通过分析高压断路器的操作回路，主要是由各种接触器的触点和一个带有铁芯的线圈组成，这个线圈就是分合闸操作线圈，可以将该回路等效为一个电路模型，因为接触器的触点电阻和线路的电阻相对于线圈的直流电阻比较小，可以忽略不计，所以求得上升电流的理论变化曲线其中a为操作线圈电感常数，与线圈电感相关，通过查阅高压断路器使用手册可以获取线圈电感L，则a＝1/L，b为归一化常数，b＝u₀/R₀，其中u₀为电压检测模块在电流平稳阶段测得的电压平均值，R₀为操作线圈的出厂电阻，电压测量模块2所测的电压值平均值满足线性拟合的需要。图2为高压断路器分闸操作电流曲线图，如图2所示，当分闸输出开关合上时，由于线圈电感的作用，电流从B点到C点呈指数上升，然后进入C点到D点的电流平稳期，平稳期电流的平均值为b，经过D点后电流迅速减少为零，分闸动作结束。使用线性拟合的方式测量操作线圈直流电阻的好处在于，充分利用电流测量模块3和电压测量模块2所测得的每一个数据，比带入若干个点数据求电阻的方法要更加准确。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种检测高压断路器分合闸性能的装置，包括处理器模块、电源输入模块、电源变换模块、显示模块和报警模块，电源变换模块、显示模块和报警模块均与处理器模块电连接，电源从电源输入模块输入到电源变换模块，电源变换模块将电源电压变换成适合于特定型号高压断路器的电压并为高压断路器供电，电源变换模块通过专用航空插头与高压断路器二次插件连接在一起，当处理器模块判定高压断路器分合闸异常时控制报警模块开始工作，其特征在于，还包括电压测量模块、电流测量模块和数据接口模块，均与处理器模块电连接，

所述电压测量模块与高压断路器驱动电路的电源两端相连，包括电信号衰减器、滤波器、AD转换器和数字隔离器，高压断路器的驱动电压经过信号衰减器衰减为小信号后通过滤波器进行处理，再依次经过AD转换器和数字隔离器后将数字信号传输至处理器模块；

所述电流测量模块为霍尔传感器，位于高压断路器驱动电路中，所获取的电流信号传输至处理器模块；

所述数据接口模块与处理器模块电连接，用于该装置和计算机之间数据的交互。

2.根据权利要求1所述的检测高压断路器分合闸性能的装置，其特征在于，还包括声音采集模块，所述声音采集模块用于获取高压断路器分合闸时的音频信号，通过比对所获取的分合闸音频信号与正常分合闸音频信号数据库对比，所述数据库存储于处理器模块中，对比的参数为音频幅宽、中心音频频率和中心音频响度，当音频幅宽变化超过10％或者中心音频频率偏离设定频率超过5％或者中心音频响度变化超过10％时，处理器模块判定高压断路器异常。

3.根据权利要求2所述的检测高压断路器分合闸性能的装置，其特征在于，对于处理器模块判定高压断路器异常的分合闸音频信号，如果在实际使用中分合闸动作性能正常，则将此音频信号存入正常分合闸音频信号数据库。

4.根据权利要求1所述的检测高压断路器分合闸性能的装置，其特征在于，所述声音采集模块为电容话筒。

5.根据权利要求1所述的检测高压断路器分合闸性能的装置，其特征在于，所述霍尔传感器为磁平衡式电流传感器，其响应时间≤5μs，跟踪速度di/dt≥50Aμs。

6.一种检测高压断路器分合闸性能的方法，适用于权利要求1或2或3或4或5所述的高压断路器检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1：开启分闸电源开关，设定电流i的采集频率为5μs采集一次，分闸时高压断路器驱动电路的电流先快速增大，然后进入平稳区，最后快速下降；

S2：将S1中采集的电流值导出电流上升阶段的电流值导出至计算机，并在matlab中将每个时间点对应的电流值标注在横坐标为分闸动作时间t、纵坐标为电路器电流i的直角坐标系内；

S3：使用上升电流的理论变化曲线作为拟合曲线对步骤S2所得的直角坐标系中的电流点进行线性拟合，其中a为操作线圈电感常数，b为归一化常数，R为操作线圈直流电阻，b＝u₀/R₀，其中u₀为电压检测模块在电流平稳阶段测得的电压平均值，R₀为操作线圈的出厂电阻，通过拟合进而求得R；

S4：将计算机中拟合电流变化曲线和求得的操作线圈直流电阻R通过数据接口模块导入到处理器模块中，处理器模块计算拟合电流变化曲线和该高压断路器的出厂电流变化曲线之间的相关系数ρ；

S5：当操作线圈直流电阻R超出所设定R的合格范围时，处理器模块判定高压断路器分合闸性能异常；当ρ≥0.85时，处理器模块判定高压断路器分合闸性能良好，当0.65≤ρ＜0.85时，处理器模块判定高压断路器分合闸性能一般，当ρ＜0.65时，处理器模块判定高压断路器分合闸性能异常。