CN109541454A - 一种可更新式高压断路器机械特性在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种可更新式高压断路器机械特性在线监测系统，包括带包括两套数据采集模块，一套后台机。数据采集模块负责现场的数据采集、后台机负责数据管理和状态预评估。所述后台机包括主控制单元、从控制单元、保护控制单元、集中控制单元、备用控制单元、可更新控制单元组。本发明通过监测系统的改进便于引入新算法、数据库，减小干扰、降低“无病也修”现象，完善高压断路器机械特性的在线监测。

Description

一种可更新式高压断路器机械特性在线监测系统

技术领域

本发明属于断路器状态监测领域，具体是一种可更新式高压断路器机械特性在线监测系统

背景技术

高压断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，也是应用状态检修技术的主要设备之一。据统计，断路器60％-70％的缺陷或故障是由断路器操作机构引起的，主要包括：电磁铁故障、机构卡涩、油脂凝固、弹簧老化、连杆传动轴断裂、控制电压不稳等。这些与断路器机械特性相关的故障大部分都可以反映到分、合闸电磁铁线圈电流的波形上。通常断路器的状态检修中试验周期最长为5.5年，针对机械特性进行的试验项目需要将断路器先操作停电，然后接入机械特性测试仪，测试断路器几次空载的分、合闸速度等指标，再与要求值进行比较，对该断路器的机械特性进行评估。这一传统状态检修方式存在一定的缺陷，如断路器故障经常出现在长期投运后的首次分、合闸操作中，即断路器长期“不动”后的首次操作中，而传统的试验和评估方式需先将断路器操作停电，断路器的卡涩或润滑情况的改善会随着操作次数的增加而改变。因此，造成现有的试验和评估方式无法切实反映运行中断路器的机械特性方面的缺陷。此外，传统的停电试验和评估方法，对可靠性指标的降低，对人力和经费的需求非常大，可能会面临有限的人力和大量的试验之间的矛盾。

对此，已经有大量的研究涌现，如申请号为CN201610622212.2的申请，涉及一种高压断路器在线综合特性监测装置及方法，其中通过对导电杆部分的机械改造设计，完成断路器在实际投入运行条件下的综合特征在线监测；然而，由于断路器故障情况复杂、且存在较多的监测干扰因素，误监测所导致“无病也修”现象，会耗费大量的检修成本、检修时间，此外，现有的状态评估算法更新速度快，常规的监测系统已不能跟上算法的监测需求，总之，目前尚不存在十分完善的在线监测方式，因此，最大限度的完善高压断路器机械特性在线监测系统是断路器状态监测领域研究的一个重点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可更新式高压断路器机械特性在线监测系统，以便完善机械特性的监测。

本发明目的是通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种可更新式高压断路器机械特性在线监测系统，所述可更新式高压断路器机械特性在线监测系统包括两套数据采集模块，一套后台机。数据采集模块负责现场的数据采集、后台机负责数据管理和状态预评估；

更进一步的，所述数据采集模块包括霍尔电流传感器、数据采集板卡、配置模块；所述霍尔电流传感器安装于断路器直流控制母线处，用于测量断路器分合闸操作过程中的线圈电流；所述数据采集板卡用于数据采集，包括：采集所述霍尔电流传感器的电流信号、断路器操作过程中直流电压、储能电机数据、以及所述断路器所对应的配电遥测电流量、遥信量；所述配置模块完成数据采集卡配置、采集控制、数据存储、信号显示功能。数据采集卡配置用于配置采样频率、采样时间的参数，采集控制用于记录采样时间以及开启和停止采样，数据存储用于暂存采集的数据，信号显示用于实时反应配置参数，及运行状况。

所述后台机包括主控制单元、从控制单元、保护控制单元、集中控制单元、备用控制单元，更新用控制单元组，更新用控制组包括第一控制单元，第二控制单元，所述更新用控制单元组平时处于待机状态。

其中主控制单元、从控制单元、保护控制单元、集中控制单元两两之间相互通讯控制，集中控制单元还连接到备用控制单元，实现对备用控制单元的数据交互和控制。所述主控制单元、从控制单元均连接至两套数据采集模块，用于获取所述采集模块的数据；其中主控制单元、从控制单元、保护控制单元、备用控制单元均划分出机械缺陷数据区、机械寿命数据区两类存储区，两类存储区均分为2列存储，用于根据所设置采样时间连续存储采样数据。

所述机械缺陷数据区用于存储采集的用于评估机械缺陷的数据，至少包括分合闸操作过程中的线圈电流的信息。

所述机械寿命数据区用于存储采集的用于评估机械寿命的数据，至少包括分合闸操作过程中的线圈电流、遥测电流量、遥信量的信息。

所述主控制单元用于执行第一次机械缺陷预评估、第二次机械寿命预评估；所述从控制单元用于执行第一次机械寿命预评估、第二次机械寿命预评估。所述机械缺陷预评估包括：根据采集的分合闸操作过程中的线圈电流信息来分析来评估电磁铁铁芯机构有无卡涩、变形、脱扣失灵现象；所述机械寿命预评估包括：根据分合闸操作过程中的线圈电流信息、遥测电流量、遥信量评估断路器触头电磨损量情况及其机械寿命。进一步的所述第一次基于以t时刻为起始采集时刻所采集的数据执行，所述第二次基于以t+Δt为起始采集时刻所采集的数据执行；

所述保护控制单元用于获取配置模块所配置的参数，并接收主控制单元和从控制单元中的数据并保存，具体为：机械缺陷数据区保存所述用于第一次和第二次的机械缺陷预评估的数据、机械寿命数据区用于保存所述用于第一次和第二次的机械寿命预评估的数据；所述保护控制单元还包括分析模块，数据存储区，引脚1和引脚2，基于所述配置的参数对所保存的两次数据进行完整度分析，当机械缺陷数据区和机械寿命数据区中完整度较高的数据对应不同的次数，如：机械缺陷数据区完整度较高的是第一次的数据，机械寿命数据区中完整度较高的是第二次的数据，且完整度大于90％，则将完整度较高的两种数据保存到数据存储区，并将引脚1置为1，表示数据可用，否则将引脚1置为0；同时，当机械缺陷数据区和机械寿命数据区中完整度较低的数据中有任一个低于50％时，根据数据来源进行置位，当低于50％的数据来自主控制单元，将引脚2置位为1，来自从控制单元，将引脚2置位为0；否则置为高阻态。

所述集中控制单元具有两种模式：模式一，监控模式；模式二，自更新模式；

通常，所述集中控制单元处于模式一下，此时，在主控制单元和从控制单元存在预评估结果时，所述集中控制单元收集主控制单元和从控制单元的两次预评估结果，当两次预评估结果相同时，表示结果为真，将预评估所采用的数据记录以便后续发送到远端服务器；当两次预评估结果不相同时，读取保护控制单元的2个引脚的置位情况，具体如下：

当引脚1为1时，集中控制单元读取数据存储区所保存机械缺陷数据和机械寿命数据，并记录以便后续发送到远端服务器；否则，控制所述配置模块显示系统运行故障。

当引脚2为1时，集中控制单元控制主控制单元退出连接，并将备用控制单元加入连接，即使得备用控制单元取代主控制单元的功能；

当引脚2为0时，集中控制单元控制从控制单元退出连接，并将备用控制单元加入连接接，即使得备用控制单元取代从控制单元的功能；

当引脚2为高阻态时，不动作。

所述集中控制单元能够本地导入或者远程接收数据库信息和算法信息，当完成信息接收时，进入模式二，会进行自动更新。

所述自动更新具体步骤如下：

S1，检测配置模块是否显示系统运行故障，未故障执行步骤S2，否则停止动作，待用户处理；

S2，所述集中控制单元用于向更新用控制单元组发送唤醒信号，以唤醒第一控制单元，第二控制单元；

S3，所述集中控制单元向第一控制单元，第二控制单元传送数据库信息和算法信息；等待传送完成；

S4，检测是否在向远端传送服务器传送数据，直至传送完成；否则，进入步骤S5

S5，集中控制单元控制主控制单元退出连接，并将第一控制单元加入连接，即使得第一控制单元取代主控制单元的功能；集中控制单元控制从控制单元退出连接，并将第二控制单元加入连接，即使得第二控制单元取代从控制单元的功能；

S6,进入监控模式。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

本发明适用于高压断路器机械特性在线监测系统的改进，在正常无干扰情况下，能够准确的提取监测用的特征量，在存在干扰情况下，通过该改进措施，排除干扰较小的情况，同时，在干扰较大的情况下，通过不同时刻的采样，可跳过干扰影响，此外，本发明还考虑了，模块自身的卡死、老化现象，加以排除，同时，在此系统的基础上，进行了进一步的改进，取代传统的远端服务器进行评估算法更新的方式，对现场监测系统的控制模块，进行数据库和算法更新，提高了监测准确性。

附图说明

图1为本发明提供的可更新式高压断路器机械特性在线监测系统的整体框图

图2为本发明提供的后台机的组成框图

具体实施方式

下面结合具体的实例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的可更新式高压断路器机械特性在线监测系统包括两套数据采集模块(101,102)，一套后台机(103)。数据采集模块(101,102)负责现场的数据采集、后台机(103)负责数据管理和状态预评估；

更进一步的，所述数据采集模块(101,102)包括霍尔电流传感器、数据采集板卡、配置模块；所述霍尔电流传感器安装于断路器直流控制母线处，用于测量断路器分合闸操作过程中的线圈电流；所述数据采集板卡用于数据采集，包括：采集所述霍尔电流传感器的电流信号、断路器操作过程中直流电压、储能电机数据、以及所述断路器所对应的配电遥测电流量、遥信量；所述配置模块完成数据采集卡配置、采集控制、数据存储、信号显示功能。数据采集卡配置用于配置采样频率、采样时间的参数，采集控制用于记录采样时间以及开启和停止采样，数据存储用于暂存采集的数据，信号显示用于实时反应配置参数，及运行状况。

图2指示了所述后台机(103)包括主控制单元(202)、从控制单元(203)、保护控制单元(204)、集中控制单元(201)、备用控制单元(205)，更新用控制单元组(207)，更新用控制组包括第一控制单元(208)，第二控制单元(209)，所述更新用控制单元组(207)平时处于待机状态。

其中主控制单元(202)、从控制单元(203)、保护控制单元(204)、集中控制单元(201)两两之间相互通讯控制，集中控制单元(201)还连接到备用控制单元(205)，实现对备用控制单元(205)的数据交互和控制。所述主控制单元(202)、从控制单元(203)均连接至两套数据采集模块(101,102)，用于获取所述采集模块的数据；其中主控制单元(202)、从控制单元(203)、保护控制单元(204)、备用控制单元(205)均划分出机械缺陷数据区、机械寿命数据区两类存储区，两类存储区均分为2列存储，用于根据所设置采样时间连续存储采样数据。这对于预防数据丢失具有较好的效果，例如在实际操作中，设置连续的采样时间T，在第一个T中，将采样的数据保存在其中存储区的一列，如A列；A列数据进行读写时，接下来的第二个T中，采样的数据保存在其中存储区的二列，如B列，据此，可实现连续存储。在开启新一轮采样时，新的数据将替换旧数据。

进一步地，所述机械缺陷数据区用于存储采集的用于评估机械缺陷的数据，至少包括分合闸操作过程中的线圈电流的信息。所述机械寿命数据区用于存储采集的用于评估机械寿命的数据，至少包括分合闸操作过程中的线圈电流、遥测电流量、遥信量的信息。应当知晓的是，评估基于算法和/或数据库执行，具体评估所采用的算法，并不属于本发明的发明点范畴，且是本领域技术人员所能够获悉的一般算法，例如：对比算法、模糊算法、神经网络算法、支持向量机算法、专家算法等公知的算法。

所述主控制单元(202)用于执行第一次机械缺陷预评估、第二次机械寿命预评估；所述从控制单元(203)用于执行第一次机械寿命预评估、第二次机械寿命预评估。所述机械缺陷预评估包括：根据采集的分合闸操作过程中的线圈电流信息来分析来评估电磁铁铁芯机构有无卡涩、变形、脱扣失灵现象；所述机械寿命预评估包括：根据分合闸操作过程中的线圈电流信息、遥测电流量、遥信量评估断路器触头电磨损量情况及其机械寿命。进一步的所述第一次基于以t时刻为起始采集时刻所采集的数据执行，所述第二次基于以t+Δt为起始采集时刻所采集的数据执行；Δt的取值，根据工作环境和经验由用户加以设定，例如：可根据常见的干扰存在时间设置，常规的干扰，如配电线路中开关动作引起电弧光干扰，可考虑设置Δt略大于电弧光时间即可。

所述保护控制单元(204)用于获取配置模块所配置的参数，并接收主控制单元(202)和从控制单元(203)中的数据并保存，具体为：机械缺陷数据区保存所述用于第一次和第二次的机械缺陷预评估的数据、机械寿命数据区用于保存所述用于第一次和第二次的机械寿命预评估的数据；所述保护控制单元(204)还包括分析模块，数据存储区，引脚1和引脚2，基于所述配置的参数对所保存的两次数据进行完整度分析，完整度分析应当是本领域的一般数学方式，为本领域技术人员所公知，例如：根据实际所得数据个数除以应得数据个数求得，应得数据个数可以通过采样时间乘以采样频率获得；实际求得方法并不限于此；当机械缺陷数据区和机械寿命数据区中完整度较高的数据对应不同的次数，如：机械缺陷数据区完整度较高的是第一次的数据，机械寿命数据区中完整度较高的是第二次的数据，且完整度大于90％，则将完整度较高的两种数据保存到数据存储区，并将引脚1置为1，表示数据可用，否则将引脚1置为0；同时，当机械缺陷数据区和机械寿命数据区中完整度较低的数据中有任一个低于50％时，根据数据来源进行置位，当低于50％的数据来自主控制单元(202)，将引脚2置位为1，来自从控制单元(203)，将引脚2置位为0；否则置为高阻态。

所述集中控制单元(201)具有两种模式：模式一，监控模式；模式二，自更新模式；

通常，所述集中控制单元(201)处于模式一下，此时，在主控制单元(202)和从控制单元(203)存在预评估结果时，所述集中控制单元(201)收集主控制单元(202)和从控制单元(203)的两次预评估结果，当两次预评估结果相同时，表示结果为真，将预评估所采用的数据记录以便后续发送到远端服务器(206)；当两次预评估结果不相同时，读取保护控制单元(204)的2个引脚的置位情况，具体如下：

当引脚1为1时，集中控制单元(201)读取数据存储区所保存机械缺陷数据和机械寿命数据，并记录以便后续发送到远端服务器(206)；否则，控制所述配置模块显示系统运行故障。

当引脚2为1时，集中控制单元(201)控制主控制单元(202)退出连接，并将备用控制单元(205)加入连接，即使得备用控制单元(205)取代主控制单元(202)的功能；

当引脚2为0时，集中控制单元(201)控制从控制单元(203)退出连接，并将备用控制单元(205)加入连接，即使得备用控制单元(205)取代从控制单元(203)的功能；

当引脚2为高阻态时，不动作。

所述集中控制单元(201)能够本地导入或者远程接收数据库信息和算法信息，当完成信息接收时，进入模式二，会进行自动更新。

所述自动更新具体步骤如下：

S1，检测配置模块是否显示系统运行故障，未故障执行步骤S2，否则停止动作，待用户处理；

S2，所述集中控制单元(201)用于向更新用控制单元组(207)发送唤醒信号，以唤醒第一控制单元(208)，第二控制单元(209)；

S3，所述集中控制单元(201)向第一控制单元(208)，第二控制单元(209)传送数据库信息和算法信息；等待传送完成；

S4，检测是否在向远端传送服务器传送数据，如在传送，等待传送完成进入步骤S5；否则，直接进入步骤S5

S5，集中控制单元(201)控制主控制单元(202)退出连接，并将第一控制单元(208)加入连接，即使得第一控制单元(208)取代主控制单元(202)的功能；集中控制单元(201)控制从控制单元(203)退出连接，并将第二控制单元(209)加入连接，即使得第二控制单元(209)取代从控制单元(203)的功能；

S6,进入监控模式。

更进一步的，在控制单元更换时，按照新的起始时刻开启新一轮数据采样。

更进一步地，备用控制单元(205)、主控制单元(202)、从控制单元(203)、保护控制单元(204)，集中控制单元(201)两两之间均可实现数据交互，还便于其中某一控制单元的电源故障时的数据共享。另外，本发明采用的控制单元应当理解为可采用传统意义上的控制器，如DSP,FPGA等，但不仅限于此，实质上可应用于本发明控制的控制器都可选用。

最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (2)

1.一种可更新式高压断路器机械特性在线监测系统，其特征在于：所述可更新式高压断路器机械特性在线监测系统包括两套数据采集模块，一套后台机；数据采集模块负责现场的数据采集、后台机负责数据管理和状态预评估。

2.根据权利要求1所述的可更新式高压断路器机械特性在线监测系统，其特征在于：

所述数据采集模块包括霍尔电流传感器、数据采集板卡、配置模块；所述霍尔电流传感器安装于断路器直流控制母线处，用于测量断路器分合闸操作过程中的线圈电流；所述数据采集板卡用于数据采集，包括：采集所述霍尔电流传感器的电流信号、断路器操作过程中直流电压、储能电机数据、以及所述断路器所对应的配电遥测电流量、遥信量；所述配置模块完成数据采集卡配置、采集控制、数据存储、信号显示功能；数据采集卡配置用于配置采样频率、采样时间的参数，采集控制用于记录采样时间以及开启和停止采样，数据存储用于暂存采集的数据，信号显示用于实时反应配置参数，及运行状况；

所述后台机包括主控制单元、从控制单元、保护控制单元、集中控制单元、备用控制单元，更新用控制单元组，更新用控制组包括第一控制单元，第二控制单元，所述更新用控制单元组平时处于待机状态；

其中主控制单元、从控制单元、保护控制单元、集中控制单元两两之间相互通讯控制，集中控制单元还连接到备用控制单元，实现对备用控制单元的数据交互和控制；所述主控制单元、从控制单元均连接至两套数据采集模块，用于获取所述采集模块的数据；其中主控制单元、从控制单元、保护控制单元、备用控制单元均划分出机械缺陷数据区、机械寿命数据区两类存储区，两类存储区均分为2列存储，用于根据所设置采样时间连续存储采样数据；

所述机械缺陷数据区用于存储采集的用于评估机械缺陷的数据，至少包括分合闸操作过程中的线圈电流的信息；

所述机械寿命数据区用于存储采集的用于评估机械寿命的数据，至少包括分合闸操作过程中的线圈电流、遥测电流量、遥信量的信息；

所述主控制单元用于执行第一次机械缺陷预评估、第二次机械寿命预评估；所述从控制单元用于执行第一次机械寿命预评估、第二次机械寿命预评估；所述机械缺陷预评估包括：根据采集的分合闸操作过程中的线圈电流信息来分析来评估电磁铁铁芯机构有无卡涩、变形、脱扣失灵现象；所述机械寿命预评估包括：根据分合闸操作过程中的线圈电流信息、遥测电流量、遥信量评估断路器触头电磨损量情况及其机械寿命；进一步的所述第一次基于以t时刻为起始采集时刻所采集的数据执行，所述第二次基于以t+Δt为起始采集时刻所采集的数据执行；

所述保护控制单元用于获取配置模块所配置的参数，并接收主控制单元和从控制单元中的数据并保存，具体为：机械缺陷数据区保存所述用于第一次和第二次的机械缺陷预评估的数据、机械寿命数据区用于保存所述用于第一次和第二次的机械寿命预评估的数据；所述保护控制单元还包括分析模块，数据存储区，引脚1和引脚2，基于所述配置的参数对所保存的两次数据进行完整度分析，当机械缺陷数据区和机械寿命数据区中完整度较高的数据对应不同的次数，如：机械缺陷数据区完整度较高的是第一次的数据，机械寿命数据区中完整度较高的是第二次的数据，且完整度大于90％，则将完整度较高的两种数据保存到数据存储区，并将引脚1置为1，表示数据可用，否则将引脚1置为0；同时，当机械缺陷数据区和机械寿命数据区中完整度较低的数据中有任一个低于50％时，根据数据来源进行置位，当低于50％的数据来自主控制单元，将引脚2置位为1，来自从控制单元，将引脚2置位为0；否则置为高阻态；

所述集中控制单元具有两种模式：模式一，监控模式；模式二，自更新模式；

通常，所述集中控制单元处于模式一下，此时，在主控制单元和从控制单元存在预评估结果时，所述集中控制单元收集主控制单元和从控制单元的两次预评估结果，当两次预评估结果相同时，表示结果为真，将预评估所采用的数据记录以便后续发送到远端服务器；当两次预评估结果不相同时，读取保护控制单元的2个引脚的置位情况，具体如下：

当引脚1为1时，集中控制单元读取数据存储区所保存机械缺陷数据和机械寿命数据，并记录以便后续发送到远端服务器；否则，控制所述配置模块显示系统运行故障；

当引脚2为1时，集中控制单元控制主控制单元退出连接，并将备用控制单元加入连接，即使得备用控制单元取代主控制单元的功能；

当引脚2为0时，集中控制单元控制从控制单元退出连接，并将备用控制单元加入连接接，即使得备用控制单元取代从控制单元的功能；

当引脚2为高阻态时，不动作；

所述集中控制单元能够本地导入或者远程接收数据库信息和算法信息，当完成信息接收时，进入模式二，会进行自动更新；

所述自动更新具体步骤如下：

S1，检测配置模块是否显示系统运行故障，未故障执行步骤S2，否则停止动作，待用户处理；

S2，所述集中控制单元用于向更新用控制单元组发送唤醒信号，以唤醒第一控制单元，第二控制单元；

S3，所述集中控制单元向第一控制单元，第二控制单元传送数据库信息和算法信息；等待传送完成；

S4，检测是否在向远端传送服务器传送数据，如正在传送，等待传送完成后进入步骤S5；否则，直接进入步骤S5

S5，集中控制单元控制主控制单元退出连接，并将第一控制单元加入连接，即使得第一控制单元取代主控制单元的功能；集中控制单元控制从控制单元退出连接，并将第二控制单元加入连接，即使得第二控制单元取代从控制单元的功能；

S6,进入监控模式。