CN109724792A - 一种高压开关柜断路器机械特性检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改变以往只能在开关柜设备停电状态下使用高压开关测试仪对断路器进行健康状态评估的不便方式的高压开关柜断路器机械特性检测方法。该高压开关柜断路器机械特性检测方法将霍尔电流传感器固定卡装在开关柜仪表室内分合闸线圈回路上，霍尔电流传感器实时监测回路中的电流，信号经过调制处理后，将原始数据发送云服务器供专家系统监测评估用；服务器根据原始数据可以计算断路器操作机构的参量，运用纵向比对和横向比对结合的方式，对机构的健康状态进行判断，分析故障并查找和确定故障部位，查看诊断结果。采用该高压开关柜断路器机械特性检测方法能够减少停电时间，降低人力物力的消耗，提高安全性，降低费用支出提升经济效益。

Description

一种高压开关柜断路器机械特性检测方法

技术领域

本发明涉及电力高压开关柜断路器操作机构在线监测及故障诊断技术领域，具体涉及一种高压开关柜断路器机械特性检测方法。

背景技术

高压断路器作为发电和配电之间的联系环节，其可靠运行对于保证电网的安全意义重大。高压断路器在电力系统中起着两方面的作用：一是控制作用，即根据电网运行要求，将一部分电气设备或线路投入或退出运行状态，转为备用或检修状态；二是保护作用，即电气设备或线路发生故障时，通过继电保护及自动装置动作高压断路器，将故障部分从电网中迅速切除，保护电网的无故障正常运行。国际大会议对高压断路器的可靠性进行过两次世界范围的调查，我国也对高压开关事故进行过大量的统计分析。相应的调查和统计报告均表明，高压断路器的故障80％是机械原因，大多数故障是操动机构的问题。以往对高压断路器机械特性的检查主要是在设备交接及停电期间结合检修定期进行预防性试验、更换部件、检查操作机构的机械特性。由于电力系统中高压断路器的数量很多，因此检修量大且费用高。根据相关统计资料的数据，变电站维护费用的一半以上是用在高压断路器上，而其中60％又是用在断路器的小修和例行检修上。另外根据统计有10％的断路器故障是由不正确的检修造成的；断路器的大修完全解体，既费时间，费用又高，而且解体和重新组装会引起很多新的缺陷。因此如何对断路器的工作状态进行有效的检测，及时发现断路器的早期故障，对缺陷部位进行提前处理，避免断路器故障恶性发展，防止断路器爆炸等恶性事故的发生，对于故障电网的安全可靠运行有着十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种改变以往只能在开关柜设备停电状态下使用高压开关测试仪对断路器进行健康状态评估的不便方式，既减少停电时间，又降低人力物力的消耗，提高了安全性，降低费用支出提升经济效益的高压开关柜断路器机械特性检测方法。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：高压开关柜断路器机械特性检测方法，采用检测系统检测高压开关柜断路器机械特性；

所述检测系统检包括霍尔电流传感器、信号调理模块、电流信息采集模块、通讯模块以及后台诊断分析平台；

所述霍尔电流传感器用于实时监测分合闸线圈回路中的电流。

所述信号调理模块用于将霍尔电流传感器输出mV信号转换为DC 0～5V电压信号。采用运算放大器电路。

所述电流信息采集模块用于将DC 0～5V电压信号转换为数字信号。采用ADC转换电路。

所述通讯模块用于将采集的数字量电流数据发送给云服务器。采用4G无线通信模组。

所述后台诊断分析平台用于对电流波形数据的转换处理，实现开关柜断路器机械特性的运行状态评估。

还包括以下步骤：

S1、通过霍尔电流传感器进行断路器分合闸线圈电流数据采集；

S2、对电流波形数字化去噪处理；

S3、通过电流信息采集模块对电流波形的特征量进行提取、优化处理；

S4、将电流信息采集模块采集到的信息进行优化处理后的信息与同类断路器设备分合闸线圈电流标准特征曲线比对诊断(即横向对比)；

S5、与历史诊断档案库中保存的历史电流波形比对诊断(即纵向对比)；

S6、对横向对比和纵向对比的结果进行故障类型和故障趋势演进分析；

S7、诊断结果输出；

S8、诊断结果展示。

具体的，在步骤S1中电流采集前端采用可变测量范围的霍尔电流传感器，传感器具有不同接线端子对应不同测量范围，针对不同断路器的分合闸线圈电流选择相应接线方式；将霍尔电流传感器固定卡装在开关柜仪表室内分合闸线圈回路上，只要断路器有分合闸动作，分合闸线圈回路就有电流产生，霍尔电流传感器实时监测回路中的电流，其输出由信号调理模块调制处理为DC 0～5V电压信号，再由采集模块将模拟电压信号A/D转换为数字信号，数字量电流值通过4G无线通信模组发送至云服务器供专家系统监测评估用。

具体的，在步骤S2中，通过云服务器专家系统平台采用数字化小波去噪处理，消除其中干扰信号。

具体的，在步骤S3中，分合闸线圈电流波形具有8个特征量，包括3个电流参数i1、i2、i3和5个时间参数t1、t2、t3、t4、t5；采用小波变换的方法检测信号突变点，从而提取线圈电流的8个特征量。

具体的，在步骤S4中，根据提取得到的线圈电流的8个特征量，根据特征量之间的相关性，对其进行降维优化处理。运用横向比对的方式，即将当前采集电流波形特征量与服务器数据库中标准电流曲线及常见故障曲线特征量进行比对分析，正常则继续电流监测。

具体的，在步骤S5中，针对横向比对有异常的波形曲线，继续纵向比对分析，即将当前采集电流波形特征量与服务器数据库中往期历史档案库电流波形曲线特征量进行比对分析，判断设备故障的类型及故障的恶化趋势。

具体的，在步骤S6中，综合分析故障类型和故障发展趋势，分析演进过程是否显示设备机械特性有恶化趋势，并查找和确定可能故障部位。

具体的，在步骤S7中，云服务器专家系统平台采用横向比对、纵向比对系统评估，

所述横向对比是指步骤S4、将电流信息采集模块采集到的信息进行优化处理后的信息与同类断路器设备分合闸线圈电流标准特征曲线比对诊断；

所述纵向比对是指步骤S5、与历史诊断档案库中保存的历史电流波形比对诊断；

然后结合人工辅助判断，得到断路器操作机构状态评估结果，完善历史档案库特征故障类型和故障发展趋势演进规律，提高智能状态评估的准确性。

具体的，在步骤S8中，通过移动终端设备或计算机WEB浏览器访问云端服务器查看断路器健康状态及故障诊断结果。

本发明所述的高压开关柜断路器机械特性检测方法，其有益效果在于：

1、可以及时发现其故障，提高了高压断路器的运行可靠性与安全性。

2、通过实时监测高压断路器的运行状态,可实现预测性检修,避免了不必要的检修和停电,从而增大设备的维修保养周期,提高设备的利用率,减少维修保养费用；因而具有重要的经济意义及社会效益。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明检测系统的结构示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。

如图1和图2所示，本发明所述的高压开关柜断路器机械特性检测方法，采用检测系统检测高压开关柜断路器机械特性；

所述检测系统检包括霍尔电流传感器14、信号调理模块15电流信息采集模块16、通讯模块17以及后台诊断分析平台18；

所述霍尔电流传感器14用于实时监测分合闸线圈回路中的电流。

所述信号调理模块15用于将霍尔电流传感器输出mV信号转换为DC 0～5V电压信号。采用运算放大器电路。

所述电流信息采集模块16用于将DC 0～5V电压信号转换为数字信号。采用ADC转换电路。

所述通讯模块17用于将采集的数字量电流数据发送给云服务器。采用4G无线通信模组。

所述后台诊断分析平台18用于对电流波形数据的转换处理，实现开关柜断路器机械特性的运行状态评估。

还包括以下步骤：

S1、通过霍尔电流传感器14进行断路器分合闸线圈电流数据采集；

S2、对电流波形数字化去噪处理；

S3、通过电流信息采集模块16对电流波形的特征量进行提取、优化处理；

S4、将电流信息采集模块16采集到的信息进行优化处理后的信息进行同类设备标准曲线横向对比诊断；

S5、历史诊断档案库纵向对比诊断；

S6、对横向对比和纵向对比的结果进行故障类型和故障趋势分析；

S7、诊断结果输出；

S8、诊断结果展示。

具体的，在步骤S1中，断路器分合闸线圈电流数据采集；兼容多量程的闭环高精度霍尔电流传感器，电流采集前端采用可变测量范围的霍尔电流传感器，传感器具有不同接线端子对应不同测量范围，针对不同断路器的分合闸线圈电流选择相应接线方式；将霍尔电流传感器固定卡装在开关柜仪表室内分合闸线圈回路上；这样分闸线圈、合闸线圈可以共用一个霍尔电流传感器，传感器始终处于电流监测状态，一旦检测到电流大小超过门限值后开始启动电流录波，完整记录保存本次分闸或合闸过程的线圈电流波形数据；

只要断路器有分合闸动作，分合闸线圈回路就有电流产生，霍尔电流传感器实时监测回路中的电流，其输出由信号调理模块调制处理为DC 0～5V电压信号，再由采集模块将模拟电压信号A/D转换为数字信号，数字量电流值通过4G无线通信模组发送至云服务器供专家系统监测评估用。

在步骤S2中，通过云服务器专家系统平台采用数字化小波去噪处理，消除其中干扰信号。

在步骤S3中，分合闸线圈电流波形具有8个特征量，包括3个电流量I1、I2、I3和5个时间量t1、t2、t3、t4、t5；采用小波变换的方法检测信号突变点，从而提取线圈电流的8个特征量。

在步骤S4中根据提取得到的线圈电流的8个特征量，根据特征量之间的相关性，对其进行降维优化处理；运用横向比对的方式，根据同类断路器操作机构的标准电流曲线及常见故障曲线，对机构的健康状态进行初步判断，正常则继续电流检测，异常则继续纵向分析。

在步骤S6中，分析故障类型和故障发展趋势，并查找和确定可能故障部位。

在步骤S7中，云服务器专家系统平台采用横向比对、纵向比对系统评估，结合人工辅助判断，得到断路器操作机构状态评估结果，完善历史档案库特征故障类型和故障发展趋势演进规律，提高智能状态评估的准确性。

在步骤S7中，云服务器专家系统平台采用横向比对、纵向比对系统评估，

所述横向对比是指步骤S4、将电流信息采集模块采集到的信息进行优化处理后的信息与同类断路器设备分合闸线圈电流标准特征曲线比对诊断；

所述纵向比对是指步骤S5、与历史诊断档案库中保存的历史电流波形比对诊断；

然后结合人工辅助判断，得到断路器操作机构状态评估结果，完善历史档案库特征故障类型和故障发展趋势演进规律，提高智能状态评估的准确性。

在步骤S8中，通过移动终端设备或计算机WEB浏览器访问云端服务器查看断路器健康状态及故障诊断结果。

具体实施例

如图2所示，将霍尔电流传感器14固定卡装在开关柜二次柜仪表室内分合闸线圈回路上，只要断路器有分合闸动作，分合闸线圈回路就有电流产生，霍尔电流传感器14实时监测回路中的电流，其输出由信号调理模块15调制处理为DC 0～5V电压信号，再由电流信号采集模块16将模拟电压信号A/D转换为数字量电流值，通过通信模组17发送至云服务器后台诊断分析平台，作为诊断分析原始数据。

如图1所示，服务器后台诊断分析平台收到实时电流数据、波形3，对电流波形数字化去噪处理4，通过电流波形特征量提取、优化5处理，再与档案库中标准电流曲线及常见故障波形曲线6做横向比对诊断7，初步判断设备机械特性是否正常，如果异常，再将当前波形与历史诊断档案库波形曲线8做纵向比对诊断，得到的横向对比和纵向对比的结果，做故障类型和故障趋势分析10，既可以判定出设备机械特性的是否出现故障，也可以确定故障类型和故障演进变化趋势。平台分析得出的诊断结果11，再通过人工辅助判断12，最终的评估结果展示13，可以通过手机等移动终端设备APP软件或计算机WEB浏览器访问服务器查看。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何不需创造性劳动的修改、等同替换和其它改进，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.高压开关柜断路器机械特性检测方法，其特征在于：采用检测系统检测高压开关柜断路器机械特性；

所述检测系统检包括霍尔电流传感器(14)、信号调理模块(15)、电流信息采集模块(16)、通讯模块(17)以及后台诊断分析平台(18)；

所述霍尔电流传感器(14)用于实时监测分合闸线圈回路中的电流；

所述信号调理模块(15)用于将霍尔电流传感器输出mV信号转换为DC 0～5V电压信号；采用运算放大器电路；

所述电流信息采集模块(16)用于将DC 0～5V电压信号转换为数字信号；采用ADC转换电路；

所述通讯模块(17)用于将采集的数字量电流数据发送给云服务器；采用4G无线通信模组；

所述后台诊断分析平台(18)用于对电流波形数据的转换处理，实现开关柜断路器机械特性的运行状态评估；

还包括以下步骤：

S1、通过霍尔电流传感器(14)进行断路器分合闸线圈电流数据采集；

S2、对电流波形数字化去噪处理；

S3、通过电流信息采集模块(16)对电流波形的特征量进行提取、优化处理；

S4、将电流信息采集模块(16)采集到的信息进行优化处理后的信息进行同类设备标准曲线横向对比诊断；

S5、历史诊断档案库纵向对比诊断；

S6、对横向对比和纵向对比的结果进行故障类型和故障趋势分析；

S7、诊断结果输出；

S8、诊断结果展示。

2.根据权利要求1所述的高压开关柜断路器机械特性检测方法，其特征在于：在步骤S1中电流采集前端采用可变测量范围的霍尔电流传感器，传感器具有不同接线端子对应不同测量范围，针对不同断路器的分合闸线圈电流选择相应接线方式；将霍尔电流传感器固定卡装在开关柜仪表室内分合闸线圈回路上，

只要断路器有分合闸动作，分合闸线圈回路就有电流产生，霍尔电流传感器实时监测回路中的电流，其输出由信号调理模块调制处理为DC 0～5V电压信号，再由采集模块将模拟电压信号A/D转换为数字信号，数字量电流值通过4G无线通信模组发送至云服务器供专家系统监测评估用。

3.根据权利要求2所述的高压开关柜断路器机械特性检测方法，其特征在于：在步骤S2中，通过云服务器专家系统平台采用数字化小波去噪处理，消除其中干扰信号。

4.根据权利要求3所述的高压开关柜断路器机械特性检测方法，其特征在于：在步骤S3中，分合闸线圈电流波形具有8个特征量，包括3个电流参数i1、i2、i3和5个时间参数t1、t2、t3、t4、t5；采用小波变换的方法检测信号突变点，从而提取线圈电流的8个特征量。

5.根据权利要求4所述的高压开关柜断路器机械特性检测方法，其特征在于：在步骤S4中根据提取得到的线圈电流的8个特征量，根据特征量之间的相关性，对其进行降维优化处理；运用横向比对的方式，根据同类断路器操作机构的标准电流曲线及常见故障曲线，对机构的健康状态进行初步判断，正常则继续电流检测，异常则继续纵向分析。

6.根据权利要求1所述的高压开关柜断路器机械特性检测方法，其特征在于：在步骤S6中，分析故障类型和故障发展趋势，并查找和确定可能故障部位。

7.根据权利要求1所述的高压开关柜断路器机械特性检测方法，其特征在于：在步骤S7中，云服务器专家系统平台采用横向比对、纵向比对系统评估，

所述横向对比是指步骤S4、将电流信息采集模块采集到的信息进行优化处理后的信息与同类断路器设备分合闸线圈电流标准特征曲线比对诊断；

所述纵向比对是指步骤S5、与历史诊断档案库中保存的历史电流波形比对诊断；

然后结合人工辅助判断，得到断路器操作机构状态评估结果，完善历史档案库特征故障类型和故障发展趋势演进规律，提高智能状态评估的准确性。

8.根据权利要求1所述的高压开关柜断路器机械特性检测方法，其特征在于：在步骤S8中，过移动终端设备或计算机WEB浏览器访问云端服务器查看断路器健康状态及故障诊断结果。