CN110687443B - 一次设备状态的判别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一次设备状态的判别方法及系统，包括如下步骤：1)采集一次设备启动时的分、合位置状态信息；2)当处于合位时，对合位状态进行确认，合位确认条件包括第一合位确认条件、第二合位确认条件和第三合位确认条件，当任意一合位确认条件满足时，确认处于合位；当三个合位确认条件均不满足时，确认合位异常；3)当处于分位时，对分位状态进行确认，分位确认条件包括第一分位确认条件和第二分位确认条件，当任意一分位确认条件满足时，确认处于分位；当两个分位确认条件均不满足时，确认分位异常；本发明仅通过电压传感器和电流传感器采集间隔两侧相对应位置的电压、电流，使得采集设备的成本降低，而且处理过程简单，判断结果更加准确。

Description

一次设备状态的判别方法及系统

技术领域

本发明涉及一次设备状态的判别方法及系统。

背景技术

断路器和隔离开关作为变电站重要的一次设备，可能存在因部分机械构件松动卡涩或老化导致的合闸不到位的情况。目前通常通过采集的二次辅助接点状态判断一次设备的位置，这种指示方式在主触头分闸不完全到位时，不能作为一次设备位置的可靠判据。

现安全规程要求电气设备操作后的位置判断，至少应有两个非同样原理或非同源的指示发生对应变化。这就需要提出“双确认”机制的技术判据，目前公布号为CN110018415A的发明专利申请文件公开了基于姿态传感器的隔离开关分合闸位置检测双确认检测方法，通过分位/合位辅助触点获取隔离开关的分合闸位置形成第一判据；并通过姿态传感器记录隔离开关在分/合闸基准角度比较确定隔离开关的分合闸位置形成第二判据；根据第一判据、第二判据进行双确认判断隔离开关的分合闸位置。

该文件所公开的技术手段确实能满足“双确认”的技术判据需要，在一定程度上提高位置分合位状态准确性，但是其通过姿态传感器记录隔离开关的分合闸位置，而姿态传感器包含了三轴陀螺仪、三轴加速计等运动传感器，通过内嵌的处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据，因使用姿态传感器的成本高，而且姿态传感器涉及到角度等的计算，对精度要求较高，处理运算比较复杂，会导致运算结果不准确，进而导致对隔离开关的分合闸位置判断不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一次设备状态的判别方法及系统，以解决现有进行双确认机制进行判断时，所需设备成本高，且判断不准确的问题。

为实现上述目的，本发明提出一次设备状态的判别方法，包括如下步骤：

1)采集一次设备启动时的分、合位置状态信息；

2)当处于合位时，对合位状态进行确认，合位确认条件包括第一合位确认条件、第二合位确认条件和第三合位确认条件，当任意一合位确认条件满足时，确认处于合位；当三个合位确认条件均不满足时，确认合位异常；

其中第一合位确认条件与启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值和启动时间隔本侧零序电流幅值有关，第二合位确认条件与启动时三相间隔对侧电流中的最小相电流幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值和启动时间隔本侧零序电流幅值有关，第三合位确认条件与启动时三相间隔本侧电流中的最大相电流幅值、启动时三相间隔对侧电流中的最大相电流幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值和启动时间隔抽取电压幅值有关；

3)当处于分位时，对分位状态进行确认，分位确认条件包括第一分位确认条件和第二分位确认条件，当任意一分位确认条件满足时，确认处于分位；当两个分位确认条件均不满足时，确认分位异常；

其中，第一分位确认条件与启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值和启动时间隔本侧零序电流幅值有关，第二分位确认条件与启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值和启动时间隔本侧零序电流幅值有关。

有益效果：仅通过电压传感器和电流传感器采集间隔两侧相对应位置的电压、电流，使得采集设备的成本降低，同时，从系统接线的角度对相应间隔电流、电压进行测量计算判断得出的分合位，结合步骤(1)采集得到的分合位信息，进行综合判断，确认一次设备分合位的位置状态，使得判断更加准确，有效的避免因位置误判、错判造成的设备损坏、负荷损失和大面积停电等严重后果。

进一步的，所述步骤1)中分位、合位同时消失或同时存在，延时发出一次设备分合位异常报警。能够及时对分合位异常作出分析，输出异常报警信号。

进一步的，在进行合位状态确认时，先判断第一合位确认条件。一次设备正常合闸时母线三相间隔本侧有电压且三相间隔本侧有电流且间隔本侧无零序电流，因此，作为正常情况下对合位状态进行确定的直接手段。

进一步的，所述第一合位确认条件为：

式中，I_Φ.min(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值。

进一步的，所述第二合位确认条件为：

式中，I_Φ1.min(t)为启动时三相间隔对侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值。

进一步的，所述第三合位确认条件为：

式中I_Φ.max(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最大相电流幅值，I_Φ1.max(t)为启动时三相间隔对侧电流中的最大相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，U_X(t)为启动时间隔抽取电压幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值。

进一步的，在进行分位状态确认时，先判断第一分位确认条件。一次设备正常合闸时母线三相间隔本侧有电压且三相间隔本侧有电流且间隔本侧无零序电流，因此，作为正常情况下对分位状态进行确定的直接手段。

进一步的，所述第一分位确认条件为：

式中，I_Φ.min(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值。

进一步的，所述第二分位确认条件为：

式中I_Φ.min(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值，I_Φ1.min(t)为启动时三相间隔对侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值。

进一步的，为实现上述目的，本发明提出一次设备状态的判别系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器在运行所述计算机程序时实现输出的判别方法。

有益效果：本判别系统仅通过电压传感器和电流传感器采集间隔两侧相对应位置的电压、电流，使得采集设备的成本降低，同时，从系统接线的角度对相应间隔电流、电压进行测量计算判断得出的分合位，结合步骤(1)采集得到的分合位信息，进行综合判断，确认一次设备分合位的位置状态，使得判断更加准确，有效的避免因位置误判、错判造成的设备损坏、负荷损失和大面积停电等严重后果。

附图说明

图1为本发明的变电站主接线示意图；

图2为本发明一次设备状态的判别逻辑流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。

本发明的主要技术构思：采集一次设备的分/合位作为第一判据，通过间隔本侧和对侧的一些电信号量建立对应关系作为第二判据，通过两次判据的综合判断确认，相互校核，实现一次设备的状态感知和在线预警。

本申请一次设备状态的判别方法主要应用于智能变电站的自动化系统中，变电站主接线示意图如图1所示，以2#线路间隔为例，设备采集断路器2DL位置，间隔刀闸1G、2G的位置，间隔电流TA1、TA2，母线电压TV1、TV2，间隔抽取电压TVX，正常运行时2DL、1G、2G位置有变化时，通过对间隔电流、电压、阻抗进行综合判别，提高一次设备状态信息识别的可靠性。

方法实施例：

本申请的双确认机制的判断方法如图2所示：

第一步：进行一次设备状态信息启动的判别。

当本间隔任一相电流有突变或三相阻抗之间有变化，且满足判别方程时，判断一次设备状态发生启动。

式①中，I_Φ(t)为启动时母线间隔本侧的A、B、C相电流幅值，|I_Φ(t-2T)|为启动时母线间隔本侧两周期前的A、B、C相电流幅值；I_N为CT二次额定值(1A或5A)；Z_A(t)、Z_B(t)、Z_C(t)分别为启动时本间隔的A、B、C相阻抗值，Z_SET为阻抗变化量定值，可取1Ω～5Ω。

其中，三相阻抗的方程为：

式②中，U_A(t)、U_B(t)、U_C(t)分别为启动时母线间隔本侧的A、B、C相电压幅值，I_A(t)、I_B(t)、I_C(t)分别为启动时间隔本侧的A、B、C相电流幅值。

第二步：判断一次设备分合位状态信息。

对于一次设备分/合位状态信息的采集判断：可以通过直接对一次设备例如断路器操纵机构的主触头的动作进行检测，检测主触头行程的变化，就能确定断路器处于分位还是合位，或者通过二次辅助接点的状态反映一次设备相对应的分合位状态。

第三步：通过合位确认条件或分位确认条件进一步判断一次设备状态。

(1)当采集的一次设备状态为合位时，通过合位确认条件对合位状态进行互校确认判断。

合位确认条件包括三个：

第一合位确认条件为：

式③中，I_Φ.min(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值。

该第一合位确认条件表明：当满足在启动时母线三相间隔本侧有电压且三相间隔本侧有电流且间隔本侧无零序电流时，一次设备处于合位状态。

为了防止间隔本侧CT断线造成一次设备三相合位状态误判，引入间隔对侧电流进行判别，那么第二合位确认条件为：

式④中，I_Φ1.min(t)为启动时三相间隔对侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值。

该第二合位确认条件表明：在间隔本侧有零序电流时，可能会认为是合位异常，但是其实质可能是因为间隔本侧CT断线造成对一次设备三相合位状态的误判，因此，引入间隔对侧电流进行辅助判断，即判断三相间隔对侧有电流、母线三相间隔本侧有电压且间隔本侧有零序电流时，也能确认一次状态处于合位状态。

为了防止间隔轻载运行时造成一次设备三相合位状态误判，引入间隔抽取电压和三相间隔对侧电流进行判别，那么第三合位确认条件为：

式⑤中I_Φ.max(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最大相电流幅值，I_Φ1.max(t)为启动时三相间隔对侧电流中的最大相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，U_X(t)为启动时间隔抽取电压幅值，U_N为PT二次额定相电压值(57.7V)，I_N为CT二次额定相电流值。

该第三合位确认条件表明：在间隔本侧无电流时，可能会认为是合位异常，但是其实质可能是因为间隔轻载运行时造成对一次设备三相合位状态的误判，因此，引入间隔抽取电压和三相间隔对侧电流进行辅助判断，即判断三相间隔本侧无电流、三相间隔对侧无电流、母线三相间隔本侧有电压且间隔本侧有抽取电压时，也能确认一次状态处于合位状态。抽取电压是指用于线路间隔断路器同期合闸用的电压，为了避免合闸时母线电压和线路电压幅值、相角相差过大而造成系统振荡，需要对母线电压和线路间隔抽取电压进行比较，符合要求才能进行合闸。

当对合位进行再次判断确认时，若满足任意一个合位确认条件时，均能认定一次设备确实处于合位，若三个合位确认条件均不能满足时，就判定合位异常，发出合位异常的报警信号。

在对一次设备的合位状态进行确认时，可以通过第一合位确认条件，如果不满第一合位确认条件时，再通过第二合位确认条件或第三确认条件进行确认，若满足第二合位确认条件或第三合位确认条件时，仍然确认一次设备处于合位，否则判定合位异常，发出合位异常的报警信号。

作为其他实施方式，在对一次设备的合位状态进行确认时，合位确认条件的判断顺序随机，即先判断第二合位确认条件或者先判断第三合位确认条件。

(2)当采集的一次设备状态为分位时，通过合位确认条件对合位状态进行互校确认判断。

分位确认条件包括两个：

第一分位确认条件为：

式⑥中，I_Φ.min(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值。

该第一分位确认条件表明：当满足在启动时母线三相间隔本侧有电压且三相间隔本侧无电流且间隔本侧无零序电流时，一次设备处于合位状态。

一次设备单相故障跳开后，存在单相为分位、其他两相为合位的情况，为了防止状态信息误判，需要引入间隔对侧的电流进行判别，那么第二分位确认条件为：

式⑦中I_Φ.min(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值，I_Φ1.min(t)为启动时三相间隔对侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值。

该第二分位确认条件表明：在间隔本侧有电流时，可能会认为是分闸异常，但实质可能是因为一次设备单相故障跳开后，存在单相为分位、其他两相为合位的情况造成对异常设备三相分位状态的误判，因此，引入间隔对侧电流进行辅助判断，即判断三相间隔本侧无电流、三相间隔对侧无电流、母线三相间隔本侧有电压且间隔本侧有零序电流时，也能确认一次状态处于分位状态。

当对分位进行再次判断确认时，若满足任意一个分位确认条件时，均能认定一次设备确实处于合位，若两个分位确认条件均不能满足时，就判定分位异常，发出分位异常的报警信号。

在对一次设备的分位状态进行确认时，可以优先通过第一分位确认条件，如果不满第一分合位确认条件时，再通过第二分合位确认条件进行确认，若满足第二分位确认条件时，仍然确认一次设备处于分位，否则判定分位异常，发出分位异常的报警信号。

作为其他实施方式，在对一次设备的分位状态进行确认时，先对第二分位确认条件进行确认。

系统实施例：

本发明的一次设备状态的判别系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器在运行计算机程序时实现方法实施例中的步骤，其实现的具体步骤已在上述实施例中详细介绍，此处不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一次设备状态的判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采集一次设备启动时的分、合位置状态信息；

2)当处于合位时，对合位状态进行确认，合位确认条件包括第一合位确认条件、第二合位确认条件和第三合位确认条件，当任意一合位确认条件满足时，确认处于合位；当三个合位确认条件均不满足时，确认合位异常；

其中第一合位确认条件与启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值和启动时间隔本侧零序电流幅值有关，

所述第一合位确认条件为：

式中，I_Φ.min(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值；

第二合位确认条件与启动时三相间隔对侧电流中的最小相电流幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值和启动时间隔本侧零序电流幅值有关，

所述第二合位确认条件为：

式中，I_Φ1.min(t)为启动时三相间隔对侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值；

第三合位确认条件与启动时三相间隔本侧电流中的最大相电流幅值、启动时三相间隔对侧电流中的最大相电流幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值和启动时间隔抽取电压幅值有关；

所述第三合位确认条件为：

式中I_Φ.max(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最大相电流幅值，I_Φ1.max(t)为启动时三相间隔对侧电流中的最大相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，U_X(t)为启动时间隔抽取电压幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值；

3)当处于分位时，对分位状态进行确认，分位确认条件包括第一分位确认条件和第二分位确认条件，当任意一分位确认条件满足时，确认处于分位；当两个分位确认条件均不满足时，确认分位异常；

其中，第一分位确认条件与启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值和启动时间隔本侧零序电流幅值有关，

所述第一分位确认条件为：

式中，I_Φ.min(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值；

第二分位确认条件与启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值、启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值和启动时间隔本侧零序电流幅值有关,

所述第二分位确认条件为：

式中I_Φ.min(t)为启动时三相间隔本侧电流中的最小相电流幅值，I_Φ1.min(t)为启动时三相间隔对侧电流中的最小相电流幅值，U_Φ.min(t)为启动时母线三相间隔本侧电压中的最小相电压幅值，3I₀(t)为启动时间隔本侧零序电流幅值，U_N为PT二次额定相电压值，I_N为CT二次额定相电流值。

2.根据权利要求1所述的一次设备状态的判别方法，其特征在于，所述步骤1)中分位、合位同时消失或同时存在，延时发出一次设备分合位异常报警。

3.根据权利要求1所述的一次设备状态的判别方法，其特征在于，在进行合位状态确认时，先判断第一合位确认条件。

4.根据权利要求1所述的一次设备状态的判别方法，其特征在于，在进行分位状态确认时，先判断第一分位确认条件。

5.一次设备状态的判别系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器在运行所述计算机程序时实现权利要求1-4任一项所述的方法。

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