CN110752669A - 一种断路器储能弹簧异常状态评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器储能弹簧异常状态评估系统，包括：力学传感器，用于实时测量储能弹簧的受力值；数据采集模块，用于将储能弹簧的受力值数据转换为模拟信号数据；远程遥测报警模块，用于根据受力值数据与预设受力阈值生成异常状态预警信号，并将数据采集模块转换得到的受力值数据和异常状态预警信号通过变电站的设备控制系统发送至后台监控模块；数据库模块，用于对后台监控模块接收到的受力值数据进行存储；后台监控模块，用于在异常状态预警的频率大于预设频率阈值时，对储能弹簧的剩余寿命进行评估。本发明可以充分利用现有的通信线路，实现后台对现场的监视报警功能，提高储能弹簧的故障辨识率，避免断路器事故给电网安全造成的风险。

Description

一种断路器储能弹簧异常状态评估系统

技术领域

本发明涉及变电站设备异常状态监测预警技术领域，具体涉及一种断路器储能弹簧异常状态评估系统。

背景技术

高压断路器是电力系统中的重要设备之一，起着保护和控制的双重任务，其运行状态直接影响着电网系统的安全稳定性和供电可靠性，当它发生故障或者事故时会引起电网事故或扩大事故，造成相当大的经济及其它方面的损失。弹簧操动机构具有部件可靠、结构简单、维护方便等优点，在高压断路器中的使用率越来越高。断路器不管是分闸动作还是合闸动作都需要一定的动力，弹簧通过传动机构将动力传递给断路器，能量存储由两个螺旋压缩弹簧实现，分别是合闸储能弹簧以及分闸储能弹簧，断路器有3个主要动作：合闸动作、分闸动作、储能动作。合闸动作实现的过程为：合闸线圈得电后触发合闸掣子动作，合闸弹簧会释放一定的能量，断路器才会完成合闸动作，同时，合闸弹簧释放的能量会有一部分储存在分闸弹簧中，为下一次分闸动作准备能量。

随着断路器服役时间的增长，其动力核心部件—一分、合闸弹簧会发生应力松弛、断裂等故障，将直接导致断路器的分合闸速度降低影响灭弧，甚至拒动进而造成更大程度的事故。现在的断路器弹簧储能状态监测方法或者仅仅对合闸储能弹簧进行了是否储能的监视，对分闸弹簧是否储能没有进行监视，而且对合闸弹簧的储能也仅仅是是否储能进行开关量判断，对于弹簧所储存的能量是否能够满足断路器分合闸操作所需要的能量无从判断；或者需要添加繁多的传感器，比如压力传感器，加速度传感器，直线位移传感器、光栅传感器、导电塑料电位器和角位移传感器，不仅传感器本身精度不够高，针对不同的断路器型号，缺乏通用性，而且尚没有独立的逻辑判断体系、数据库系统和实时报警装置，仍需要人工进行比对分析故障，既降低了监测效率，也容易造成故障信号的漏检。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种断路器储能弹簧异常状态评估系统，从而有效避免断路器事故给电网安全造成的风险。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种断路器储能弹簧异常状态评估系统，包括力学传感器、数据采集转换模块、高亮LED显示调试模块、远程遥测报警模块、数据库模块和后台监控模块；

所述力学传感器，用于实时测量分闸、合闸储能弹簧的受力值；

所述数据采集模块，用于将分闸、合闸储能弹簧的受力值数据转换为模拟信号数据；

所述远程遥测报警模块，用于将数据采集模块转换得到的受力值数据与预设受力阈值进行比较，并在受力值数据低于预设受力阈值下限时生成异常状态预警信号；还用于将数据采集模块转换得到的受力值数据和异常状态预警信号通过变电站的设备控制系统发送至后台监控模块；

所述高亮LED显示调试模块，用于对评估系统进行现场显示和现场调试；

所述数据库模块，用于对后台监控模块接收到的受力值数据进行存储；

所述后台监控模块，用于在异常状态预警的频率大于预设频率阈值时，从数据库模块中调取若干个时间分布均匀的受力值历史数据进行分析，以评估分闸、合闸储能弹簧的剩余寿命。

进一步地，所述评估系统还包括供电模块，所述供电模块通过设置独立空开接入到断路器的加热照明交流电源回路中，以获取220千伏交流电源，并为数据采集转换模块和高亮LED显示调试模块供电。

进一步地，所述高亮度LED显示调试模块，通过RS232接口与所述远程遥测报警模块通信连接，以完成对评估系统的现场显示和现场调试。

进一步地，所述力学传感器采用差动式力学传感器。

进一步地，所述评估分闸、合闸储能弹簧的剩余寿命，具体是指，判断所有调取的受力值历史数据的波动范围，当波动范围中的最低值低于预设受力阈值下限90％时，对比储能弹簧的出厂设计值，并结合储能弹簧的服役时间和动作次数，进行模拟，推算储能弹簧力值下降至预设警戒值的时间。

有益效果

本发明的有益效果为：

1、本发明可以充分利用现有变电器控制系统的通信线路，将现场的断路器储能弹簧的受力值数据，以及远程遥测报警模块判断发出的异常状态预警信号，远程传输至后台监控模块，实现后台远程监视报警功能；同时也可便于后台监控模块为远程遥测报警模块进行远程配置，确保后台监控模块可以实现远程监控，避免储能弹簧在线失效造成的电网安全事故发生，而且直接利用现有通信线路，使得技改成本低，可以全面推广使用；进一步，后台监控模块在接收到异常状态预警信号的频率大于预设频率阈值时，通过调取受力值历史数据进行分析，从而完成对储能弹簧进行剩余寿命评估，可以有效提高储能弹簧的故障辨识率，实现对储能弹簧的全程感知和专家系统判断。

2、本发明中的供电模块无需单独供电，可通过设置独立的工作电源空开，接入到现场现有的加热照明交流电源回路，从而为本发明系统供电，大大降低了变电站的设备控制系统在增加本发明系统供电回路的工作量和风险。

附图说明

图1为本发明的断路器储能弹簧异常状态评估系统的控制模块图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，对本发明的技术方案作进一步解释说明。

本实施例提供一种断路器储能弹簧异常状态评估系统，如图1所示，包括力学传感器、数据采集转换模块、高亮LED显示调试模块、远程遥测报警模块、数据库模块、后台监控模块和供电模块。

所述力学传感器，采用差动式力学传感器，数据采集转换模块连接，用于实时测量分闸、合闸储能弹簧的受力值。

安装该差动式力学传感器的方法为：采用储能弹簧安装专用工具对储能弹簧(本发明中提及的储能弹簧，可以是分闸储能弹簧，也可以是合闸储能弹簧)进行压缩，从而便于拆除储能弹簧底部托盘的紧固螺栓，在托盘与紧固螺栓之间加装差动式力学传感器，在随后的紧固螺栓紧固过程中要在原有紧固位置的基础上对差动式力学传感器的厚度进行调整，确保储能弹簧的预压缩量没有变化。一般在安装前对储能弹簧的预缩位置进行标记或对储能弹簧拉杆的螺丝长度进行测量，测量长度减出差动式力学传感器的厚度即后续装配的位置。

所述数据采集转换模块，用于将分闸、合闸储能弹簧的受力值数据转换为模拟信号数据。在安装数据采集转换模块时，采用高强度磁力底座，安装方便，由于机构箱采用不锈钢材质，无法直接安装在机构箱内壁，现场采用扁铁加工了一个固定底座，以供数据采集转换模块的高强度磁力底座安装固定。

所述远程遥测报警模块，与数据采集转换模块连接，用于从数据采集模块获取转换得到的受力值数据，并将该受力值数据与预设受力阈值进行比较，在受力值数据超出预设受力阈值时生成异常状态预警信号；

所述远程遥测报警模块，还与高亮LED显示调试模块和后台监控模块，用于将数据采集模块转换得到的受力值数据和异常状态预警信号，一方面发送至高亮LED显示调试模块显示，另一方面还通过变电站的设备控制系统发送至后台监控模块。

其中，变电站的设备控制系统，具体是指变电站的主变低压侧测控装置的直流量采集单元，通过将直流量采集单元的信号线与测控屏直接接于端子排上，远程遥测报警模块即可将数据采集模块转换得到的受力值数据和异常状态预警信号，通过变电站现有的主变低压侧测控装置的直流量采集单元，发送至后台监控模块，实现在后台对现场的储能弹簧进行远端监视报警功能。同时，后台监控模块也可通过该线路对远程遥测报警模块进行远程配置。

所述高亮LED显示调试模块，通过RS232接口与所述远程遥测报警模块通信，用于对本发明评估系统进行现场显示(包括显示储能弹簧的受力值数据)和现场调试，其中现场调试包括分闸与合闸测试、校准实际初始值、厂家提供储能弹簧的预设受力阈值、高亮LED显示调试模块自身的初始化等。

所述供电模块通过设置独立空开接入到断路器的加热照明交流电源回路中，以获取220千伏交流电源，然后从端子排转接以为数据采集转换模块和高亮LED显示调试模块供电。这样大大降低了变电站的设备控制系统在增加本发明系统供电回路的工作量和风险。

所述数据库模块，用于对后台监控模块接收到的受力值数据进行实时存储。

所述后台监控模块，用于在异常状态预警的频率大于预设频率阈值时，自动从数据库模块中调取该储能弹簧近期内若干个时间分布均匀的受力值历史数据进行分析，通过预先编制的算法，结合厂家提供的储能弹簧初始初始值、预设受力阈值，以评估该储能弹簧的剩余寿命，即：判断所有调取的受力值历史数据的波动范围，当波动范围的最低值低于预设受力阈值下限90％时，将最低值与储能弹簧的出厂设计值对比，并结合储能弹簧的服役时间和动作次数(储能弹簧的历史动作次数)，进行模拟，推算储能弹簧受力值下降预设警戒值的时间，即为剩余寿命时间。一旦储能弹簧的受力值低于预设警戒值，则发出强预警信号。本实施例中的预设警戒值优选为出厂设计值的80％。

本实施例评估系统的工作过程为：初始安装差动式力学传感器时，利用储能弹簧安装专用工具对储能弹簧进行压缩，在托盘与紧固螺栓之间加装压力传感器，并利用高亮LED显示调试模块通过RS232接口电路对评估系统进行现场调试。评估系统正常工作后，数据采集转换模块对分闸、合闸储能弹簧的受力值按照设定的采集频率进行实时采集。远程遥测报警模块，将该受力值数据与预设受力阈值进行比较，在受力值数据超出预设受力阈值时生成异常状态预警信号；同时，远程遥测报警模块还将受力值数据和异常状态预警信号，通过主变低压侧测控装置的直流量采集单元发送至后台监控模块；另外，远程遥测报警模块还将受力值数据和异常状态预警信号发送至高亮LED显示调试模块进行现场显示。数据库模块后台监控模块接收到的受力值数据进行实时存储得到历史波动曲线。当异常状态预警的频率大于预设频率阈值时，自动从数据库模块中调取该储能弹簧近期内若干个时间分布均匀的受力值历史数据进行分析，对相应弹簧的剩余寿命进行评估，一旦低于预设警戒值，则发出强预警信号。

以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种断路器储能弹簧异常状态评估系统，其特征在于，包括力学传感器、数据采集转换模块、高亮LED显示调试模块、远程遥测报警模块、数据库模块和后台监控模块；

所述力学传感器，用于实时测量分闸、合闸储能弹簧的受力值；

所述数据采集模块，用于将分闸、合闸储能弹簧的受力值数据转换为模拟信号数据；

所述远程遥测报警模块，用于将数据采集模块转换得到的受力值数据与预设受力阈值进行比较，并在受力值数据低于预设受力阈值下限时生成异常状态预警信号；还用于将数据采集模块转换得到的受力值数据和异常状态预警信号通过变电站的设备控制系统发送至后台监控模块；

所述高亮LED显示调试模块，用于对评估系统进行现场显示和现场调试；

所述数据库模块，用于对后台监控模块接收到的受力值数据进行存储；

所述后台监控模块，用于在异常状态预警的频率大于预设频率阈值时，从数据库模块中调取若干个时间分布均匀的受力值历史数据进行分析，以评估分闸、合闸储能弹簧的剩余寿命。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括供电模块，所述供电模块通过设置独立空开接入到断路器的加热照明交流电源回路中，以获取220千伏交流电源，并为数据采集转换模块和高亮LED显示调试模块供电。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高亮度LED显示调试模块，通过RS232接口与所述远程遥测报警模块通信连接，以完成对评估系统的现场显示和现场调试。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述力学传感器采用差动式力学传感器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述评估分闸、合闸储能弹簧的剩余寿命，具体是指，判断所有调取的受力值历史数据的波动范围，当波动范围中的最低值低于预设受力阈值下限90％时，对比储能弹簧的出厂设计值，并结合储能弹簧的服役时间和动作次数，进行模拟，推算储能弹簧受力值下降至预设警戒值的时间。

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