CN113189480A - 一种隔离开关合闸/分闸过程中的故障诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种隔离开关合闸/分闸过程中的故障诊断方法及装置。本公开揭示了一种隔离开关在合闸过程中的故障诊断方法，包括如下步骤：记录隔离开关合闸正常时的第一合闸角度和第一合闸时间，以第一合闸角度为纵坐标，以第一合闸时间为横坐标，绘制标准合闸姿态曲线图；实时监测待测隔离开关完成合闸后的第二合闸角度，并计算第二合闸时间，以第二合闸角度为纵坐标，以第二合闸时间为横坐标，绘制合闸姿态曲线图；将合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图进行比较，对隔离开关合闸过程中存在的故障进行诊断。

Description

一种隔离开关合闸/分闸过程中的故障诊断方法及装置

技术领域

本公开属于电力系统技术领域，具体涉及一种隔离开关合闸/分闸过程中的故障诊断方法及装置。

背景技术

高压隔离开关是变电站中使用最多的电气设备，是变电站检修时保证隔离电压稳定、维护高压电器装置安全的重要元件。因此，确保高压隔离开关分合闸到位、及时发现隔离开关故障对发展智能变电站具有重要的意义。

基于姿态传感器的隔离开关监测系统是目前变电站采用的状态监测方法之一。具体方法为：将姿态传感器安装在隔离开关的机械传动机构或者轴承处，姿态传感器从三个方位轴解算出隔离开关转动的实时姿态角度，三个方位轴解算出来的角度分别为俯仰角、航向角和翻滚角。通过解算隔离开关分合闸转动的角度值，来判断隔离开关是否分合闸到位。这种方法角度测量精确、性能稳定、安装简单，但缺点是无法直观判断隔离开关是否存在故障。目前，姿态传感器的上位机功能单一，仅用于角度数据和分合闸时间显示。还存在数据变化不直观、分合闸速度无法目测、分合闸同时性难以判断及分合闸的具体故障无法在上位机中体现的问题。

发明内容

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种隔离开关合闸/分闸过程中的故障诊断方法及装置，通过在隔离开关监测系统中增加姿态轨迹绘制，使得隔离开关的分合闸数据变化更加直观，从而提高隔离开关的故障诊断效率。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

一种隔离开关在合闸过程中的故障诊断方法，包括如下步骤：

S100：记录隔离开关合闸正常时的第一合闸角度和第一合闸时间，以第一合闸角度为纵坐标，以第一合闸时间为横坐标，绘制标准合闸姿态曲线图；

S200：实时监测待测隔离开关完成合闸后的第二合闸角度，并计算第二合闸时间，以第二合闸角度为纵坐标，第二合闸时间为横坐标，绘制合闸姿态曲线图；

S300：将合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图进行比较，对隔离开关合闸过程中存在的故障进行诊断。

优选的，所述对隔离开关在合闸过程中存在的故障进行诊断通过以下方式进行：

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的合闸角度的角度差判断隔离开关在合闸过程中是否存在拒动和不到位；

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中三相曲线的汇合点判断隔离开关在合闸过程中三相刀闸的同时性；

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线的流畅性判断隔离开关在合闸过程中是否存在卡涩；

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线的斜率判断隔离开关在合闸过程中是否变慢。

优选的，若合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的合闸角度的角度差为不小于63°时，隔离开关在合闸过程中存在拒动；若合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的合闸角度的角度差小于63°时，隔离开关在合闸过程中存在不到位。

本公开还提供一种隔离开关在分闸过程中的故障诊断方法，包括如下步骤：

S1000：记录隔离开关分闸正常时的第一分闸角度和第一分闸时间，以第一分闸角度为纵坐标，第一分闸时间为横坐标，绘制标准分闸姿态曲线图；

S2000：实时监测待测隔离开关完成分闸后的第二分闸角度，并计算第二分闸时间，以第二分闸角度为纵坐标，第二分闸时间为横坐标，绘制分闸姿态曲线图；

S3000：将分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图进行比较，对隔离开关分闸过程中存在的故障进行诊断。

优选的，所述对隔离开关在分闸过程中存在的故障进行诊断通过以下方式进行：

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的分闸角度的角度差判断隔离开关在分闸过程中是否存在拒动和不到位；

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中三相曲线的汇合点判断隔离开关在分闸过程中三相刀闸的同时性；

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线的流畅性判断隔离开关在分闸过程中是否存在卡涩；

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线的斜率判断隔离开关在分闸过程中是否变慢。

优选的，若分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的分闸角度的角度差为不小于63°时，隔离开关在分闸过程中存在拒动；若分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的分闸角度的角度差小于63°时，隔离开关在分闸过程中存在不到位。

本公开还提供一种隔离开关在合闸/分闸过程中的故障诊断装置，包括：

测量模块，用于测量隔离开关在合闸过程中的合闸角度信号或在分闸过程中的分闸角度信号；

分析比较模块，用于接收隔离开关的合闸角度信号或分闸角度信号并进行分析，根据分析结果实时绘制隔离开关的合闸姿态曲线或分闸姿态曲线，还用于将隔离开关的合闸姿态曲线或分闸姿态曲线与标准合闸姿态曲线或标准分闸姿态曲线进行比对，根据比对结果诊断隔离开关在合闸或分闸过程中存在的故障。

优选的，所述测量模块包括姿态传感器，所述姿态传感器设置于隔离开关的底座轴承上。

优选的，所述分析比较模块包括接收装置和上位机。

优选的，所述装置还包括问询模块，用于实时问询测量模块的工作状态。

与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：

本公开通过绘制姿态轨迹曲线对隔离开关在分合闸过程中存在的故障进行分析，使得现有的姿态监测系统的数据变化更直观，能够进一步提高隔离开关故障预警的准确性，方便及时发现隔离开关的安全隐患。

附图说明

图1是本公开一个实施例提供的一种隔离开关在合闸过程中的故障诊断方法流程示意图；

图2是本公开另一个实施例提供的隔离开关在合闸过程中存在拒动故障的姿态曲线图；

图3是本公开另一个实施例提供的隔离开关在合闸过程中存在合闸不到位故障的姿态曲线图；

图4是本公开另一个实施例提供的隔离开关在合闸过程中存在不同期故障的姿态曲线图；

图5是本公开另一个实施例提供的隔离开关在合闸过程中存在卡涩故障的姿态曲线图；

图6是本公开另一个实施例提供的隔离开关在合闸过程中存在合闸速度变慢的姿态曲线图；

图7是本公开另一个实施例提供的故障诊断装置的结构示意图；

图8是本公开另一个实施例提供的上位机的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图1至图8详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。

一个实施例中，如图1所示，一种隔离开关在合闸过程中的故障诊断方法，包括如下步骤：

S100：记录隔离开关合闸正常时的第一合闸角度和第一合闸时间，以第一合闸角度为纵坐标，以第一合闸时间为横坐标，绘制标准合闸姿态曲线图；

S200：实时监测待测隔离开关完成合闸后的第二合闸角度，并计算第二合闸时间，以第二合闸角度为纵坐标，第二合闸时间为横坐标，绘制合闸姿态曲线图；；

S300：将合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图进行比较，对隔离开关在合闸过程中存在的故障进行诊断。

本公开通过分析隔离开关在合闸过程中的合闸数据和姿态轨迹，可用于对隔离开关的状态进行故障预警，能够更加准确地监测隔离开关的分合闸拒动、分合闸不到位、三相不同期、分合闸卡涩和分合闸速度变慢五类故障，具有更高的监测精度，同时更符合实际工程项目中的任务需求，具有很强的实用性。

另一个实施例中，所述对隔离开关在合闸过程中存在的故障进行诊断通过以下方式进行：

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的合闸角度的角度差判断隔离开关在合闸过程中是否存在拒动和不到位；

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中三相曲线的汇合点判断隔离开关在合闸过程中三相刀闸的同时性；

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线的流畅性判断隔离开关在合闸过程中是否存在卡涩；

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线的斜率判断隔离开关在合闸过程中是否变慢。

本实施例中，隔离开关的故障类型及诊断方法如表1所示。其中，Δθ表示异常情况和正常合闸/分闸到位的角度差，ΔT表示正常合闸/分闸到位与异常情况的时间差，ΔT＝T2-T1，T1代表正常合闸/分闸到位的全行程时间，T2代表异常情况下的合闸/分闸时间。

表1

传统的基于姿态传感器的隔离开关监测系统仅显示姿态传感器的分合闸角度、分合闸时间与分合闸状态，姿态传感器判定分合闸到位的判据仅根据角度差Δθ，只要角度差Δθ＝0，姿态传感器会判断该极刀闸为分合闸到位。

在这种传统的数据显示方法下，监控中心会漏判隔离开关的故障。如三相不同期故障，第一种情况为合闸操作开始时间延后，但最终能合闸成功且合闸时间相同，上位机显示时间差ΔT＝0，且最终分合闸到位，角度差Δθ＝0，姿态传感器显示状态为分合闸到位，那么监控中心会认为隔离开关正常分合闸。但实时上，隔离开关三相刀闸的分合闸起始时间不在同一起点上，这只有从姿态轨迹才能看出来。姿态轨迹的加入增加了数据的直观性，和分合闸数据形成了双告警，降低了隔离开关故障漏判的可能性。

同时，传统的监测系统无法判断出隔离开关的故障类型，加大了变电站现场检修的难度。若分合闸能到位，但分合闸时间延长，传统上位机显示出时间差ΔT＞0，角度差Δθ＝0，姿态传感器显示状态为分合闸到位。监控中心可能会认为分合闸卡涩、不同期和分合闸速度变慢等故障同时存在，具体是哪种故障类型不得而知，这就会大大降低故障的排查效率，因为每种故障对应的检查方向有很大区别，例如，分合闸拒动的原因可能是电机欠压导致电机回路故障、分合闸继电器接点损坏造成继电器辅助接点无法正常动作、脉冲发生器件故障可能导致电动和手动操作回路均失灵等；而分合闸卡涩的原因可能是由于分合闸机械定位装置调整不当、限位开关与辅助开关调整不当、长期运行后齿轮切合不良、平衡弹簧等部件锈蚀、触头过紧、轴承润滑不良等。显然，传统监测系统由于故障类型诊断不明确，会导致故障排查范围扩大，从而降低诊断效率。

另外，若分合闸不到位，分合闸时间延长，传统上位机显示出时间差ΔT＞0，角度差Δθ＞0，姿态传感器显示状态为分合闸异常。监控中心可能会认为分合闸不到位、分合闸卡涩或不同期等故障同时存在，但具体是哪种故障类型同样无法得知。而本公开通过姿态轨迹能够很直观的判别出隔离开关具体属于哪种故障类型，从而能够有针对性的对隔离开关的故障进行排查。

下面，结合附图2至图6对各种故障类型进行详细说明。

图2是隔离开关在合闸过程中存在拒动故障的姿态曲线图。图2中，曲线表示单级闸刀的运动轨迹，假设合闸到位时操作轴应转动90°。由图2可知，隔离开关在操作过程中若出现拒动的故障，会导致超过分合闸角度70％的角度差Δθ，即Δθ≥63°，合闸时间T2持续计时，ΔT∝∞，上位机状态显示为异常。若转动的角度小于姿态感知系统设定的误差角度，系统判定合闸过程未开始，上位机仍旧保留上一个状态即分闸到位，此时合闸时间T2未开始计时，T2＝0，时间差ΔT＝T。

图3是隔离开关在合闸过程中存在合闸不到位故障的姿态曲线图。由图3可知，隔离开关在合闸过程中若出现不到位的情况，会存在小于分合闸角度70％的角度差Δθ，即Δθ<63°。由于轴承一直没有转动到合闸到位的角度，合闸时间T2会持续计时，ΔT∝∞，上位机状态显示为异常。

图4是隔离开关在合闸过程中存在不同期故障的姿态曲线图。如图4所示，合闸不同期有三种可能：第一种情况为合闸操作开始时间延后，但最终能合闸成功且合闸时间相同，时间差ΔT＝0；第二种情况为合闸到位时间比正常时更长或更短，ΔT＜0或ΔT＞0；第三种情况为三相中有一项或两项不动作，无法合闸到位，ΔT∝∞。隔离开关在合闸过程中若出现不同期的情况，会导致角度差Δθ＞0。

图5是隔离开关在合闸过程中存在卡涩故障的姿态曲线图。在卡涩处，姿态传感器会出现数据摆动，姿态轨迹会存在如图5所示的卡涩区段，这是隔离开关合闸过程中出现卡涩的标志性特征。卡涩会导致合闸行程时间延长，即时间差ΔT＞0，最终合闸到位后，角度差Δθ＝0，上位机状态显示为正常。

图6是隔离开关在合闸过程中存在合闸速度变慢的姿态曲线图。合闸速度变慢一般随着分合闸不到位、不同期或卡涩等情况一同出现，如图6所示，速度变慢的合闸操作姿态曲线的斜率明显平缓，时间差ΔT＞0，角度差Δθ＝0，合闸到位后，上位机状态显示为正常。

本公开还提供一种隔离开关在分闸过程中的故障诊断方法，包括如下步骤：

S1000：记录隔离开关分闸正常时的第一分闸角度和第一分闸时间，以第一分闸角度为纵坐标，以第一分闸时间为横坐标，绘制标准分闸姿态曲线图；

S2000：实时监测待测隔离开关完成分闸后的第二分闸角度，并计算第二分闸时间，以第二分闸角度为纵坐标，第二分闸时间为横坐标，绘制分闸姿态曲线图；

S3000：将分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图进行比较，对隔离开关分闸过程中存在的故障进行诊断。

另一个实施例中，所述对隔离开关在分闸过程中存在的故障进行诊断通过以下方式进行：

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的分闸角度的角度差判断隔离开关在分闸过程中是否存在拒动和不到位；

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中三相曲线的汇合点判断隔离开关在分闸过程中三相刀闸的同时性；

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线的流畅性判断隔离开关在分闸过程中是否存在卡涩；

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线的斜率判断隔离开关在分闸过程中是否变慢。

本实施例中，隔离开关在分闸过程中存在的故障的诊断方法和合闸过程中的诊断方法一样，此处不再赘述。

另一个实施例中，本公开还提供一种隔离开关在合闸/分闸过程中的故障诊断装置，包括：

测量模块，用于测量隔离开关在合闸过程中的合闸角度信号或在分闸过程中的分闸角度信号；

分析比较模块，用于接收隔离开关的合闸角度信号或分闸角度信号并进行分析，根据分析结果实时绘制隔离开关的合闸姿态曲线或分闸姿态曲线，还用于将隔离开关的合闸姿态曲线或分闸姿态曲线与标准合闸姿态曲线或标准分闸姿态曲线进行比对，根据比对结果诊断隔离开关在合闸或分闸过程中存在的故障。

另一个实施例中，所述测量模块包括姿态传感器，所述姿态传感器设置于隔离开关的底座轴承上。

另一个实施例中，如图7所示，所述分析比较模块包括接收装置和上位机。

本实施例中，如图8所示，上位机包括通信模块、上位机模块、传感器管理模块、数据备份与导出模块以及数据显示模块；其中，

通信模块用于选择通信方式，通常可选择的有串口通信和网口通信两种方式。

上位机模块用于选择上位机的功能，可用于设置姿态传感器的地址和组别，实时更新姿态传感器的数据并保存。

传感器管理模块用于标定姿态传感器以及设置姿态传感器的各项参数。

数据备份与导出模块用于导出姿态传感器发送的数据和绘制的姿态曲线图片，其中，数据包括所有姿态传感器数据，如横滚角、航向角、俯仰角、隔离分合闸时间、工位状态等。

数据显示模块用于显示姿态传感器的角度数据、分合闸时间、工位状态、在线状态以及隔离开关工位状态的故障告警，同时根据时间和角度数据绘制每组隔离开关的姿态曲线f＝θ(t)。

另一个实施例中，所述装置还包括问询模块，用于实时问询测量模块的工作状态。

本实施例中，问询模块在一定间隔时间内发送问询信号对姿态传感器进行问询，如果问询模块能够在限定时间内接收到姿态传感器发送的应答信号，说明姿态传感器处于正常工作状态，否则说明姿态传感器存在故障，此时，就需要作业人员对其进行检修。

本公开还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质包括：

存储器，用于存储诊断隔离开关在合闸/分闸过程中故障的方法，以及

处理器，用于加载并执行存储器中存储的方法。

为了示例和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种隔离开关在合闸过程中的故障诊断方法，包括如下步骤：

S100：记录隔离开关合闸正常时的第一合闸角度和第一合闸时间，以第一合闸角度为纵坐标，以第一合闸时间为横坐标，绘制标准合闸姿态曲线图；

S200：实时监测待测隔离开关完成合闸后的第二合闸角度，并计算第二合闸时间，以第二合闸角度为纵坐标，第二合闸时间为横坐标，绘制合闸姿态曲线图；

S300：将合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图进行比较，对隔离开关在合闸过程中存在的故障进行诊断。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，所述对隔离开关在合闸过程中存在的故障进行诊断通过以下方式进行：

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的合闸角度的角度差判断隔离开关在合闸过程中是否存在拒动和不到位；

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中三相曲线的汇合点判断隔离开关在合闸过程中三相刀闸的同时性；

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线的流畅性判断隔离开关在合闸过程中是否存在卡涩；

通过对比合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线的斜率判断隔离开关在合闸过程中是否变慢。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，若合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的合闸角度的角度差为不小于63°时，隔离开关在合闸过程中存在拒动；若合闸姿态曲线图与标准合闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的合闸角度的角度差小于63°时，隔离开关在合闸过程中存在不到位。

4.一种隔离开关在分闸过程中的故障诊断方法，包括如下步骤：

S1000：记录隔离开关分闸正常时的第一分闸角度和第一分闸时间，以第一分闸角度为纵坐标，以第一分闸时间为横坐标，绘制标准分闸姿态曲线图；

S2000：实时监测待测隔离开关完成分闸后的第二分闸角度，并计算第二分闸时间，以第二分闸角度为纵坐标，第二分闸时间为横坐标，绘制分闸姿态曲线图；

S3000：将分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图进行比较，对隔离开关在分闸过程中存在的故障进行诊断。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述对隔离开关在分闸过程中存在的故障进行诊断通过以下方式进行：

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的分闸角度的角度差判断隔离开关在分闸过程中是否存在拒动和不到位；

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中三相曲线的汇合点判断隔离开关在分闸过程中三相刀闸的同时性；

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线的流畅性判断隔离开关在分闸过程中是否存在卡涩；

通过对比分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线的斜率判断隔离开关在分闸过程中是否变慢。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，若分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的分闸角度的角度差为不小于63°时，隔离开关在分闸过程中存在拒动；若分闸姿态曲线图与标准分闸姿态曲线图中曲线最高点的纵坐标所对应的分闸角度的角度差小于63°时，隔离开关在分闸过程中存在不到位。

7.一种隔离开关在合闸/分闸过程中的故障诊断装置，包括：

测量模块，用于测量隔离开关在合闸过程中的合闸角度信号或在分闸过程中的分闸角度信号；

分析比较模块，用于接收隔离开关的合闸角度信号或分闸角度信号并进行分析，根据分析结果实时绘制隔离开关的合闸姿态曲线或分闸姿态曲线，还用于将隔离开关的合闸姿态曲线或分闸姿态曲线与标准合闸姿态曲线或标准分闸姿态曲线进行比对，根据比对结果诊断隔离开关在合闸或分闸过程中存在的故障。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述测量模块包括姿态传感器，所述姿态传感器设置于隔离开关的底座轴承上。

9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述分析比较模块包括接收装置和上位机。

10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述装置还包括问询模块，用于实时问询测量模块的工作状态。

Images