CN113410814B - 一种机械式直流断路器状态评估方法、系统及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械式直流断路器状态评估方法、系统及介质，包括以下步骤：获取目标机械式直流断路器的主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc；根据主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc，计算im和uc的特征值，根据im特征值，确定断路器转移支路的振荡频率，判断换流电容是否发生故障，进而评估目标机械式直流断路器的运行状态；或者根据uc特征值，确定转移支路上的换流电容预充电电压值以及断路器未发生动作情况下的充放电时间间隔，判断换流电容当前所处状态，进而评估出目标机械式直流断路器的运行状态。本发明保证了整个电力系统的安全稳定运行，减少经济损失。

Description

一种机械式直流断路器状态评估方法、系统及介质
技术领域
本发明属于电力设备监测技术领域，具体属于一种机械式直流断路器状态评估方法、系统及介质。
背景技术
随着直流电网技术的发展，电能的生产、传输、分配及消费正在逐步朝着直流的形式转变。相对于传统的交流电网，直流电网主要具有传输功率大，损耗小，稳定性高等优点。但是，由于直流电流不存在自然过零点，开断难度大，已经成为制约直流电网进一步发展的瓶颈问题。
当直流线路中发生故障，直流断路器是一种最为有效地切除故障的有效措施，目前，直流断路器主要包括三种形式：基于人工过零的机械式直流断路器、电力半导体直流断路器和混合式直流断路器。基于人工过零的机械式直流断路器具有成本低，耐压高，损耗小等优点，是未来直流断路器的重要发展方向。直流断路器的主要作用体现在能够根据运行需要，投入或切除部分电力设备或线路；其保护作用体现在电力设备或者线路发生故障时，通过继电保护及自动装置作用于断路器，将故障部分从电网中迅速切除，以保证电网非故障部分的正常运行。一旦断路器发生故障会对整个电力系统的安全及稳定运行产生巨大的影响，若能在线实时监测断路器的运行状态，则能在断路器发生较为轻微故障时发现故障，这也能更容易地排除断路器故障进而减少经济损失，因此亟需提供一种直流断路器状态的监测评估方法，实现断路器的在线状态监测评估。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种机械式直流断路器状态评估方法、系统及介质，解决目前缺少直流断路器在线监测评估的问题，
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机械式直流断路器状态评估方法，包括以下步骤：
获取目标机械式直流断路器的主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc；
根据主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc，计算im和uc的特征值，
根据im特征值，确定断路器转移支路的振荡频率或根据uc特征值，确定转移支路上的换流电容预充电电压值以及断路器未发生动作情况下的充放电时间间隔，而判断换流电容是否发生故障，进而评估目标机械式直流断路器的运行状态。
进一步的，根据im特征值和uc特征值确定断路器的运行状态前，首先根据im和uc波形图判断目标机械式直流断路器是否动作，若目标机械式直流断路器动作，则通过im特征值评估断路器的运行状态；
否则通过uc特征值，定性判断换流电容当前所处状态，进而评估出目标机械式断路器的运行状态。
进一步的，所述uc特征值包括转移支路换流电容的预充电电压U0、换流电容两端电压发生变化后，从电压开始下降时刻到恢复预充电电压这一过程所需要的时间T；im特征值包括主支路主断路器电弧熄灭，系统电流刚向转移支路转移时的主断路器电流I1以及所对应的时间t1和系统电流完全转移到转移支路时的主断路器电流I2以及所对应的时间t2。
进一步的，所述im特征值初步判断换流电容是否发生故障的具体过程如下：将主断路器电流数据im的特征值I1、t1、I2和t2，根据
Figure BDA0003109095970000021
计算出斜率k，然后与正常斜率范围[A1，A2]相比较；
若k∈[A1，A2]，则说明转移支路的频率仍属于正常范围，即转移支路上并未发生故障；
若
Figure BDA0003109095970000031
则说明转移支路的频率发生明显变化，即可以判断转移支路上出现了故障，进而能够评估目标机械式直流断路器的运行状态。
进一步的，正常斜率范围[A1，A2]为目标机械式直流断路器正常开断电流时，转移支路的频率范围。
进一步的，所述uc特征值确定目标机械式直流断路器的运行状态的具体步骤如下：将转移支路上的换流电容预充电电压U0与正常预充电电压正常范围[B1，B2]进行比较；
若U0∈[B1，B2]，则说明此时的转移支路换流电容的预充电电压仍属于正常预充电电压工作范围；
若
Figure BDA0003109095970000032
则说明此时的转移支路换流电容的预充电电压属于异常工作状态，进而能够评估目标机械式直流断路器的运行状态。
进一步的，若U0∈[B1，B2]且此时目标机械式直流断路器一直处于导通状态，换流电容两端电压发生变化后，从电压开始下降时刻又重新变成预充电电压这一过程所需要的时间T和正常时间范围[C1，C2]进行比较：
若T∈[C1，C2]，则说明换流电容衰减速度和充电间隔都属于正常范围，即换流电容正常工作；
若
Figure BDA0003109095970000033
则说明换流电容衰减速度和充电间隔已经偏离正常工作状态，即换流电容出现异常，进而能够评估目标机械式直流断路器的运行状态。
进一步的，正常预充电电压范围[B1，B2]为目标机械式直流断路器能够正常开断电流时，转移支路给主支路提供反向开断电压范围；
正常时间范围[C1，C2]为目标机械式直流断路器正常导通时，从电压开始下降时刻到恢复预充电电压这一过程所需要的时间。
本发明还提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述的方法中的任一方法。
本发明还提供实现上述的一种机械式直流断路器状态评估方法的系统，包括：
数据采集模块，所述数据采集模块用于获取目标断路器主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc；
数据计算模块，所述数据计算模块用于根据目标断路器主支路主断路器电流数据im，计算im特征值，所述im特征值包括主支路主断路器电弧熄灭，系统电流刚向转移支路转移时的主断路器电流I1以及所对应的时间t1和系统电流完全转移到转移支路时的主断路器电流I2以及所对应的时间t2；根据转移支路换流电容充放电压数据uc，计算uc特征值，所述uc特征值包括转移支路换流电容的预充电电压U0、换流电容两端电压发生变化后，从电压开始下降时刻到恢复预充电电压这一过程所需要的时间T；
分析模块，所述分析模块用于根据所述目标断路器主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc，确定转移支路换流电容状态和断路器的运行状态。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种机械式直流断路器状态评估方法，获取主支路主断路器电流数据im和转移支路上的换流电容的充放电电压数据uc，根据im特征值，能够直接确定断路器转移支路的振荡频率，由断路器转移支路的振荡频率能够得出目标机械式直流断路器的运行状态，或者根据uc特征值，确定转移支路上的换流电容预充电电压值以及断路器未发生动作情况下的充放电时间间隔能够得出换流电容的状态，由换流电容能够评估直流断路器的状态，能在断路器发生较为轻微故障时发现故障，这也能更容易地排除断路器故障，保证整个电力系统的安全稳定运行，减少经济损失。
进一步的，通过断路器动作来获取im特征值和uc特征值，然后分别进行评估断路器的运行状态，这能够根据断路器是否动作，进而判断换流电容两端电压变化是由转移支路提供反向电流引起还是漏电流引起的。
进一步的，选用im特征值和uc特征值是因为im和uc波形都是直流电流系统中能够直接测量到的，不需要外加设备测量，这就也不需要额外的成本。
进一步的，首先通过im特征值进行评估目标机械式直流断路器的运行状态是因为能够通过一个判断就可以实现目标机械式直流断路器的运行状态的评估，方便迅速。
进一步的，设定机械式直流断路器正常工作时，转移支路的频率，是为了实现更好地判断直流断路器的运行状态，规避了因使用时间增多而导致的器件感抗和容抗的变化对转移支路频率的影响。
进一步的，采用转移支路换流电容的预充电电压U0与正常预充电电压比较，评估断路器运行状态能够直观地判断出换流电容状态是否发生变化。
进一步的，采用从电压开始下降时刻又重新变成预充电电压这一过程所需要的时间T与正常时间比较评估断路器运行状态是因为能够通过换流电容衰减速度和充电间隔来判断断路器运行状态，考虑了漏电流对断路器的影响，使评估准确性更高。
进一步的，设定目标机械式直流断路器开断电流时，使转移支路给主支路提供正常的反向开断电压，能够实现这一作用的反向开断电压是一个范围，可以让评估结果更精确。设定目标机械式直流断路器导通时，换流电容两端电压由于漏电流发生变化后，从电压开始下降时刻又再次到恢复预充电电压这一过程所需要的时间，是为了设定正常时间范围更好地判断断路器在导通时的运行状态。
附图说明
图1为本发明中获取所需数据的检测装置安装位置示意图；
图2为本发明中获取所需im的特征值示例图；
图3为本发明中获取所需uc的特征值示例图；
图4为本发明的机械式直流断路器状态评估方法；
图5为一种机械式直流断路器状态评估方法的系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1和图2和图3所示，本发明提供一种机械式直流断路器状态评估方法，通过检测装置获取目标机械式直流断路器主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容的充放电电压数据uc；计算im和uc的特征值，所述uc特征值包括预充电电压U0、换流电容两端电压发生变化后，从电压开始下降时刻到恢复预充电电压这一过程所需要的时间T；im特征值包括主支路主断路器电弧熄灭，系统电流刚向转移支路转移时的主断路器电流I1以及所对应的时间t1和系统电流完全转移到转移支路时的主断路器电流I2以及所对应的时间t2。
根据im特征值，确定断路器转移支路的振荡频率初步判断该断路器转移支路上是否发生故障；根据uc特征值，确定断路器转移支路上的换流电容预充电电压值以及断路器未发生动作情况下的充放电时间间隔，定性判断换流电容当前所处状态，进而评估出断路器的运行状态。
在本实施例中，首先根据im特征值和uc特征值分别构建im特征值和uc特征值波形图，根据im特征值和uc特征值波形图判断目标机械式直流断路器是否动作，若目标机械式直流断路器动作，则通过im特征值评估断路器的运行状态；
如图2所示，具体的，im特征值评估断路器的运行状态的具体过程如下：将主断路器电流im特征值(I1，t1)和(I2，t2)根据
Figure BDA0003109095970000061
计算出斜率k，然后与正常斜率范围[A1，A2]相比较；
若k∈[A1，A2]，则说明转移支路的频率仍属于正常范围，即转移支路上并未发生故障；
若
Figure BDA0003109095970000062
则说明转移支路的频率发生明显变化，即可以判断转移支路上出现了故障，并据此进一步评估断路器的运行风险。
在本实施例中，正常斜率范围[A1，A2]为目标机械式直流断路器的正常开断电流时，转移支路的频率范围可以为正常开断的电流频率。
在本实施例中，若目标机械式直流断路器不动作，则通过uc特征值，定性判断换流电容当前所处状态，进而评估出目标机械式断路器的运行状态。
如图3所示，具体的，通过uc特征值，定性判断换流电容当前所处状态，进而评估出目标机械式断路器的运行状态的具体步骤如下：
将转移支路上的换流电容预充电电压U0与正常预充电电压正常范围[B1，B2]进行比较；
若U0∈[B1，B2]，则说明此时的转移支路换流电容的预充电电压仍属于正常预充电电压工作范围；
若
Figure BDA0003109095970000071
则说明此时的转移支路换流电容的预充电电压属于异常工作状态，即此时换流电容状态发生改变，可据此进一步评估断路器的运行风险。
进一步的，若此时断路器一直处于导通状态，换流电容两端电压发生变化后，从电压开始下降时刻又重新变成预充电电压这一过程所需要的时间T和正常时间范围[C1，C2]进行比较：
若T∈[C1，C2]，则说明换流电容衰减速度和充电间隔都属于正常范围，即此时的转移支路上的换流电容容值未发生明显变化，也即换流电容正常工作；
若
Figure BDA0003109095970000072
则说明换流电容衰减速度和充电间隔已经偏离正常工作状态，即换流电容出现异常，此时可推断出该断路器存在运行风险。
在本实施例中，正常预充电电压范围[B1，B2]为目标机械式直流断路器开断电流时，使转移支路可以给主支路提供正常的反向开断电压；
正常时间范围[C1，C2]为目标机械式直流断路器正常导通时，换流电容两端电压由于漏电流发生变化后，从电压开始下降时刻又再次恢复到预充电电压这一过程所需要的时间。
如图5所示，在本发明的另一实施例中，还提供一种实现一种机械式直流断路器状态评估方法的系统，包括：数据采集模块，所述数据采集模块用于获取目标断路器主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc；
数据计算模块，所述数据计算模块用于根据目标断路器主支路主断路器电流数据im，计算im特征值，所述im特征值包括主支路主断路器电弧熄灭，系统电流刚向转移支路转移时的主断路器电流I1以及所对应的时间t1和系统电流完全转移到转移支路时的主断路器电流I2以及所对应的时间t2；根据转移支路换流电容充放电压数据uc，计算uc特征值，所述uc特征值包括转移支路换流电容的预充电电压U0、换流电容两端电压发生变化后，从电压开始下降时刻到恢复预充电电压这一过程所需要的时间T；
分析模块，所述分析模块用于根据所述目标断路器主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc，确定转移支路换流电容状态和断路器的运行状态。
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中断路器状态评估的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：
获取目标机械式直流断路器的主支路主断路器电流数据im和转移支路上的换流电容的充放电电压数据uc；
根据主支路主断路器电流数据im和转移支路上的换流电容的充放电电压数据uc，计算im和uc的特征值，
根据im特征值，确定断路器转移支路的振荡频率，判断换流电容是否发生故障，进而评估目标机械式直流断路器的运行状态；或者根据uc特征值，确定转移支路上的换流电容预充电电压值以及断路器未发生动作情况下的充放电时间间隔，定性判断换流电容当前所处状态，进而评估出目标机械式直流断路器的运行状态。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种机械式直流断路器状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取目标机械式直流断路器的主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc；
根据主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc，计算im和uc的特征值，
根据im特征值，确定断路器转移支路的振荡频率或根据uc特征值，确定转移支路上的换流电容预充电电压值以及断路器未发生动作情况下的充放电时间间隔，从而判断换流电容是否发生故障，进而评估目标机械式直流断路器的运行状态；
根据im特征值和uc特征值确定断路器的运行状态前，首先根据im和uc波形图判断目标机械式直流断路器是否动作，若目标机械式直流断路器动作，则通过im特征值评估断路器的运行状态；
否则通过uc特征值，定性判断换流电容当前所处状态，进而评估出目标机械式断路器的运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种机械式直流断路器状态评估方法，其特征在于，所述uc特征值包括转移支路换流电容的预充电电压U0、换流电容两端电压发生变化后，从电压开始下降时刻到恢复预充电电压这一过程所需要的时间T；im特征值包括主支路主断路器电弧熄灭，系统电流刚向转移支路转移时的主断路器电流I1以及所对应的时间t1和系统电流完全转移到转移支路时的主断路器电流I2以及所对应的时间t2。
3.根据权利要求2所述的一种机械式直流断路器状态评估方法，其特征在于，所述im特征值初步判断换流电容是否发生故障的具体过程如下：将主断路器电流数据im的特征值I1、t1、I2和t2，根据
Figure FDA0003710336300000021
计算出斜率k，然后与正常斜率范围[A1，A2]相比较；
若k∈[A1，A2]，则说明转移支路的频率仍属于正常范围，即转移支路上并未发生故障；
若
Figure FDA0003710336300000022
则说明转移支路的频率发生明显变化，即可以判断转移支路上出现了故障，进而能够评估目标机械式直流断路器的运行状态。
4.根据权利要求3所述的一种机械式直流断路器状态评估方法，其特征在于，正常斜率范围[A1，A2]为目标机械式直流断路器正常开断电流时，转移支路的频率范围。
5.根据权利要求2所述的一种机械式直流断路器状态评估方法，其特征在于，所述uc特征值确定目标机械式直流断路器的运行状态的具体步骤如下：将转移支路上的换流电容预充电电压U0与正常预充电电压正常范围[B1，B2]进行比较；
若U0∈[B1，B2]，则说明此时的转移支路换流电容的预充电电压仍属于正常预充电电压工作范围；
若
Figure FDA0003710336300000023
则说明此时的转移支路换流电容的预充电电压属于异常工作状态，进而能够评估目标机械式直流断路器的运行状态。
6.根据权利要求5所述的一种机械式直流断路器状态评估方法，其特征在于，若U0∈[B1，B2]且此时目标机械式直流断路器一直处于导通状态，换流电容两端电压发生变化后，从电压开始下降时刻又重新变成预充电电压这一过程所需要的时间T和正常时间范围[C1，C2]进行比较：
若T∈[C1，C2]，则说明换流电容衰减速度和充电间隔都属于正常范围，即换流电容正常工作；
若
Figure FDA0003710336300000031
则说明换流电容衰减速度和充电间隔已经偏离正常工作状态，即换流电容出现异常，进而能够评估目标机械式直流断路器的运行状态。
7.根据权利要求6所述的一种机械式直流断路器状态评估方法，其特征在于，正常预充电电压范围[B1，B2]为目标机械式直流断路器能够正常开断电流时，转移支路给主支路提供反向开断电压范围；
正常时间范围[C1，C2]为目标机械式直流断路器正常导通时，从电压开始下降时刻到恢复预充电电压这一过程所需要的时间。
8.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法。
9.实现权利要求1-7任意一项所述的一种机械式直流断路器状态评估方法的系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，所述数据采集模块用于获取目标断路器主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc；
数据计算模块，所述数据计算模块用于根据目标断路器主支路主断路器电流数据im，计算im特征值，所述im特征值包括主支路主断路器电弧熄灭，系统电流刚向转移支路转移时的主断路器电流I1以及所对应的时间t1和系统电流完全转移到转移支路时的主断路器电流I2以及所对应的时间t2；根据转移支路换流电容充放电压数据uc，计算uc特征值，所述uc特征值包括转移支路换流电容的预充电电压U0、换流电容两端电压发生变化后，从电压开始下降时刻到恢复预充电电压这一过程所需要的时间T；
分析模块，所述分析模块用于根据所述目标断路器主支路主断路器电流数据im和转移支路换流电容充放电电压数据uc，确定转移支路换流电容状态和断路器的运行状态。
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