CN113533841A - 一种高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法 - Google Patents

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雷东
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王忠文
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姚红涛
刘贵荣
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Abstract

本发明涉及一种高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法，该高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法基于计算机、数据采集模块、电压探夹和卡扣式电流互感器，电压探夹和卡扣式电流互感器分别与数据采集模块有线连接，数据采集模块与计算机有线连接，数据采集模块内含电压传感器；通过电压探夹和卡扣式电流互感器配合数据采集模块实现驱动电机电压信号、电流信号的非侵入式检测，通过计算机根据检测数据持续计算电机功率信号，根据驱动电机的动作时间以及持续计算的电机功率信号建立功率曲线，通过将该功率曲线与机械状态正常时的功率曲线进行对比，判断待检测高压隔离开关的机械状态是否正常。

Description

一种高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法
技术领域
本发明涉及高压隔离开关技术领域，特别涉及一种高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法。
背景技术
高压隔离开关是电力系统中用量最多的高压开关设备，由于其一般工作于户外环境，受户外恶劣环境的侵蚀，加之检修维护不及时，导致高压隔离开关容易出现各种机械故障。存在机械故障的高压隔离开关可能发生如无法正常分合闸，啮合状态不良导致通电后触头触指过热等事故，严重危害电网安全稳定运行。
高压隔离开关一般由合、分闸接触器控制三相异步电机正、反方向动作，从而完成其合、分闸运动。目前可以通过检测高压隔离开关驱动电机功率来诊断其机械状态，在检测工作中一般需要在电机回路并接电压传感器，同时串接电流互感器，测量电机动作过程中的电机电压信号与电流信号，从而计算其功率信号。该方法需要改变操作结构箱内原有的二次回路，而一般检修过程中，不宜拆动原有的二次回路，可能影响其运行可靠性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法，实现隔离开关机械状态的检测，为合理安排隔离开关检修工作提供参考依据。
本发明采用的技术方案为：
一种高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法，该高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法基于下列装置进行，装置包括：
计算机、数据采集模块、电压探夹和卡扣式电流互感器，电压探夹和卡扣式电流互感器分别与数据采集模块有线连接，数据采集模块与计算机有线连接，数据采集模块内含电压传感器；
该高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法包括以下检测步骤：
步骤1：采用卡扣式电流互感器配合数据采集模块直接测量相电流，将卡扣式电流互感器安装在接触器的A、C两相的进线端，从而引出相应的电流信号，通过数据采集模块测量接触器的A、C两相相电流IA和IC；采用电压探夹配合数据采集模块测量接触器的A、C两相电压，将电压探夹夹在接触器的端子处，通过电压探夹金属部分与端子螺丝接触，从而引出相应的电压信号，通过数据采集模块测量接触器的A、C两相电压UAB和UCB；
步骤2，确保计算机、数据采集模块、电压探夹和卡扣式电流互感器之间连接好之后，开始持续检测接触器的电流、电压信号，得到驱动电机的电流、电压信号；当驱动电机动作时，检测到的接触器A、C两相电流值大于0.1A，数据采集|模块开始记录并存储相关检测数据，计算机则根据检测数据持续计算电机功率信号P1；
其中计算公式为：
Figure BDA0003106931200000021
步骤3，计算电根据驱动电机的动作时间以及持续计算的电机功率信号P建立功率曲线；通过将该功率曲线与机械状态正常时的功率曲线进行对比，即可判断机械状态是否正常。
优选的，所述计算机基于功率曲线以及相关特征量能够对高压隔离开关进行以下机械状态诊断；诊断过程包括以下步骤：
步骤1：在计算机测得待检测隔离开关的电机功率曲线后，提取相关特征量，关特征量包含其合闸时间、合闸过程平均输出功率、合闸过程最大输出功率、正常状态合闸时间、电机额定功率。
步骤2：计算机比较被测隔离开关的合闸时间和正常状态合闸时间，当运动时间低于标准时间的α％时，其转角不在允许范围内，说明存在动作不到位故障；其中α的设定原则为当运动时间低于标准时间的α％时，隔离开关的回路电阻为标准值的3倍以上；
步骤3：计算机比较被测隔离开关的合闸过程平均输出功率和电机额定功率，当被测隔离开关合闸过程平均输出功率超出电机额定功率的γ％，判定存在卡涩缺陷；其中γ的数值因根据不同高压隔离开关型号决定；
步骤4：若被检测高压隔离开关不存在步骤2和步骤3中上述任一故障和缺陷，则判断待检测隔离开关机械状态正常。
优选的，诊断过程步骤2中动作不到位故障原因有两种；其一是开关未完成指定动作，控制回路存在问题；其二是开关未完成指定动作，存在严重卡涩故障；基于步骤2的基础上计算机还可将测得的功率最大值与电机额定功率进行对比，若测得的功率最大值大于等于电机额定功率则为开关存在严重卡涩故障，若测得的功率最大值小于电机额定功率则为控制回路存在问题。
优选的，计算机基于功率曲线以及相关特征量能够对折臂式隔离开关进行机械状态诊断；诊断过程包括在步骤1的相关特征量中加入折臂式隔离开合、分闸过程做功之比；诊断过程：若测得的合、分闸做功之比大于1，则说明折臂式隔离开关的平衡弹簧状态正常；若小于1，说明折臂式隔离开关的平衡弹簧已疲劳。
本发明的有益效果是：
该高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法基于计算机、数据采集模块、电压探夹和卡扣式电流互感器，电压探夹和卡扣式电流互感器分别与数据采集模块有线连接，数据采集模块与计算机有线连接，数据采集模块内含电压传感器；通过电压探夹和卡扣式电流互感器配合数据采集模块实现驱动电机电压信号、电流信号的非侵入式检测，通过计算机根据检测数据持续计算电机功率信号，根据驱动电机的动作时间以及持续计算的电机功率信号建立功率曲线，通过将该功率曲线与机械状态正常时的功率曲线进行对比，判断待检测高压隔离开关的机械状态是否正；实现其机械状态的非侵入式检测，有助于隔离开关机械状态的检测技术的发展。
附图说明
图1为本发明的连接示意图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为本发明的机械状态诊断流程图；
图4为采用本发明装置测得的某GW36-550型隔离开关，正常机械状态下合闸过程的功率曲线。
图5为采用本发明装置测得的某GW36-550型隔离开关，卡涩状态下与正常状态下合闸过程的功率曲线对比。
图6为采用本发明装置测得的某GW36-550型隔离开关，弹簧疲劳状态下与正常机械状态下合闸过程的功率曲线对比。
图7为采用本发明装置测得的某GW36-550型隔离开关，弹簧疲劳状态下与正常机械状态下分闸过程的功率曲线对比。
图1中，1-卡扣式电流互感器、2-电压探夹、3-数据采集模块、4-计算机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图、对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，该高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法基于下列装置进行，装置包括：计算机4、数据采集模块3、电压探夹2和卡扣式电流互感器1；在检测过程中，由于不宜拆动原有的二次回路，影响其运行可靠性；因此采用了电压探夹2和卡扣式电流互感器1。电压探夹2和卡扣式电流互感器1分别与数据采集模块3有线连接，数据采集模块3与计算机4有线连接。
在检测过程中，首先将卡扣式电流互感器1配合数据采集模块3直接测量相电流，将卡扣式电流互感器1安装在接触器的A、C两相的进线端，从而引出相应的电流信号，通过数据采集模块3测量接触器的A、C两相相电流IA和IC；同时将电压探夹2配合数据采集模块3测量接触器的A、C两相电压，将电压探夹2夹在接触器的端子处，通过电压探夹2金属部分与端子螺丝接触，从而引出相应的电压信号，通过数据采集模块3测量接触器的A、C两相电压UAB和UCB。
确保计算机4、数据采集模块3、电压探夹2和卡扣式电流互感器1之间连接好之后，开始持续检测接触器的电流、电压信号，得到驱动电机的电流、电压信号；当驱动电机动作时，检测到的接触器A、C两相电流值大于0.1A，数据采集模块3开始记录并存储相关检测数据，计算机4则根据检测数据持续计算电机功率信号P1。其中计算公式为：
Figure BDA0003106931200000051
计算电根据驱动电机的动作时间以及持续计算的电机功率信号P1建立功率曲线；由人工通过将该功率曲线与机械状态正常时的功率曲线进行对比，即可判断机械状态是否正常。
在上述技术方案的基础上，为了进一步实现计算机4自动判断机械状态，还可在计算机4上编写程序，使计算机4基于功率曲线以及相关特征量对高压隔离开关进行机械状态诊断，高压隔离开关机械状态诊断流程如图3所示。
首先在测得待检测隔离开关的电机功率曲线后，提取相关特征量包含其合闸时间t合，合闸过程平均输出功率P合，合闸过程最大输出功率P合max，正常状态合闸时间t合标，电机额定功率P额。对于折臂式隔离开关，还需计算其合、分闸过程做功之比
Figure BDA0003106931200000052
然后计算机4比较被测隔离开关的合闸时间t合和正常状态合闸时间t合标，当运动时间t合低于标准时间t合标的α％时，(α的设定应结合不同型号开关所配合的操作机构箱具体设定，具体原则应为当运动时间低于标准时间的α％时，隔离开关的回路电阻为标准值的3倍以上)其转角不在允许范围内，说明存在动作不到位故障。该故障原因有两种，其一是开关未完成指定动作，控制回路存在问题；其二是开关未完成指定动作，存在严重卡涩故障；。因此需要计算机4还需将测得的功率最大值P合max与电机额定功率P额进行对比，若测得的功率最大值P合max大于等于电机额定功率P额则为开关存在严重卡涩故障，若测得的功率最大值P合max小于电机额定功率P额则为控制回路存在问题。
被测隔离开关若不存在上述故障问题，则计算机4继续比较被测隔离开关的合闸过程平均输出功率
Figure BDA0003106931200000061
和电机额定功率P额，当被测隔离开关合闸过程平均输出功率
Figure BDA0003106931200000062
超出电机额定功率的γ％，判定存在卡涩缺陷；(γ的数值因根据不同高压隔离开关型号决定)
最后若被检测高压隔离开关不存在上述任一故障和缺陷，则判断待检测隔离开关机械状态正常。
此外，若被检测高压隔离开关是折臂式隔离开关，由于折臂式开关设有平衡弹簧，以平衡动作过程中导电臂重力势能的变化。一般情况下，应保证处于分闸状态的隔离开关不能自动合闸，因此合闸过程所需的驱动力较大，电机功率较大，合闸做功应大于分闸做功。
因此除上述故障和缺陷诊断外，计算机4还需根据其合、分闸过程做功之比
Figure BDA0003106931200000063
进行判断，若测得的合、分闸做功之比
Figure BDA0003106931200000064
太于1，则说明平衡弹簧状态正常；若测得的合、分闸做功之比
Figure BDA0003106931200000065
小于1，说明开关平衡弹簧已经疲劳。
图4-7为采用本发明装置测得的某GW36-550型隔离开关不同机械状态的功率曲线。不同机械状态下曲线存在明显区别，结合各机械状态功率曲线的特征量可以验证本发明采用的诊断流程的准确性。
正常机械状态下，合闸输出功率曲线如图3所示。提取对应状态量，该隔离开关合闸过程运动11.64s，合闸过程平均输出功率为375W；合、分闸做功之比为1.57。
卡涩状态下与正常状态下曲线对比，如图4所示。卡涩状态下合闸过程运动11.82s，合闸过程平均输出功率为490W，比正常状态增加115W，合、分闸做功之比为1.62，合、分闸做功之比基本不变。
弹簧疲劳状态下与正常状态下曲线对比，如图5-6所示，弹簧疲劳状态下合闸过程运动11.12s；合闸过程平均输出功率为189W，分闸过程平均输出功率为297W，合、分闸做功之比为0.6，合、分闸做功之比小于1。

Claims (4)

1.一种高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法，其特征在于：该高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法基于下列装置进行，装置包括：
计算机、数据采集模块、电压探夹和卡扣式电流互感器，电压探夹和卡扣式电流互感器分别与数据采集模块有线连接，数据采集模块与计算机有线连接，数据采集模块内含电压传感器；
该高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法包括以下检测步骤：
步骤1：采用卡扣式电流互感器配合数据采集模块直接测量相电流，将卡扣式电流互感器安装在接触器的A、C两相的进线端，从而引出相应的电流信号，通过数据采集模块测量接触器的A、C两相相电流IA和IC；
采用电压探夹配合数据采集模块测量接触器的A、C两相电压，将电压探夹夹在接触器的端子处，通过电压探夹金属部分与端子螺丝接触，从而引出相应的电压信号，通过数据采集模块测量接触器的A、C两相电压UAB和UCB；
步骤2，确保计算机、数据采集模块、电压探夹和卡扣式电流互感器之间连接好之后，开始持续检测接触器的电流、电压信号，得到驱动电机的电流、电压信号；当驱动电机动作时，检测到的接触器A、C两相电流值大于0.1A，数据采集模块开始记录并存储相关检测数据，计算机则根据检测数据持续计算电机功率信号P1；
其中计算公式为：
UABIA+UCBIC＝(UA-UB)IA+(UC-UB)IC
＝UAIA+UCIC-UB(IA+IC)
＝UAIA+UBIB+UCIC
＝P1
步骤3，计算电根据驱动电机的动作时间以及持续计算的电机功率信号P1建立功率曲线；通过将该功率曲线与机械状态正常时的功率曲线进行对比，即可判断机械状态是否正常。
2.根据权利要求1所述的高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法，其特征在于：所述计算机基于功率曲线以及相关特征量能够对高压隔离开关进行以下机械状态诊断；
诊断过程包括以下步骤：
步骤1：在计算机测得待检测隔离开关的电机功率曲线后，提取相关特征量，关特征量包含其合闸时间、合闸过程平均输出功率、合闸过程最大输出功率、正常状态合闸时间、电机额定功率
步骤2：计算机比较被测隔离开关的合闸时间和正常状态合闸时间，当运动时间低于标准时间的α％时，其转角不在允许范围内，说明存在动作不到位故障；
其中α的设定原则为当运动时间低于标准时间的α％时，隔离开关的回路电阻为标准值的3倍以上；
步骤3：计算机比较被测隔离开关的合闸过程平均输出功率和电机额定功率，当被测隔离开关合闸过程平均输出功率超出电机额定功率的γ％，判定存在卡涩缺陷；
其中γ的数值因根据不同高压隔离开关型号决定；
步骤4：若被检测高压隔离开关不存在步骤2和步骤3中上述任一故障和缺陷，则判断待检测隔离开关机械状态正常。
3.根据权利要求2所述的高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法，其特征在于：诊断过程步骤2中动作不到位故障原因有两种；
其一是开关未完成指定动作，控制回路存在问题；其二是开关未完成指定动作，存在严重卡涩故障；
基于步骤2的基础上计算机还可将测得的功率最大值与电机额定功率进行对比，若测得的功率最大值大于等于电机额定功率则为开关存在严重卡涩故障，若测得的功率最大值小于电机额定功率则为控制回路存在问题。
4.根据权利要求2所述的高压隔离开关驱动电机功率非侵入式检测方法，其特征在于：计算机基于功率曲线以及相关特征量能够对折臂式隔离开关进行机械状态诊断；
诊断过程包括在步骤1的相关特征量中加入折臂式隔离开合、分闸过程做功之比；
诊断过程：若测得的合、分闸做功之比大于1，则说明折臂式隔离开关的平衡弹簧状态正常；若小于1，说明折臂式隔离开关的平衡弹簧已疲劳。
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