CN113552448A - 一种断路器状态检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种断路器状态检测方法,涉及断路器计算领域,本发明包括如下步骤:设定直流系统电流突变量定值,启动故障录波器,采集正常工况下断路器的正常分合闸电流信号,并进行判断;将采集到的电流信号经过A/D转换器由模拟量变为数字量,然后发送到计算机;本发明利用多台断路器控制电源取自同一直流系统馈线输出的接线方式,每次操作都可对控制回路直流电流在线检测,提前预判分合闸回路出口接点异常、分合闸线圈故障、机构回路卡塞、储能回路异常等重大设备隐患,确定异常,及时进行断路器及其控制回路的维护,避免误动、拒动造成事故,同时为设备状态检修提供数据参考,实现电气断路器设备安全运行的可控在控。
Description
技术领域
本发明涉及断路器技术领域,尤其涉及一种断路器状态检测方法。
背景技术
断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器按其使用范围分为高压断路器与低压断路器,高低压界线划分比较模糊,一般将3kV以上的称为高压电器。断路器可用来分配电能,不频繁地启动异步电动机,对电源线路及电动机等实行保护,当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路,其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前,已获得了广泛的应用。电的产生、输送、使用中,配电是一个极其重要的环节。配电直流系统包括变压器和各种高低压电器设备,低压断路器则是一种使用量大面广的电器。
现有的电力直流系统保护装置,使用时会造成开关拒动的事故,其主要原因大多数是控制回路、断路器本体异常导致的,其故障基本上是由机械引起,小修对它的控制能力并不强,离线监测不能反映其真实的运行状态,为此我们提出一种断路器状态检测方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中使用时会造成开关拒动的事故,其主要原因大多数是控制回路、断路器本体异常导致的,其故障基本上是由机械引起,小修对它的控制能力并不强,离线监测不能反映其真实的运行状态的问题,而提出的一种断路器状态检测方法。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种断路器状态检测方法,其步骤如下所述:
设定直流系统电流突变量定值,启动故障录波器,采集正常工况下断路器的正常分合闸电流信号,并进行判断;
将采集到的电流信号经过A/D转换器由模拟量变为数字量,然后发送到计算机;
CPU处理后存入存储器,并进行检测计算,探测故障;
在发生故障时,CPU采集到电流突变量和开关状态变化信号后,启动故障录波;
将故障前和故障后的全部采集数据,送入RAM,直流系统根据采集到的数据显示出波形曲线图、一次/二次录波值,并显示突变延续时间;
直流系统结合波形曲线图、一次/二次录波值和设置的电流突变量定值及突变延续时间进行动态录波分析,确定断路器的状态。
优选地,设定直流系统电流突变量的定值为20A 75mV,启动故障录波器,通过传感器和待测设备中数字和模拟被测单元中采集正常工况下断路器的正常分合闸电流信号,并进行判断。
优选地,所述判断方法如下:将电流信号分解为多个固有模式函数分量,将电流信号分量相加,得到去噪后的电流信号,对于所述电流去噪信号进行分析,得到正常工况下断路器的分合闸电流信号特征向量集:是与正常分合闸电流信号的特征向量所对应的特征点的坐标;针对现场实际工况进行信号采集,获得被测断路器的分合闸电流信号特征向量集:是与被测断路器的分合闸电流信号的特征向量所对应的特征点的坐标;计算获得向量集合相似度若相识度值大于或等于0.7,判断被测断路器与正常工况下断路器的分合闸电流信号波形相似,现场实际工况为正常工况,被测断路器为正常;若相识度值小于0.7,因被测断路器与正常工况下断路器的分合闸电流信号波形存在较大偏差,判断为被测断路器出现故障。
优选地,将采集到的信号经过直流系统进行隔离、降压滤波和电压变换后才经过A/D转换器由模拟量变为数字量,然后发送到计算机。
优选地,CPU处理后存入存储器,并进行检测计算,探测故障,断路器位置及保护情况经过开关量输入接口变成电信号,并经过隔离后,成组进入CPU处理存储。
优选地,由于数据采集是连续的,将故障前一段时间的数据和故障后的全部数据进行采集,送入RAM,进行录取与存储,直流系统根据采集到的数据显示出波形曲线图、一次/二次录波值,并显示突变延续时间。
优选地,突变延续时间可认为是开关分合闸时间或储能电机运行时间,时间偏长为机构卡塞的状态;突变电流大小反应回路是否良好的状态;电流偏大,分合闸线圈、储能电机为匝间短路或机构卡塞的状态,电流偏小,回路为接触不良的状态。
优选地,所述检测计算包括:断路器分合闸线圈电流检测计算;灭弧室和触头的电磨损检测计算;机械寿命检测计算。
优选地,所述断路器分合闸线圈电流检测计算公式如下:
式中:U为直流电源电压;R为回路等效电阻;Lδ为线圈电感;i为线圈电流;
所述灭弧室和触头的电磨损检测计算公式如下:
式中:n为开断次数;Ibn为第n次开断时断路器开断电流值;a为开断电流指数;Q为灭弧室和触头的电磨损值;
所述机械寿命检测计算公式如下:
L=LN-∑Qm;
式中:L为相对机械寿命;LN为断路器机械寿命的初始值;Qm为每次额定短路开断电流开断时的相对磨损值。
相比现有技术,本发明的有益效果为:
1、本发明在断路器操作或动作中,直流电流发生突变进行直流录波,根据电流大小、时间长短,分析控制回路是否存在异常,及时进行断路器控制回路及本体的维护,避免设备拒动,此方法填补了断路器运行工况机构监测手段缺乏的空白。
2、本发明利用多台断路器控制电源取自同一直流系统馈线输出的接线方式,一路模拟量开入便可监视同一配电室所有断路器控制回路。每次操作都可对控制回路直流电流在线检测,提前预判分合闸回路出口接点异常、分合闸线圈故障、机构回路卡塞、储能回路异常等重大设备隐患,确定异常,及时进行断路器及其控制回路的维护,避免误动、拒动造成事故,同时为设备状态检修提供数据参考,实现电气断路器设备安全运行的可控在控。
附图说明
图1为本发明提出的一种断路器状态检测方法的流程示意图;
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,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。
参照图1,一种断路器状态检测方法,其步骤如下:
步骤1:设定直流系统电流突变量的定值为20A 75mV,启动故障录波器,通过传感器和待测设备中数字和模拟被测单元中采集正常工况下断路器的正常分合闸电流信号,并进行判断;
判断方法如下:将电流信号分解为多个固有模式函数分量,将电流信号分量相加,得到去噪后的电流信号,对于电流去噪信号进行分析,得到正常工况下断路器的分合闸电流信号特征向量集:是与正常分合闸电流信号的特征向量所对应的特征点的坐标;针对现场实际工况进行信号采集,获得被测断路器的分合闸电流信号特征向量集:是与被测断路器的分合闸电流信号的特征向量所对应的特征点的坐标;计算获得向量集合相似度若相识度值大于或等于0.7,判断被测断路器与正常工况下断路器的分合闸电流信号波形相似,现场实际工况为正常工况,被测断路器为正常;若相识度值小于0.7,因被测断路器与正常工况下断路器的分合闸电流信号波形存在较大偏差,判断为被测断路器出现故障
步骤2:将采集到的信号经过直流系统进行隔离、降压滤波和电压变换后才经过A/D转换器由模拟量变为数字量,然后发送到计算机;
步骤3:CPU处理后存入存储器,并进行检测计算,探测故障,断路器位置及保护情况经过开关量输入接口变成电信号,并经过隔离后,成组进入CPU处理存储;
检测计算包括:断路器分合闸线圈电流检测计算;灭弧室和触头的电磨损检测计算;机械寿命检测计算;
断路器分合闸线圈电流检测计算公式如下:
式中:U为直流电源电压;R为回路等效电阻;Lδ为线圈电感;i为线圈电流;
灭弧室和触头的电磨损检测计算公式如下:
式中:n为开断次数;Ibn为第n次开断时断路器开断电流值;a为开断电流指数;Q为灭弧室和触头的电磨损值;
机械寿命检测计算公式如下:
L=LN-∑Qm;
式中:L为相对机械寿命;LN为断路器机械寿命的初始值;Qm为每次额定短路开断电流开断时的相对磨损值;
步骤4:在发生故障时,CPU采集到电流突变量和开关状态变化信号后,启动故障录波;
步骤5:由于数据采集是连续的,将故障前一段时间的数据和故障后的全部数据进行采集,送入RAM,进行录取与存储,直流系统根据采集到的数据显示出波形曲线图、一次/二次录波值,并显示突变延续时间;
突变延续时间可认为是开关分合闸时间或储能电机运行时间,时间偏长为机构卡塞的状态;突变电流大小反应回路是否良好的状态;电流偏大,分合闸线圈、储能电机为匝间短路或机构卡塞的状态,电流偏小,回路为接触不良的状态;
步骤6:直流系统结合波形曲线图、一次/二次录波值和设置的电流突变量定值及突变延续时间进行动态录波分析,确定断路器的状态。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,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,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种断路器状态检测方法,其特征在于,其步骤如下所述:
设定直流系统电流突变量定值,启动故障录波器,采集正常工况下断路器的正常分合闸电流信号,并进行判断;
将采集到的电流信号经过A/D转换器由模拟量变为数字量,然后发送到计算机;
CPU处理后存入存储器,并进行检测计算,探测故障;
在发生故障时,CPU采集到电流突变量和开关状态变化信号后,启动故障录波;
将故障前和故障后的全部采集数据,送入RAM,直流系统根据采集到的数据显示出波形曲线图、一次/二次录波值,并显示突变延续时间;
直流系统结合波形曲线图、一次/二次录波值和设置的电流突变量定值及突变延续时间进行动态录波分析,确定断路器的状态。
2.根据权利要求1所述的一种断路器状态检测方法,其特征在于,设定直流系统电流突变量的定值为20A 75mV,启动故障录波器,通过传感器和待测设备中数字和模拟被测单元中采集正常工况下断路器的正常分合闸电流信号,并进行判断。
3.根据权利要求2所述的一种断路器状态检测方法,其特征在于,所述判断方法如下:将电流信号分解为多个固有模式函数分量,将电流信号分量相加,得到去噪后的电流信号,对于所述电流去噪信号进行分析,得到正常工况下断路器的分合闸电流信号特征向量集:是与正常分合闸电流信号的特征向量所对应的特征点的坐标;针对现场实际工况进行信号采集,获得被测断路器的分合闸电流信号特征向量集:是与被测断路器的分合闸电流信号的特征向量所对应的特征点的坐标;计算获得向量集合相似度若相识度值大于或等于0.7,判断被测断路器与正常工况下断路器的分合闸电流信号波形相似,现场实际工况为正常工况,被测断路器为正常;若相识度值小于0.7,因被测断路器与正常工况下断路器的分合闸电流信号波形存在较大偏差,判断为被测断路器出现故障。
4.根据权利要求1所述的一种断路器状态检测方法,其特征在于,将采集到的信号经过直流系统进行隔离、降压滤波和电压变换后才经过A/D转换器由模拟量变为数字量,然后发送到计算机。
5.根据权利要求1所述的一种断路器状态检测方法,其特征在于,CPU处理后存入存储器,并进行检测计算,探测故障,断路器位置及保护情况经过开关量输入接口变成电信号,并经过隔离后,成组进入CPU处理存储。
6.根据权利要求1所述的一种断路器状态检测方法,其特征在于,由于数据采集是连续的,将故障前一段时间的数据和故障后的全部数据进行采集,送入RAM,进行录取与存储,直流系统根据采集到的数据显示出波形曲线图、一次/二次录波值,并显示突变延续时间。
7.根据权利要求5所述的一种断路器状态检测方法,其特征在于,突变延续时间可认为是开关分合闸时间或储能电机运行时间,时间偏长为机构卡塞的状态;突变电流大小反应回路是否良好的状态;电流偏大,分合闸线圈、储能电机为匝间短路或机构卡塞的状态,电流偏小,回路为接触不良的状态。
8.根据权利要求4所述的一种断路器状态检测方法,其特征在于,所述检测计算包括:断路器分合闸线圈电流检测计算;灭弧室和触头的电磨损检测计算;机械寿命检测计算。
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