CN113933696A - 一种高压隔离开关机械故障功率检测装置及检测方法 - Google Patents

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马宏明
赵现平
钱国超
李昭
邱鹏锋
周仿荣
程志万
何顺
杨明昆
彭兆裕
杨朝元
岑娇
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Abstract

本发明公开了一种高压隔离开关机械故障功率检测装置及检测方法，所述高压隔离开关机械故障功率检测装置包括：电机功率监测终端和LORA网关，其中：所述电机功率监测终端设置有第一电压采集接头、第二电压采集接头、第三电压采集接头、第四电压采集接头、钳形电流互感器、第一集成电路板以及第二集成电路板，所述LORA网关设置有通信模块、存储模块、计算模块；所述高压隔离开关机械故障功率检测方法步骤包括：采集原始数据，储存原始数据，传输原始数据，处理原始数据，数据计算，故障预警以及检测结果展示。

Description

一种高压隔离开关机械故障功率检测装置及检测方法
技术领域
本申请涉及电气设备测试装置领域，尤其涉及一种高压隔离开关机械故障功率检测技术领域。
背景技术
隔离开关是电气系统中重要的开关电器，是电力系统中数量最多、应用范围最广的电气设备之一。隔离开关大部分是户外常规设备，在自然条件温湿度、紫外线等作业下，导致机械结构的卡阻、锈蚀、分合闸不到位等，引起设备发热等缺陷，影响电网运行方式及可靠性。
高压隔离开关是构成电力系统的重要设备，在分闸时会形成明显的断开点，建立可靠的绝缘间隙，使检修设备与电力系统分开，确保检修工作人员和电气设备的安全。而在合闸后可承载正常回路条件下的电流以及在规定时间内异常条件(例如断路)下的电流，因此若隔离开关合闸不到位，导电接触面接触不良，将会造成隔离开关发热，严重影响电力系统的稳定。
目前对分合不到位、锈蚀卡涩等机械故障的诊断方法主要是以防范措施和经验判断为主。例如通过手动操作隔离开关进行分合闸时的手感轻重来判断有无机械卡涩，该方法主要依赖操作人员的主观判断，受操作人员的经验影响较大，容易引起误判。因此，隔离开关分合闸过程及状态的监控对于隔离开关故障检测具有巨大意义。
发明内容
本申请提供了一种高压隔离开关机械故障功率检测装置及检测方法，以解决高压隔离开关机械故障无法量化检测的问题。
第一方面，本申请提供了一种高压隔离开关机械故障功率检测装置，所述装置包括：电机功率监测终端和LORA网关，其中：
所述电机功率监测终端设置有第一电压采集接头、第二电压采集接头、第三电压采集接头、第四电压采集接头、钳形电流互感器、第一集成电路板以及第二集成电路板；
所述LORA网关设置有通信模块、存储模块以及计算模块；
所述第一集成电路板通过第一电压采集接头、第二电压采集接头、第三电压采集接头、第四电压采集接头采集得到电信号数据，通过钳形电流互感器采集得到电流信号数据；
所述第二集成电路板将所述电信号数据与所述电流信号数据进行储存；
所述LORA网关通过所述通信模块接收所述第二集成电路板发送的所述电信号数据与所述电流信号数据；
所述存储模块将所述电信号数据与所述电流信号数据进行数据调零、提取关键值处理、存储并传输至所述计算模块；
所述计算模块将所述电信号数据与所述电流信号数据进行计算以及比对并进行故障判断。
在一种实现方式中，所述电机功率监测终端还外接有PE接头及调试接口，并设置运行状态指示灯、电源指示灯实时显示所述电信号数据与所述电流信号数据的采集状态。
在一种实现方式中，所述LORA网关还设置有控制模块、外接设备接口、通信接口以及电源线。
在一种实现方式中，所述第一电压采集接头、第二电压采集接头、第三电压采集接头及第四电压采集接头依次并联连接在待检测高压隔离开关电机电压的端子上。
在一种实现方式中，所述LORA网关将所述高压隔离开关电机电流数据、电信号数据传输至若干平台。
第二方面，本申请提供了一种高压隔离开关机械故障功率检测方法，所述方法应用于上述任一项所述高压隔离开关机械故障功率检测装置，包括：
采集原始数据，第一集成电路板通过第一电压采集接头、第二电压采集接头、第三电压采集接头、第四电压采集接头采集得到电信号数据，通过钳形电流互感器采集得到电流信号数据；
储存原始数据，将所述原始数据存储至电机功率监测终端中的第二集成电路板；
传输原始数据，LORA网关通过所述通信模块与所述电机功率监测终端建立通信连接，将所述原始数据传输至所述LORA网关；
处理原始数据，通过所述LORA网关中的存储模块对所述原始数据进行初步处理，完成数据调零、提取关键值；
数据计算，计算模块通过所述原始数据，获取分合闸功率数据，所述分合闸功率数据包括输入功率数据、输出功率数据；
故障预警，所述计算模块通过比对所述分合闸功率数据与正常功率数据，结合时间节点进行故障判断预警；
检测结果展示，将所述分合闸功率数据与所述正常功率由所述计算模块进行图形化处理，绘制功率曲线，得到故障诊断报告。
在一种实现方式中，所述电机功率监测终端通过控制器采集所述原始数据。
在一种实现方式中，所述LORA网关通过所述通信模块与所述电机功率监测终端建立通信连接，将所述原始数据传输至所述LORA网关包括：
所述电机功率监测终端与所述LORA网关的通信保持连接时，所述电机功率监测终端将所述原始数据实时传输至所述LORA网关；
所述电机功率监测终端与所述LORA网关的通信断开时，停止通信，并在通信连接后所述电机功率监测终端将所述原始数据实时传输至所述LORA网关。
在一种实现方式中，所述电机功率监测终端通过LORA无线通信与所述LORA网关建立通信连接。
在一种实现方式中，所述电机功率监测终端还通过蓝牙无线通信与移动设备建立通信连接并将所述原始数据传输至所述移动端，所述移动端对所述原始数据进行数据计算和比对，得到所述故障诊断报告。
本申请提供的一种高压隔离开关机械故障功率检测装置及方法，通过量化高压隔离开关机械转动卡涩程度，实时采集隔离开关电机功率数据，检测隔离开关分合闸过程中机械卡涩等故障；多种通讯方式的设计，实现了单人现场作业手持移动设备与电机功率监测终端进行无线通讯，使得操作更加便捷，并且通过电机功率监测终端与LORA网关无线通讯，实现数据实时采集、上传、计算；本申请提供的高压隔离开关机械故障功率检测装置将电机功率检测终端电压采集并联在电机电压端子上，隔离两路电压，避免短路。使得在采集终端损坏或异常的情况下也不会对隔离开关正常操作造成影响；多对一的设计使得LORA网关能够与多台电机功率监测终端建立通讯，实现区域性隔离开关数据采集。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的电机功率监测终端结构示意图；
图2为本申请提供的LORA网关结构示意图；
图3为本申请提供的一种高压隔离开关机械故障功率检测方法流程图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
本申请公开了一种高压隔离开关机械故障功率检测装置，采用分体式结构设置，电机功率监测终端1进行高压隔离开关输出功率检测、记录，LORA网关2负责数据通讯及数据分析，通过监测待测高压隔离开关合闸过程以及状态功率变化，实现待测隔离开关机械故障检测。
参见图1，为本申请一种高压隔离开关机械故障功率检测装置中的电机功率监测终端1的结构示意图，图2为本申请一种高压隔离开关机械故障功率检测装置中的LORA网关2的结构示意图。本申请提供的一种高压隔离开关机械故障功率检测装置包括：电机功率监测终端1和LORA网关2，其中：
所述电机功率监测终端1设置有第一电压采集接头4、第二电压采集接头5、第三电压采集接头6、第四电压采集接头7、钳形电流互感器8、第一集成电路板12以及第二集成电路板13；
所述LORA网关2设置有通信模块14、存储模块15以及计算模块16；
所述第一集成电路板12通过第一电压采集接头4、第二电压采集接头5、第三电压采集接头6、第四电压采集接头7采集得到电信号数据，通过钳形电流互感器8采集得到电流信号数据；
所述第二集成电路板13将所述电信号数据与所述电流信号数据进行储存；
所述LORA网关2通过所述通信模块14接收所述第二集成电路板13发送的所述电信号数据与所述电流信号数据；
所述存储模块15将所述电信号数据与所述电流信号数据进行数据调零、提取关键值处理、存储并传输至所述计算模块16；
所述计算模块16将所述电信号数据与所述电流信号数据进行计算以及比对并进行故障判断。
在一些实施例中，所述电机功率监测终端1还外接有PE接头3及调试接口11，并设置运行状态指示灯9、电源指示灯10实时显示所述电信号数据与所述电流信号数据的采集状态。
示例性的，所述电机功率监测终端1还外接有接地的PE接头3，以及调试信号的信号调试接口11，所述运行状态指示灯9对所述第一集成电路板12的电信号数据以及电流信号数据的采集实时反映运行状态。
在一些实施例中，所述LORA网关2还设置有控制模块17、外接设备接口18、通信接口19以及电源线20。
示例性的，所述控制模块17对所述电信号数据与所述电流信号数据进行实时控制，所述LORA网关2通过外接的设备接口18与通信接口19将上述电流信号数据与电信号数据传输至例如主控电脑、服务器等其他设备。
在一些实施例中，所述第一电压采集接头4、第二电压采集接头5、第三电压采集接头6及第四电压采集接头7依次并联连接在待检测高压隔离开关电机电压的端子上。
示例性的，所述第一电压采集接头4、第二电压采集接头5、第三电压采集接头6接入待测高压隔离开关电机的380V电源，而所述第四电压采集接头7则与所述待测高压隔离开关电机的零线连接。
在一些实施例中，所述LORA网关2将所述高压隔离开关电机电流数据、电信号数据传输至若干平台。
示例性的，所述LORA网关2可将所述高压隔离开关电机电流数据、电信号数据传输至例如主控电脑，服务器等其他设备。
进一步地，本申请还公开了一种高压开关机械故障功率检测方法，应用于上述任一项所述的高压隔离开关机械故障功率检测装置，如图3所示具体步骤包括：
S1，采集原始数据，第一集成电路板12通过第一电压采集接头4、第二电压采集接头5、第三电压采集接头6、第四电压采集接头7采集得到电信号数据，通过钳形电流互感器8采集得到电流信号数据。
在一些实施例中，所述电机功率监测终端1通过控制器采集所述原始数据。
示例性的，当待测高压隔离开关进行分合闸操作时，控制器自动检测到电流的变化，需要说明的是，电流的启动阈值为0.001A，数据采集启动过程中，电机功率监测终端中的第一集成电路板通过电流互感器与电压互感器以1000Hz的采样率采集用于测量待测电机功率的电流信号即Ia、Ic、电压信号Uab、Ucd，特别地，采样频率为50Hz，采样周期为0.02s，每个周期内采样20组信号，并通过A/D转换器完成信号转换，待所述待测高压隔离开关分合闸到位后检测到电流为零时停止采集。
S2，储存原始数据，将所述原始数据存储至电机功率监测终端1中的第二集成电路板13。
示例性的，所述电机功率监测终端1通过控制器将上述采集到的原始数据存储至第二集成电路板13，对所述原始数据进行初步的数据处理以及存储待用。
S3，传输原始数据，LORA网关2通过所述通信模块14与所述电机功率监测终端1建立通信连接，将所述原始数据传输至所述LORA网关2。
示例性的，当所述电机功率监测终端1与所述LORA网关2建立通信连接后，将所述第二集成电路板13中储存的原始数据发送到所述LORA网关2。
在一些实施例中，所述LORA网关2通过所述通信模块14与所述电机功率监测终端1建立通信连接，将所述原始数据传输至所述LORA网关2包括：
所述电机功率监测终端1与所述LORA网关2的通信保持连接时，所述电机功率监测终端1将所述原始数据实时传输至所述LORA网关2；
所述电机功率监测终端1与所述LORA网关2的通信断开时，停止通信，并在通信连接后所述电机功率监测终端1将所述原始数据实时传输至所述LORA网关2。
S4，处理原始数据，通过所述LORA网关2中的存储模块15对所述原始数据进行初步处理，完成数据调零、提取关键值。
示例性的，通过所述LORA网关2中的存储模块15对所述原始数据进行初步处理，完成数据调零、提取关键值。首先按照公式对上述电流信号Ia、Ic、电压信号Uab、Ucd进行调零处理，再使用调零值进行后续计算，具体地：
Figure BDA0003299348440000051
Figure BDA0003299348440000052
Figure BDA0003299348440000053
Figure BDA0003299348440000061
Ia＝(Ia1,Ia2,Ia3,...,IaN)；
Ic＝(Ic1,Ic2,Ic3,...,IcN)；
Uab＝(Uab1,Uab2,Uab3,...,UabN)；
Ucb＝(Ucb1,Ucb2,Ucb3,...,UcbN)；
其中，IaN、IcN、UabN、UcbN为第N个采样点，
Figure BDA0003299348440000067
为所有采样值平均数，IaN’、IcN’、UabN’、UcbN’为第N个采样点的调零值。
计算得到所有调零后的电流信号Ia’、Ic’，电压信号Uab’、Ucb’，其中：
Ia’＝(Ia1’,Ia2’,Ia3’,...,IaN’)；
Ic’＝(Ic1’,Ic2’,Ic3’,...,IcN’)；
Uab’＝(Uab1’,Uab2’,Uab3’,...,UabN’)；
Ucb’＝(Ucb1’,Ucb2’,Ucb3’,...,UcbN’)；
计算每组采样数据的瞬时功率p＝(p1,p2,p3,...,pN)：
pN＝IaN'*UabN'+IcN'*UcbN'；
计算得到第T个采样周期内关键值：
以第T个采样周期内的20组采样数据瞬时功率平均值，作为该周期的输入功率PINT：
Figure BDA0003299348440000062
例如第5个周期输入功率PIN5如下：
Figure BDA0003299348440000063
得到所有周期的输入功率PIN＝(PIN1,PIN2,PIN3,...,PINT)；
该周期的关键值UT、IT、PFeT如下：
Figure BDA0003299348440000064
Figure BDA0003299348440000065
Figure BDA0003299348440000066
式中P31＝18.893，P32＝-4.1493；
S5，数据计算，计算模块16通过所述原始数据，获取分合闸功率数据，所述分合闸功率数据包括输入功率数据、输出功率数据；
示例性的，计算模块16通过所述原始数据，获取分合闸功率数据，所述分合闸功率数据包括输入功率数据、输出功率数据具体为：
计算第T个周期采样数据的输出功率POUTT：
POUTT＝(1-s)*(PINT-3*Rs*IT 2-KFeT)-pm；
式中s＝50/1500，Rs＝43.5，pm＝3.156；
得到所有周期的输出功率POUT＝(POUT1,POUT2,POUT3,...,POUTT)。
S6，故障预警，所述计算模块16通过比对所述分合闸功率数据与正常功率数据，结合时间节点进行故障判断预警；
示例性的，所述计算模块16将待测高压隔离开关分合闸功率数据与正常功率数据进行差值计算比对，并结合时间节点进行故障判断预警，具体地，将待测高压隔离开关分合闸功率数据与正常功率数据进行差值计算比对，结合时间节点进行故障判断预警。
S7，检测结果展示，将所述分合闸功率数据与所述正常功率由所述计算模块16进行图形化处理，绘制功率曲线，得到故障诊断报告。
示例性的，将得到的待测高压隔离开关分合闸功率数据进行图形化处理，绘制功率曲线，并形成故障诊断报告，最终由平台软件输出。
在一些实施例中，所述电机功率监测终端1通过LORA无线通信与所述LORA网关2建立通信连接。
在一些实施例中，所述电机功率监测终端1还通过蓝牙无线通信与移动设备建立通信连接并将所述原始数据传输至所述移动端，所述移动端对所述原始数据进行数据计算和比对，得到所述故障诊断报告。
通过以上技术方案可以看出，当待测高压隔离开关进行分合闸操作时，控制器自动检测到功率变化，启动电机功率监测终端进行数据采集、转换，待测高压隔离开关进行分合闸到位后检测到功率为零停止采集，并将采集的数据存储在电机功率监测终端，当电机功率监测终端与LORA网关建立LORA无线连接时，实时将数据发送到LORA网关，当检测到未相连时不进行通信，待与LORA网关连通后LORA网关读取电机功率监测终端中存储的所采集的数据，当移动端同电机功率监测终端进行蓝牙连接时，将采集的数据发送到移动端。LORA网关或移动端数据接收完毕后，进行数据计算、比对、展示，LORA网关同时可将数据传输至其他平台。而本申请提供的一种高压隔离开关机械故障功率检测装置中，电机功率监测终端电压采集并联在电机电压端子上，使得两路电压隔离，避免短路。因此，即使采集终端损坏或异常也不会对待测高压隔离隔离开关正常操作造成影响。另外多对一的设计，LORA网关可与多台电机功率监测终端建立通讯，实现区域性隔离开关数据采集。
本说明书中通篇提及的“多个实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”或“实施例”等，意味着结合该实施例描述的具体特征，部件或特性包括在至少一个实施例中，因此，本说明书通篇出现的短语“在多个实施例中”、“在一些实施例中”、“在至少另一个实施例中”或“在实施例中”等，并不一定都指相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，具体特征、部件或特性可以任何合适的方式进行组合。因此，在无限制的情形下，结合一个实施例示出或描述的具体特征、部件或特性可全部或部分地与一个或多个其他实施例的特征、部件或特性进行组合。这种修改和变型旨在包括早本申请的范围之内。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压隔离开关机械故障功率检测装置，其特征在于，所述装置包括：电机功率监测终端(1)和LORA网关(2)，其中：
所述电机功率监测终端(1)设置有第一电压采集接头(4)、第二电压采集接头(5)、第三电压采集接头(6)、第四电压采集接头(7)、钳形电流互感器(8)、第一集成电路板(12)以及第二集成电路板(13)；
所述LORA网关(2)设置有通信模块(14)、存储模块(15)以及计算模块(16)；
所述第一集成电路板(12)通过第一电压采集接头(4)、第二电压采集接头(5)、第三电压采集接头(6)、第四电压采集接头(7)采集得到电信号数据，通过钳形电流互感器(8)采集得到电流信号数据；
所述第二集成电路板(13)将所述电信号数据与所述电流信号数据进行储存；
所述LORA网关(2)通过所述通信模块(14)接收所述第二集成电路板(13)发送的所述电信号数据与所述电流信号数据；
所述存储模块(15)将所述电信号数据与所述电流信号数据进行数据调零、提取关键值处理、存储并传输至所述计算模块(16)；
所述计算模块(16)将所述电信号数据与所述电流信号数据进行计算以及比对并进行故障判断。
2.根据权利要求1所述的一种高压隔离开关机械故障功率检测装置，其特征在于，所述电机功率监测终端(1)还外接有PE接头(3)及调试接口(11)，并设置运行状态指示灯(9)、电源指示灯(10)实时显示所述电信号数据与所述电流信号数据的采集状态。
3.根据权利要求1所述的一种高压隔离开关机械故障功率检测装置，其特征在于，所述LORA网关(2)还设置有控制模块(17)、外接设备接口(18)、通信接口(19)以及电源线(20)。
4.根据权利要求1所述的一种高压隔离开关机械故障功率检测装置，其特征在于，所述第一电压采集接头(4)、第二电压采集接头(5)、第三电压采集接头(6)及第四电压采集接头(7)依次并联连接在待检测高压隔离开关电机电压的端子上。
5.根据权利要求1所述的一种高压隔离开关机械故障功率检测装置，其特征在于，所述LORA网关(2)将所述高压隔离开关电机电流数据、电信号数据传输至若干平台。
6.一种高压隔离开关机械故障功率检测方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-5任一项所述的高压隔离开关机械故障功率检测装置，包括：
采集原始数据，第一集成电路板(12)通过第一电压采集接头(4)、第二电压采集接头(5)、第三电压采集接头(6)、第四电压采集接头(7)采集得到电信号数据，通过钳形电流互感器(8)采集得到电流信号数据；
储存原始数据，将所述原始数据存储至电机功率监测终端(1)中的第二集成电路板(13)；
传输原始数据，LORA网关(2)通过所述通信模块(14)与所述电机功率监测终端(1)建立通信连接，将所述原始数据传输至所述LORA网关(2)；
处理原始数据，通过所述LORA网关(2)中的存储模块(15)对所述原始数据进行初步处理，完成数据调零、提取关键值；
数据计算，计算模块(16)通过所述原始数据，获取分合闸功率数据，所述分合闸功率数据包括输入功率数据、输出功率数据；
故障预警，所述计算模块(16)通过比对所述分合闸功率数据与正常功率数据，结合时间节点进行故障判断预警；
检测结果展示，将所述分合闸功率数据与所述正常功率由所述计算模块(16)进行图形化处理，绘制功率曲线，得到故障诊断报告。
7.根据权利要求6所述的一种高压隔离开关机械故障功率检测方法，其特征在于，所述电机功率监测终端(1)通过控制器采集所述原始数据。
8.根据权利要求6所述的一种高压隔离开关机械故障功率检测方法，其特征在于，所述LORA网关(2)通过所述通信模块(14)与所述电机功率监测终端(1)建立通信连接，将所述原始数据传输至所述LORA网关(2)包括：
所述电机功率监测终端(1)与所述LORA网关(2)的通信保持连接时，所述电机功率监测终端(1)将所述原始数据实时传输至所述LORA网关(2)；
所述电机功率监测终端(1)与所述LORA网关(2)的通信断开时，停止通信，并在通信连接后所述电机功率监测终端(1)将所述原始数据实时传输至所述LORA网关(2)。
9.根据权利要求6所述的一种高压隔离开关机械故障功率检测方法，其特征在于，所述电机功率监测终端(1)通过LORA无线通信与所述LORA网关(2)建立通信连接。
10.根据权利要求6所述的一种高压隔离开关机械故障功率检测方法，其特征在于，所述电机功率监测终端(1)还通过蓝牙无线通信与移动设备建立通信连接并将所述原始数据传输至所述移动端，所述移动端对所述原始数据进行数据计算和比对，得到所述故障诊断报告。
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