CN115201672A - 一种开关柜的在线监测机械特征的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关柜的在线监测机械特征的方法，包括步骤：获取分闸过程中的分闸时长；获取合闸过程中的合闸时长；若分闸时长大于预设分闸时间则确定开关柜机械性能异常，若合闸时长大于预设合闸时间则确定开关柜机械性能异常。本发明的开关柜的在线监测机械特征的方法，通过精准获取分闸过程中的分闸时长，精准获取合闸过程中的合闸时长；通过比较分闸时长和预设分闸时间的相对关系，比较合闸时长与预设合闸时间的相对关系确定开关柜机械性能，采用通过智能检测的方法进行在线监测，进而预测高压开关的机械特性，解决了现有的依靠人力定期检修，盲目解体拆卸，浪费了大量的人力、物力和财力的技术问题。

Description

一种开关柜的在线监测机械特征的方法

1技术领域

本发明涉及高压开关技术领域，特别地，涉及一种开关柜的在线监测机械特征的方法。

2背景技术

由于潮湿，尘污等恶劣的环境影响，开关机构的零部件易锈蚀，卡涩，引起机械性能异常，例如脱扣器卡滞，传动部件不灵活，分合闸速度降低，分合闸时间异常等，造成拒分，拒合，合闸不到位，分闸不到位等故障与缺陷，尤其是现在保护级差的缩小，间的长对开关分合闸时短及分散性提出了更高的要求。

目前针对常规变电站开关柜机械故障一般采取的措施主要是例行的巡检、定期进行预防性带电检测或停电试验，根据实验的结果来判断设备的运行状态，从而确定是否可以继续运行。上述措施对电力系统的安全运行起到了很大的作用，但不能根据设备的运行状况及时地进行检修，传统的一次设备定期检修，盲目解体拆卸，浪费了大量的人力、物力和财力，同时也增加了停电损失和影响一次成套设备自身的寿命，定期检修和带电检测更是难以根除和及时发现设备隐患，不能满足电气设备安全可靠运行的要求。

3发明内容

本发明提供的开关柜的在线监测机械特征的方法，解决了现有的依靠人力定期检修，盲目解体拆卸，浪费了大量的人力、物力和财力的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种开关柜的在线监测机械特征的方法，包括步骤：获取分闸过程中的分闸时长，t分＝t分闸辅开切换时长－t终端动作时长+△t分－t延时，其中，t分闸辅开切换时长为辅助开关变位时间点距离分闸脱扣器带电时间点的时长，t终端动作时长为信号指令传输时长，△t分为弧触头分离时间点距离辅助开关变位时间点的时长，t延时为继电器动作时长；获取合闸过程中的合闸时长，t合＝t合闸辅开切换时长－t终端动作时长+△t合－t延时，其中，t合闸辅开切换时长为辅助开关变位时间点距离合闸回路带电时间点的时长；若分闸时长大于预设分闸时间则确定开关柜机械性能异常，若合闸时长大于预设合闸时间则确定开关柜机械性能异常。

进一步地，通过计数器获取分闸辅助开关和/或合闸辅助开关的当前变位次数，根据预设变位次数和当前变位次数的差值确定开关柜机械使用寿命。

进一步地，若开关柜机械使用寿命小于预设使用次数，发出报警。

进一步地，获取全开断时长，t开断＝电弧熄灭时间点距离分闸脱扣器带电时间点的时长－t保护动作－t延时，获取燃弧时长，t燃弧＝t全开断－t分，若燃弧时长不在预设燃弧时间则确定开关柜机械性能异常。

进一步地，若燃弧时长在预设燃弧时间则确定开关柜机械性能正常。

进一步地，获取分合闸线圈电流波形曲线；若分合闸线圈电流波形曲线不在理论分合电流波形曲线的范围内则确定开关柜机械性能异常。

进一步地，若分合闸线圈电流波形曲线在理论分合电流波形曲线的范围内则确定开关柜机械性能正常。

进一步地，获取储能电机的电机电流波形曲线；若电机电流波形曲线不在理论电机波形曲线范围内则确定开关柜机械性能异常。

进一步地，若电机电流波形曲线在理论电机波形曲线范围内则确定开关柜机械性能正常。

本发明具有以下有益效果：

本发明的开关柜的在线监测机械特征的方法，通过精准获取分闸过程中的分闸时长，精准获取合闸过程中的合闸时长；通过比较分闸时长和预设分闸时间的相对关系，比较合闸时长与预设合闸时间的相对关系确定开关柜机械性能，采用通过智能检测的方法进行在线监测，进而预测高压开关的机械特性，解决了现有的依靠人力定期检修，盲目解体拆卸，浪费了大量的人力、物力和财力的技术问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

4附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一个实施例中的开关柜的在线监测机械特征的方法的流程图；

图2是本发明一个实施例中的断路器开断的示意图；

图3是本发明一个实施例中的断路器关合的示意图；

图4是本发明一个实施例中的理论分合电流波形曲线示意图；

图5是本发明一个实施例中的理论电机波形曲线的示意图；

图6是本发明一个实施例中的电机电流波形曲线的示意图。

5具体实施方式

以应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，本发明提供一种开关柜的在线监测机械特征的方法，包括步骤：获取分闸过程中的分闸时长，t分＝t分闸辅开切换时长－t终端动作时长+△t分－t延时，其中，t分闸辅开切换时长为辅助开关变位时间点距离分闸脱扣器带电时间点的时长，t终端动作时长为信号指令传输时长，△t分为弧触头分离时间点距离辅助开关变位时间点的时长，t延时为继电器动作时长；获取合闸过程中的合闸时长，t合＝t合闸辅开切换时长－t终端动作时长+△t合－t延时，其中，t合闸辅开切换时长为辅助开关变位时间点距离合闸回路带电时间点的时长；若分闸时长大于预设分闸时间则确定开关柜机械性能异常，若合闸时长大于预设合闸时间则确定开关柜机械性能异常。

本发明的开关柜的在线监测机械特征的方法，通过精准获取分闸过程中的分闸时长，精准获取合闸过程中的合闸时长；通过比较分闸时长和预设分闸时间的相对关系，比较合闸时长与预设合闸时间的相对关系确定开关柜机械性能，采用通过智能检测的方法进行在线监测，进而预测高压开关的机械特性，解决了现有的依靠人力定期检修，盲目解体拆卸，浪费了大量的人力、物力和财力的技术问题。

具体地，请参考图2和图3，包括确定分合闸时间的计算模型：

开关分、合闸时间指开关分、合闸回路带电(保护发命令)开始到所有极的弧触头分离、接触瞬间为止的时间。目前自动化终端装置所采集的信号中，保护动作信号和辅助开关切换信号可以通过一定技术手段使之可以表征高压开关的分、合闸时间。一般的，开关分、合闸时间计算公式如下，分闸时间＝分闸断口时间－分闸线圈带电时间；合闸时间＝合闸断口时间－合闸线圈带电时间；由此可知，通过自动化终端无法直接获得开关的动作时间，现有自动化终端，能够获得的数据为：终端发命令时间和断路器完成分合闸动作过程中机构带动辅助开关动作，辅助开关切换的时间。终端发命令与线圈带电存在的t延时时间差，辅助开关切换与断路器触头也有一定的时间差，因此引入高压开关动作时间特性修正参数△t和继电器动作延时修正参数t延时。高压开关动作时间特性修正参数△t反映辅助开关切换时间与断口时间之间的差值；继电器动作延时修正参数t延时反映继电器动作到分、合闸线圈带电这一过程中的时间。

本发明中加入修正参数后的高压开关分、合闸时间计算公式如下：t分＝t分闸辅开切换－t终端动作+△t分－t延时；t合＝t合闸辅开切换－t终端动作+△t合－t延时。

进一步地，确定动作次数的计算模型：自动化终端装置开关位置信号变位记录在现有自动化系统中仅仅只是一个一维逻辑信号，并没有专用计数器记录动作次数。在高压开关投运之后，其寿命一直是运检部门非常关注的问题，开关的剩余寿命关系到其运行的可靠性甚至是系统的安全运行。因此，在自动化终端装置中增设开关变位信号动作计数程序，将分闸辅助开关与合闸辅助开关各变位一次作为一次开关动作，并上传至通信层和站控层，其数据可以作为开关机械寿命预测的关键参数。

可以理解地，本发明中，通过计数器获取分闸辅助开关和/或合闸辅助开关的当前变位次数，根据预设变位次数和当前变位次数的差值确定开关柜机械使用寿命。更优地，若开关柜机械使用寿命小于预设使用次数，发出报警。

请参考图4，进一步地，确定全开断时间计算模型：开关全开断时间是从分闸线圈带电开始计时，开关分闸动作，辅助开关切换，最后电弧熄灭作为计时截止。高压开关全开断时间包括分闸时间和燃弧时间，全开断时间对于开关设备有着重要的物理表征意义。由于开关设备的燃弧时间具有一定的不确定性且其无法直接测量，因此其全开断时间一直以来都不是自动化系统的监测对象。然而，开关设备的全开断时间是反映其开断性能、触头磨损程度等诸多开关重要性能的参量。针对开关的全开断时间，自动化终端装置动作时间加上继电器动作延时修正参数作为记录全开断时间的起始，故障录波器所采集的主回路的电流的截止时间(电流变为零时)作为记录全开断时间的终点。断路器全开断时间计算公式如下：t开断＝t主回路电流变为0－t保护动作－t延时。

进一步地，确定燃弧时间计算模型：通过对自动化系统数据的深度挖掘，由上述可知，通过自动化系统获取高压开关设备的全开断时间和分闸时间变成可能。这样一来，通过全开断时间和分闸时间就能求出高压开关设备的准确燃弧时间。高压开关设备燃弧时间计算公式如下：t燃弧＝t全开断－t分。

可以理解地，获取全开断时长，t开断＝电弧熄灭时间点距离分闸脱扣器带电时间点的时长－t保护动作－t延时，获取燃弧时长，t燃弧＝t全开断－t分，若燃弧时长不在预设燃弧时间则确定开关柜机械性能异常，燃弧时长在预设燃弧时间则确定开关柜机械性能正常。

请参考图5和图6，进一步地，确定基于分、合闸线圈电流曲线的开关设备动作模型：断路器分合闸线圈电流曲线特征点表征了断路器操作过程中的机械状态变化，若能挖掘特征点与断路器分合闸时间的规律，就能通过分合闸线圈电流曲线的检测实现断路器分合闸时间的检测，断路器分合闸线圈电流曲线是电磁铁运动过程的动态曲线，受辅助开关切换影响。电磁铁的动作过程可分为以下几个阶段：阶段1即T0～T1时间段，分合闸线圈在T0时刻通电，线圈中有电流通过，但电磁铁产生的电磁力未达到使铁心动作的动作值，铁心不动。阶段2即T1～T2时间段，T1时刻，分合闸线圈电流所产生的电磁力能克服铁心自身重力、运动摩擦力、弹簧反力等阻力而带动铁心动作，铁心运动过程中撞击挚子，T12时刻释放分合闸保持挚子，断路器本体开始动作。阶段3即T2～T3时间段，T2时刻，铁心运动到位并保持，由于脱扣器铁芯处于静止位置，线圈的电流开始上升，直至T3时刻，电流上升到稳态值。

阶段4即T3～T4时间段，T4时刻，断路器辅助触头断开直流电源，铁心复位。提取特征值，T1，T2，T3，T4，T5；I1，I2，I3，并根据特征值的大小，之间的关系，以及与出厂试验曲线特征值的关系，就能够判断诸如电源电压是否异常，脱扣器动作是否异常，开关传动系统是否异常，辅助开关动作及切换是否异常等影响开关拒分，拒合，烧线圈等故障和缺陷。

可以理解地，获取分合闸线圈电流波形曲线，若分合闸线圈电流波形曲线不在理论分合电流波形曲线的范围内则确定开关柜机械性能异常，若分合闸线圈电流波形曲线在理论分合电流波形曲线的范围内则确定开关柜机械性能正常。

进一步地，确定基于电机电流监测的开关特性评价：开闭所中包含断路器，负荷开关及负荷开关－熔断器组合方案，断路器中的储能电机，负荷开关方案及组合电器方案中的电动负荷开关的操作机构的电机是动力提供者，其电流波形能够体现出开关机构中故障及缺陷。例如，断路器方案中储能电机电流的监测。高压断路器储能电机的工作原理为：对于断路器的弹簧机构，电动机通过减速装置和储能机构的运转，使合闸弹簧储存能量，合闸弹簧过中后，储能结束，通过合闸闭锁装置使弹簧保持在储能位置，然后切断电动机电源。机构接到开关合闸命令，合闸脱扣器动作，合闸弹簧释放能量、触头合闸动作完成后，储能电动机马上接通电源，通过电动机使合闸弹簧再次储能，为下次合闸动作做准备。在弹簧储能操作机构中，储能电机的功能是在合闸动作完成储能回路接通，拉伸合闸弹簧做功，储存合闸、分闸操作所需的能量。储能电机的工作状态直接影响断路器功能的实现。在长期运行中发现永磁直流电机主要出现元件断路、绕组匝间短路、电刷磨损，电机减速箱磨损造成卡涩和卡滞，传动部件卡涩，合闸弹簧疲劳等缺陷和故障，通过对储能电机电流的分析，电机电流波形特征值的提取，能够对开关储能系统卡涩，卡滞及弹簧疲劳，切除电机电流微动开关的状态进行健康状态的评估。

断路器储能电机电流为储能电机电流信号变化可分为以下几个阶段：t0～t1阶段，电机带电，t0时刻开始带电，电机无负载启动，电机的启动电流峰值Ist能直接反应操作电源及储能电机电枢电阻的变化。t1～t2阶段，电流平稳，电机开始转动，由于储能链轮上的销尚未带动固定在储能轴上的滑块以拉伸弹簧做功，因此电机无负载转动。电流逐渐趋于稳定，电流值受操作电源及电机内线圈电阻影响。t2～t3阶段，电机做功，，储能电机拉动合闸弹簧做功，电流随着负载的增加而发生变化，电流斜率K1能反映负载增加的速度，间接反应储能轴的灵活状态及弹簧刚度状态等。t3～t4阶段，储能弹簧在拉伸的过程中，虽然弹簧力在增加，但其对于储能轴的力臂减少，其力矩减少，电机电流下降，t4时刻弹簧过中，达到预期位置。t4～t5阶段，弹簧过中后，电机负载下降，电机电流开始下降，直至t5时刻，电机电流微动开关切断储能电机电流，储能过程结束。

可以理解地，若电机电流波形曲线不在理论电机波形曲线范围内则确定开关柜机械性能异常，若电机电流波形曲线在理论电机波形曲线范围内则确定开关柜机械性能正常。

本发明的有益效果：采用基于一二次融合技术的智能终端，即可实现对分合闸线圈的电流波形、储能电机电流波形及断路器电动操作机构电流波形的监测，并通过知识库及故障库等辅控系统实现对开关设备的机械性能状态及机械寿命的评价，完全解决了断路器机械故障、二次辅助回路故障开始形成还在运行的现象发生，防止断路器拒分、拒合等机械故障，为智能运检提供了有力依据。实验表明，上述特征量能反映电机电源电压等故障，定量分析各个影响因素与特征量变化对应关系，将这些对应关系转化为储能电机故障诊断数据参考量，这个参考是断路器储能电机故障诊断的依据。本发明原理结构简单，安装方便、安全可靠，满足解决高压开关设备机械故障、安全操作的要求。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种开关柜的在线监测机械特征的方法，其特征在于，包括步骤：

获取分闸过程中的分闸时长，t分＝t分闸辅开切换时长－t终端动作时长+△t分－t延时，其中，t分闸辅开切换时长为辅助开关变位时间点距离分闸脱扣器带电时间点的时长，t终端动作时长为信号指令传输时长，△t分为弧触头分离时间点距离辅助开关变位时间点的时长，t延时为继电器动作时长；

获取合闸过程中的合闸时长，t合＝t合闸辅开切换时长－t终端动作时长+△t合－t延时，其中，t合闸辅开切换时长为辅助开关变位时间点距离合闸回路带电时间点的时长；

若分闸时长大于预设分闸时间则确定开关柜机械性能异常，若合闸时长大于预设合闸时间则确定开关柜机械性能异常。

2.根据权利要求1所述的开关柜的在线监测机械特征的方法，其特征在于，

通过计数器获取分闸辅助开关和/或合闸辅助开关的当前变位次数，

根据预设变位次数和当前变位次数的差值确定开关柜机械使用寿命。

3.根据权利要求2所述的开关柜的在线监测机械特征的方法，其特征在于，

若开关柜机械使用寿命小于预设使用次数，发出报警。

4.根据权利要求2所述的开关柜的在线监测机械特征的方法，其特征在于，

获取全开断时长，t开断＝电弧熄灭时间点距离分闸脱扣器带电时间点的时长－t保护动作－t延时，

获取燃弧时长，t燃弧＝t全开断－t分，若燃弧时长不在预设燃弧时间则确定开关柜机械性能异常。

5.根据权利要求4所述的开关柜的在线监测机械特征的方法，其特征在于，

若燃弧时长在预设燃弧时间则确定开关柜机械性能正常。

6.根据权利要求2所述的开关柜的在线监测机械特征的方法，其特征在于，

获取分合闸线圈电流波形曲线；

若分合闸线圈电流波形曲线不在理论分合电流波形曲线的范围内则确定开关柜机械性能异常。

7.根据权利要求6所述的开关柜的在线监测机械特征的方法，其特征在于，

若分合闸线圈电流波形曲线在理论分合电流波形曲线的范围内则确定开关柜机械性能正常。

8.根据权利要求2所述的开关柜的在线监测机械特征的方法，其特征在于，

获取储能电机的电机电流波形曲线；

若电机电流波形曲线不在理论电机波形曲线范围内则确定开关柜机械性能异常。

9.根据权利要求8所述的开关柜的在线监测机械特征的方法，其特征在于，

若电机电流波形曲线在理论电机波形曲线范围内则确定开关柜机械性能正常。

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