CN115436795B - 具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统，包括主控芯片、电力载波模块、供电模块和若干传感器模块组成的控制回路；主控芯片根据高压断路器的触发块的运动状态，进入非工作模式或工作模式；主控芯片进入工作模式，主控芯片依据各传感器模块的实时数据对高压断路器各元器件及接线端子做出故障诊断；主控芯片进入非工作模式，主控芯片向控制回路注入高频信号，主控芯片依据对应电流信号采集点的电压信号对高压断路器各元器件及接线端子做出故障诊断。本发明可在高压断路器工作状态和非工作状态下对其进行检测，判断其功能是否良好，实现高压断路器设备状态信息的实时监测与预警。
Description
技术领域
本发明涉及高压断路器领域，具体涉及一种针对高压断路器的改进控制系统。
背景技术
电力系统的稳定性对于人们的生产生活至关重要，高压断路器作为电力系统中最重要的保护和控制设备，承担着关合、开断电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据等的重要作用。当电力系统发生故障时，高压断路器能够将故障部分迅速从电网中隔离出去，高压断路器的故障将带来线路和设备受损甚至可能影响到居民生活和社会生产，因此，高压断路器的状态好坏直接影响到电力系统的可靠性，高压断路器的运行维护是保障电力系统安全稳定运行的前提和基础。
当前电力设备的维护方式主要有定期检修、故障维修以及状态检修三种。定期检修就是根据预先规定的时间周期对设备进行检修；故障维修是在故障发生后才对设备进行修理，这两种方式作为目前最常用的检修方式，存在着针对性较差、效率低下、维护成本较大等问题。
状态检修是基于设备状态监测和故障诊断的检修方式，它能够根据先进的状态监测和诊断技术提供的设备状态信息判断设备的异常，预知设备的故障，并做出针对性的检修计划。作为主动性和预见性的检修方式，状态检修更能适应现代智能电网对于安全性和经济性的要求，真正做到防患于未然。高压断路器的在线检测及故障诊断已经成为电力行业的热点问题并受到国内外研究机构的持续关注。
户外的高压刀闸是由操作机构实现刀闸的合闸和分闸操作，根据具体的结构可分为：手动、弹簧、电磁、液压、气动和电动操作机构。考虑成本和可靠性，目前在基层变电站户外高压断路器大都采用电动操作机构，由电动机带动机械机构实现高压刀闸的合分。电动操作机构常见故障分为机械类和电气控制类。(1)机械类常见故障：机构卡涩；(2)电气控制常见故障：行程开关故障，交流接触器故障，辅助开关故障，接线排松动，操作电源故障，交流电机故障等。要快速识别出电动操作系统的常见故障需要选用合适的传感器，对传感数据进行实时采集和分析作为故障判断依据。针对高压断路器的在线检测及故障诊断，已有很多的研究成果，但目前这些系统仍存在一定的不足，如：2021年10月15日，申请号为CN201910913509.8的中国专利公开了一种基于HPSO-TSVM的高压断路器故障诊断方法，该专利方法通过粒子群优化算法建立模型，能够准确实现高压断路器故障诊断。但该方法需要大量历史数据进行学习，不能有效判断故障问题。2021年9月24日，申请号为CN202010477132.9的中国专利公开了一种用于高压交流断路器振动信号特征参数提取方法，该方法可以快速、准确地提取振动信号特征参数，对机械故障进行模式识别和状态评估。但该方法是通过系统供电运行过程中的振动信号进行判别，应用范围较窄，不能在非工作状态下进行测试。2021年6月18日，申请号为CN201811045417.4的中国专利公开了一种一种高压断路器机械状态在线监测与故障辨识方法及装置，该装置运用多个传感器同步监测高压断路器操动机构的多种参数，实现高压断路器状态在线监测与故障辨识，提高了巡检效率，节省了人力和物力等资源。但该方法不能在非工作状态下进行测试。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有保护功能的高压断路器实时监测与故障诊断系统，能够在高压断路器工作状态和非工作状态下自动进行检测，判断其功能是否良好，实现高压断路器设备状态信息的实时监测与预警。
技术方案：本发明所述具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统，包括主控芯片、电力载波模块、供电模块和若干传感器模块组成的控制回路；
所述主控芯片和电力载波模块由供电模块供电，主控芯片根据高压断路器的触发块的运动状态，进入非工作模式或工作模式；
在高压断路器的触发块处于运动状态下，控制回路通电，主控芯片进入工作模式，若干传感器模块采集高压断路器的电流、电压和温度数据，并将采集的传感数据传输至电力载波模块，经电力载波模块解调处理后发送至主控芯片，主控芯片依据各传感器模块的实时数据对高压断路器各元器件及接线端子做出故障诊断；
在高压断路器的触发块处于静止状态下，控制回路失电，主控芯片进入非工作模式，主控芯片向控制回路注入高频信号，若干传感器模块中电流信号采集点将接收到的电压信号通过电力载波模块将数据传输至主控芯片，主控芯片依据对应电流信号采集点的电压信号对高压断路器各元器件及接线端子做出故障诊断。
本发明进一步优选地技术方案为，主控芯片通过保护模块判断高压断路器的触发块的运动状态，该保护模块包括第一位移传感器和第二位移传感器，所述第一位移传感器和第二位移传感器分别安装在分合闸微动开关前，当高压断路器进行分闸或合闸操作时，三相异步电机启动，带动主轴和触发块转至分闸或合闸位置，触发块与第一位移传感器和第二位移传感器的距离发生变化，该变化作为分合闸操作的判断依据。
作为优选地，所述保护模块还包括辅助开关，主控芯片工作模式下，在触发块抵压行程开关前发出执行命令，将辅助开关断开。
优选地，若干传感器模块包括红外温度传感器、机械机构振动传感器、三相电流传感器和操作电源电压传感器；
红外温度传感器采集三相异步电机、交流接触器和接线端子的实时温度数据；机械机构振动传感器采集三相异步电机振动信号；三相电流传感器作为电流信号采集点，采集三相异步电机电流信号的实时数据；操作电源电压传感器采集三相异步电机两端电压信号。
优选地，主控芯片在工作模式下，各传感器模块采集的电流、电压和温度数据经特征提取获得电流特征值、振动特征值和温度特征值，主控芯片结合各特征值进行故障诊断。
优选地，采集的电流数据和振动数据通过小波分解的方法进行降噪，将信号分解成若干小波后，设定小波阈值过滤掉阈值外的频率，达到去除噪声的效果，再经小波重构得到滤波后信号数据；得到后的数据经过时域特征计算后得到故障的时域特征；经过FFT变换得到信号的频谱数据，最后使用ZFFT对频谱进行细化分析，得到频域各个特征频段的特征值从而分别得到电流特征值及振动特征值。
优选地，主控芯片在非工作模式下，主控芯片在控制回路的信号注入点注入10v、10KHz的高频模拟信号，三相电流传感器对信号进行接收，并通过电力载波的方式将数据传输至主控芯片，经识别、信号调制和分析后，主控芯片进行故障诊断。
有益效果：(1)本发明实时监测和故障诊断系统分为工作模式和非工作模式，主要由若干传感器作为信号采集点，电力载波电路，主控芯片组成的控制回路控制，其中信号采集点分为电流信号采集点，温度信号采集点和电压信号采集点，利用传感器电路对设备电流，温度，电压信息实时采集，在工作模式下，得到电流特征值及振动特征值，当系统出现不同故障时，以上特征值会出现不同变化，再结合温升变化即温度特征值共同作为故障诊断提供判断依据；非工作模式下，主控芯片对控制回路注入高频信号，在电流信号采集点对信号进行接收，通过电力载波的方式将数据传输至主控芯片，经节点号识别，信号调制和分析后，对控制回路各元器件及接线端子做出故障诊断；本发明能够精准采集高压断路器设备电流、电压、温度信号，最终在主控单元中实现高压断路器设备状态信息的实时监测与预警；本发明可在高压断路器工作状态和非工作状态下对其进行检测，判断其功能是否良好，实现高压断路器设备状态信息的实时监测与预警；
(2)本发明的保护模块中，第一位移传感器和第二位移传感器分别安装在分合闸微动开关前，当高压断路器进行分闸操作时，三相异步电机启动，带动主轴和触发块转至分闸位置，触发块与两侧行程开关距离会发生变化，该变化不仅能够反应触发块的旋转角度，亦可作为分合闸操作的判断依据，若触发块处于静止状态则系统进入非工作模式，若触发块处于旋转状态则系统进入工作模式；同时本发明的保护模块还设置辅助开关，在工作模式下，主控芯片在触发块抵压行程开关前发出执行命令，将辅助开关断开，使得行程开关的不再长期受触发块压触，能够有效保护分合闸位置行程开关，降低故障率。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明的控制回路电路图；
图3为本发明的保护模块结构框图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统，包括主控芯片、电力载波模块、供电模块和若干传感器模块组成的控制回路；主控芯片、第一位移传感器、第二位移传感器和辅助开关组成的保护模块。
第一位移传感器和第二位移传感器分别安装在分合闸微动开关前，实时监测与触发块之间的距离。当高压断路器进行分闸或合闸操作时，三相异步电机启动，带动主轴和触发块转至分闸或合闸位置，触发块与第一位移传感器和第二位移传感器的距离发生变化，该变化不仅能够反应触发块的旋转角度，亦可作为分合闸操作的判断依据。
采集的数据经光电隔离后传输至主控芯片，主控芯片对数据进行分析，对当前设备状态进行判断。若触发块处于静止状态则系统进入非工作模式，若触发块处于旋转状态则系统进入工作模式。在工作模式下，主控芯片在触发块抵压行程开关前发出执行命令，将辅助开关断开。
若干传感器模块作为信号采集点，用到多种传感器，包括：
红外温度传感器采集三相异步电机、交流接触器和接线端子的实时温度数据；机械机构振动传感器采集三相异步电机振动信号；
三相电流传感器作为电流信号采集点，采集三相异步电机电流信号的实时数据；
操作电源电压传感器采集三相异步电机两端电压信号。
在高压断路器的触发块处于运动状态下，控制回路通电，主控芯片进入工作模式，红外温度传感器、三相电流传感器和操作电源电压传感器采集高压断路器的电流、电压和温度数据，并将采集的传感数据传输至电力载波模块，经电力载波模块解调处理后发送至主控芯片，采集的电流数据和振动数据通过小波分解的方法进行降噪，将信号分解成若干小波后，设定小波阈值过滤掉阈值外的频率，达到去除噪声的效果，再经小波重构得到滤波后信号数据；得到后的数据经过时域特征计算后得到故障的时域特征；经过FFT变换得到信号的频谱数据，最后使用ZFFT对频谱进行细化分析，得到频域各个特征频段的特征值从而分别得到电流特征值及振动特征值，当系统出现不同故障时，以上特征值会出现不同变化，系统再结合温升变化即温度特征值共同为故障诊断提供判断依据。
在高压断路器的触发块处于静止状态下，控制回路失电，主控芯片进入非工作模式，如图2所示，行程开关SP1、SP2、SP3为常闭，主控芯片在高频信号注入点1和高频信号注入点2注入10v，10KHz的高频模拟信号，信号采集点1至10将接收到的电压信号传输至主控芯片，主控芯片对接收数据进行分析，若控制回路中元器件出现触点氧化、接触不良等故障时，其故障特征往往分别表现为所对应信号采集点电压信号增高或为零，从而依据各节点高频信号对控制回路各元器件及接线端子做出故障诊断。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (7)
1.一种具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统，其特征在于，包括主控芯片、电力载波模块、供电模块和若干传感器模块组成的控制回路；
所述主控芯片和电力载波模块由供电模块供电，主控芯片根据高压断路器的触发块的运动状态，进入非工作模式或工作模式；
在高压断路器的触发块处于运动状态下，控制回路通电，主控芯片进入工作模式，若干传感器模块采集高压断路器的电流、电压和温度数据，并将采集的传感数据传输至电力载波模块，经电力载波模块解调处理后发送至主控芯片，主控芯片依据各传感器模块的实时数据对高压断路器各元器件及接线端子做出故障诊断；
在高压断路器的触发块处于静止状态下，控制回路失电，主控芯片进入非工作模式，主控芯片向控制回路注入高频信号，若干传感器模块中电流信号采集点将接收到的电压信号通过电力载波模块将数据传输至主控芯片，主控芯片依据对应电流信号采集点的电压信号对高压断路器各元器件及接线端子做出故障诊断。
2.根据权利要求1所述的具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统，其特征在于，主控芯片通过保护模块判断高压断路器的触发块的运动状态，该保护模块包括第一位移传感器和第二位移传感器，所述第一位移传感器和第二位移传感器分别安装在分合闸微动开关前，当高压断路器进行分闸或合闸操作时，三相异步电机启动，带动主轴和触发块转至分闸或合闸位置，触发块与第一位移传感器和第二位移传感器的距离发生变化，该变化作为分合闸操作的判断依据。
3.根据权利要求2所述的具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统，其特征在于，所述保护模块还包括辅助开关，主控芯片工作模式下，在触发块抵压行程开关前发出执行命令，将辅助开关断开。
4.根据权利要求1所述的具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统，其特征在于，若干传感器模块包括红外温度传感器、机械机构振动传感器、三相电流传感器和操作电源电压传感器；
红外温度传感器采集三相异步电机、交流接触器和接线端子的实时温度数据；机械机构振动传感器采集三相异步电机振动信号；三相电流传感器作为电流信号采集点，采集三相异步电机电流信号的实时数据；操作电源电压传感器采集三相异步电机两端电压信号。
5.根据权利要求4所述的具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统，其特征在于，主控芯片在工作模式下，各传感器模块采集的电流、电压和温度数据经特征提取获得电流特征值、振动特征值和温度特征值，主控芯片结合各特征值进行故障诊断。
6.根据权利要求5所述的具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统，其特征在于，采集的电流数据和振动数据通过小波分解的方法进行降噪，将信号分解成若干小波后，设定小波阈值过滤掉阈值外的频率，达到去除噪声的效果，再经小波重构得到滤波后信号数据；得到后的数据经过时域特征计算后得到故障的时域特征；经过FFT变换得到信号的频谱数据，最后使用ZFFT对频谱进行细化分析，得到频域各个特征频段的特征值从而分别得到电流特征值及振动特征值。
7.根据权利要求4所述的具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统，其特征在于，主控芯片在非工作模式下，主控芯片在控制回路的信号注入点注入10v、10KHz的高频模拟信号，三相电流传感器对信号进行接收，并通过电力载波的方式将数据传输至主控芯片，经识别、信号调制和分析后，主控芯片进行故障诊断。
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| CN202211173764.1A CN115436795B (zh) | 2022-09-26 | 具有保护功能的高压断路器实时监测及故障诊断系统 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103091602A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-05-08 | 浙江华健电子科技有限公司 | 电力载波在线故障检测装置 |
| CN104608711A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-05-13 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种车辆控制器电源电路拓扑结构及电源管理方法 |
Patent Citations (2)
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| CN104608711A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-05-13 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种车辆控制器电源电路拓扑结构及电源管理方法 |
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