CN117538741A - 一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法及相关产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法及相关产品，包括：对断路器执行多次分合操作，获取断路器对应的状态监测量；根据状态监测量实时计算每次分合操作的特征值，并确定特征值的可接受范围，作为当前断路器该特征量的判断阈值；记录判断阈值；断路器工作状态下，实时采集运行过程中的状态量数据；根据状态量数据实时计算特征值，并与记录的判断阈值进行比较，判断当前断路器是否处于可接受范围并输出监测结果。本发明针对性的采集每台断路器独立的特征量标准值，对投入运行后的状态监测特征量判断，提高了断路器状态监测的准确度，有效的解决了因断路器特征量个体差异而造成的出现故障或隐患无法识别或者正常状态误判等问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备状态在线监测技术领域，特别涉及一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法及相关产品。
背景技术
作为支持电网正常运行的重要电力设备之一，断路器工作的可靠性尤为重要。因此需要持续关注断路器的健康状态，当前的实现方式包括定期停电检修、增配在线监测系统等。随着设备在线监测技术的发展，针对断路器的在线监测正在推广应用，主要包括分合闸脱扣线圈电流监测、储能电机电流监测、动触头行程时间监测等。
状态监测装置可以实时采集断路器分合闸脱扣线圈电流、储能电机电流、触头行程时间曲线等，但针对不同的脱扣线圈等，其特征量的标准值可能各不相同，没有统一的阈值标准，若对所有状态监测装置都预设相同的阈值，可能无法准确判断断路器的工作状态，从而出现故障或隐患无法识别或者正常状态误判等情况。
因此，如何提供一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法及相关产品是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法及相关产品，针对每一台独立的断路器和其状态监测装置，在确认其正常的情况下，采集计算获得当前断路器该特征量的参考阈值，并存储于装置内部，投入运行时装置实时采集并计算运行过程中的状态量数据及特征值，并与记录的阈值进行比较，从而准确判断断路器的工作状态。
本发明提供的一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法，包括如下步骤：
判断阈值设定步骤：
S11：对断路器执行多次分合操作，获取断路器对应的状态监测量；
S12：根据所述状态监测量实时计算每次分合操作的特征值，并确定所述特征值的可接受范围，作为当前断路器该特征量的判断阈值；
S13：记录所述判断阈值；
断路器状态在线监测步骤：
S21：断路器工作状态下，实时采集运行过程中的状态量数据；
S22：根据所述状态量数据实时计算特征值，并与记录的所述判断阈值进行比较，判断当前断路器是否处于所述可接受范围并输出监测结果。
优选的，所述状态监测量包括断路器的机械特性状态监测量，包括如下中的一种或多种：分合闸脱扣线圈电流、储能电机驱动电流、断路器动触头动作特性。
优选的，当状态监测量为分合闸脱扣线圈电流和储能电机的驱动电流时，相应的特征量包括：线圈驱动电流的极值点幅值及时刻。
优选的，当状态监测量为断路器动触头的位移信息时，相应的特征量包括：刚分刚合速度、合闸超程。
本发明还提供了一种根据所述的一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法的状态监测装置，包括：
判断阈值设定模块：用于对断路器执行多次分合操作，获取断路器对应的状态监测量；根据所述状态监测量实时计算每次分合操作的特征值，并确定所述特征值的可接受范围，作为当前断路器该特征量的判断阈值；
非易失存储模块：用于记录所述判断阈值；
断路器状态在线监测模块：用于在断路器工作状态下，实时采集运行过程中的状态量数据；根据所述状态量数据实时计算特征值，并与记录的所述判断阈值进行比较，判断当前断路器是否处于所述可接受范围并输出监测结果。
优选的，还包括模式设置模块，用于设置特征量正常值采样模式和正常运行模式；所述判断阈值设定模块工作在特征量正常值采样模式下，所述断路器状态在线监测模块工作在正常运行模式下。
优选的，所述模式设置模块采用硬件或软件设置方式执行模式切换操作；所述硬件设置方式包括：硬件拨码开关或短接插针方式；所述软件设置方式包括：模式设置模块连接上位机，所述上位机配置工具软件设置功能码，并生成控制指令下发至所述模式设置模块的方式。
本发明还提供了一种状态监测系统，包括状态传感器和所述的状态监测装置；所述状态传感器与所述状态监测装置连接，用于布置在断路器上，采集断路器的状态监测量和状态量数据，并分别发送至所述判断阈值设定模块和所述断路器状态在线监测模块。
优选的，所述状态传感器包括霍尔电流传感器，用于监测断路器操作机构的分合闸脱扣线圈电流和储能电机的驱动电流，作为状态监测量和状态量数据。
优选的，所述状态传感器包括位移传感器或角度传感器，用于监测并换算断路器动触头的位移信息，作为状态监测量和状态量数据。
本发明相较现有技术具有以下有益效果：
本发明提出的断路器状态在线监测特征量阈值设定方法采用了自适应阈值采集模式，针对性的采集每台断路器独立的特征量标准值，对投入运行后的状态监测特征量判断，提供了准确的参考阈值，提高了断路器状态监测的准确度，有效的解决了因断路器特征量个体差异而造成的出现故障或隐患无法识别或者正常状态误判等问题。
本发明提出的状态监测装置通过设置特征量正常值采样模式和状态监测工作模式，同样解决了不同断路器正常状态下对应的特征值范围各不相同，而无法统一进行阈值设定的问题，增加了设备状态监测的识别正确率，提高了设备运行的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的断路器状态在线监测特征量阈值设定方法流程图；
图2是本发明实施例提供的断路器分合闸动作时脱扣线圈的典型电流波形图；
图3是本发明实施例提供的状态监测装置原理图；
图4是本发明实施例提供的状态监测装置内的软件流程图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明第一方面公开了一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法，如图1所示，包括如下步骤：
判断阈值设定步骤：
S11：对断路器执行多次分合操作，获取断路器对应的状态监测量；
S12：根据状态监测量实时计算每次分合操作的特征值，并确定特征值的可接受范围，作为当前断路器该特征量的判断阈值；
S13：记录判断阈值；
断路器状态在线监测步骤：
S21：断路器工作状态下，实时采集运行过程中的状态量数据；
S22：根据状态量数据实时计算特征值，并与记录的判断阈值进行比较，判断当前断路器是否处于可接受范围并输出监测结果。
在一个实施例中，状态监测量包括断路器的机械特性状态监测量，包括如下中的一种或多种：分合闸脱扣线圈电流、储能电机驱动电流、断路器动触头动作特性。
在一个实施例中，当状态监测量为分合闸脱扣线圈电流和储能电机的驱动电流时，相应的特征量包括：线圈驱动电流的极值点幅值及时刻。
在一个实施例中，当状态监测量为断路器动触头的位移信息时，相应的特征量包括：刚分刚合速度、合闸超程。
如图2所示，本发明第二方面还提供了一种根据第一方面公开的一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法的状态监测装置，包括：
判断阈值设定模块：用于对断路器执行多次分合操作，获取断路器对应的状态监测量；根据状态监测量实时计算每次分合操作的特征值，并确定特征值的可接受范围，作为当前断路器该特征量的判断阈值；
非易失存储模块：用于记录判断阈值；
断路器状态在线监测模块：用于在断路器工作状态下，实时采集运行过程中的状态量数据；根据状态量数据实时计算特征值，并与记录的判断阈值进行比较，判断当前断路器是否处于可接受范围并输出监测结果。
在一个实施例中，还包括模式设置模块，用于设置特征量正常值采样模式和正常运行模式；判断阈值设定模块工作在特征量正常值采样模式下，断路器状态在线监测模块工作在正常运行模式下。
在一个实施例中，模式设置模块采用硬件或软件设置方式执行模式切换操作；硬件设置方式包括：硬件拨码开关或短接插针方式；软件设置方式包括：模式设置模块连接上位机，上位机配置工具软件设置功能码，并生成控制指令下发至模式设置模块的方式。
在具体执行时，断路器及状态监测系统已完成整体装配测试，确认正常的情况下，该情况通常出现在带状态监测的断路器的出厂前检验中，将状态监测装置设置为特征量正常值采样模式。
以断路器分合闸脱扣线圈电流作为状态监测量为例。
设置为特征量正常值采样模式后，通过反复控制断路器的分合操作，采集分合闸脱扣线圈的电流。
如图3所示断路器分合闸脱扣线圈的典型电流波形，其中，t0为断路器分、合动作计时起点即是线圈通电的起始时刻，t4为线圈断电时刻，t1、t2和t3所对应的i1、i2和i3，即为线圈典型电流波形的特征值。通过分析线圈电流波形的t1～t4、i1～i3等特征量，可以分析并计算出铁芯启动时间、运动时间、线圈通电时间等参数，从而得到铁芯运动和所控制的脱扣器以及辅助开关转换的工作状态。
在上述断路器反复分合操作中，状态监测装置通过电路板上的霍尔传感芯片将电流信号传感成电压小信号后，进入板上AD芯片进行模数转换，数字量在CPU芯片的一个核中进行数据处理，具体处理流程包括数据读取、滤波消除突变点并平滑波形、求导定位波形变化率、取绝对值定位波形峰值点、定位t0\t1\t2\t3及对应电流值等流程，获取到若干组电流波形的特征值，通过查找计算最大值、最小值及平均值等方法，得到各特征值的正常范围，适当扩大其正常范围，如范围放大20％，即可作为当前断路器分合闸脱扣线圈特征量的判断阈值。
设置状态监测装置为运行监测模式后，记录当前参考特征值范围，并做为状态特征量判断阈值。
同样采用特征量正常值采样模式的硬件或软件设置方式，将状态监测装置切换至运行监测模式，投入到断路器的实际在线监测工作模式。当状态监测装置识别到模式的切换命令，即将当前计算出的判断阈值存储到装置内的非易失存储空间内，做为该设备在线监测的设定阈值。
实际运行过程中，状态监测装置实时采集脱扣线圈电流波形并计算相应特征值，与存储的判断阈值进行比对，输出断路器当前运行状态。
根据波形的实时数据，实时分析线圈电流波形的t1～t4、i1～i3等特征量，根据断路器自身参数，对断路器的机械特性进行在线监测，判断出断路器操作机构的工作状态。若已触发，却无法计算输出上述特征值，说明线圈电流回路已完全故障，若可经过实时处理得到相应特征值，则可与预设的特征值阈值进行比对，超过阈值的可根据偏差程度进行状态的判断。
如图4所示，上述所有步骤中的模式切换、采集、计算、存储和实时判断，都通过状态监测装置电路板上的CPU芯片内的嵌入式软件实现。无论状态监测装置处于何种工作模式下，始终持续进行AD芯片的控制和数字量信号的读取，通过对外部硬件开关电平或软件控制字的判断识别出当前工作模式，并对数据进行不同方式的处理。若为特征量正常值采样模式，即实时计算特征值并循环计算所要设定的阈值，每次计算结束即进行数据的存储，刷新原非易失存储芯片内记录的数据；若为正常运行模式，即实时计算特征值并与采用模式时最后记录的设定阈值进行比对，实时判断特征值是否处于正常范围内，从而输出断路器的运行状态。
本发明第三方面还提供了一种状态监测系统，包括状态传感器和第二方面公开的状态监测装置；状态传感器与状态监测装置连接，用于布置在断路器上，采集断路器的状态监测量和状态量数据，并分别发送至判断阈值设定模块和断路器状态在线监测模块。
在一个实施例中，状态传感器包括霍尔电流传感器，用于监测断路器操作机构的分合闸脱扣线圈电流和储能电机的驱动电流，作为状态监测量和状态量数据。脱扣线圈回路串入状态监测装置内，通过装置内电路板上的霍尔电流传感芯片传感电流信号。
在一个实施例中，状态传感器包括位移传感器或角度传感器，用于监测并换算断路器动触头的位移信息，作为状态监测量和状态量数据。
本实施例可同时在多个断路器上布置状态传感器，将多组状态监测量回传至状态监测装置，进行特征值的可接受范围计算，以增加判断阈值的计算准确性。
以上对本发明所提供的一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法及相关产品进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法，其特征在于：包括如下步骤：
判断阈值设定步骤：
S11：对断路器执行多次分合操作，获取断路器对应的状态监测量；
S12：根据所述状态监测量实时计算每次分合操作的特征值，并确定所述特征值的可接受范围，作为当前断路器该特征量的判断阈值；
S13：记录所述判断阈值；
断路器状态在线监测步骤：
S21：断路器工作状态下，实时采集运行过程中的状态量数据；
S22：根据所述状态量数据实时计算特征值，并与记录的所述判断阈值进行比较，判断当前断路器是否处于所述可接受范围并输出监测结果。
2.根据权利要求1所述的一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法，其特征在于，所述状态监测量包括断路器的机械特性状态监测量，包括如下中的一种或多种：分合闸脱扣线圈电流、储能电机驱动电流、断路器动触头动作特性。
3.根据权利要求2所述的一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法，其特征在于，当状态监测量为分合闸脱扣线圈电流和储能电机的驱动电流时，相应的特征量包括：线圈驱动电流的极值点幅值及时刻。
4.根据权利要求2所述的一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法，其特征在于，当状态监测量为断路器动触头的位移信息时，相应的特征量包括：刚分刚合速度、合闸超程。
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的一种断路器状态在线监测特征量阈值设定方法的状态监测装置，其特征在于，包括：
判断阈值设定模块：用于对断路器执行多次分合操作，获取断路器对应的状态监测量；根据所述状态监测量实时计算每次分合操作的特征值，并确定所述特征值的可接受范围，作为当前断路器该特征量的判断阈值；
非易失存储模块：用于记录所述判断阈值；
断路器状态在线监测模块：用于在断路器工作状态下，实时采集运行过程中的状态量数据；根据所述状态量数据实时计算特征值，并与记录的所述判断阈值进行比较，判断当前断路器是否处于所述可接受范围并输出监测结果。
6.根据权利要求5所述的状态监测装置，其特征在于，还包括模式设置模块，用于设置特征量正常值采样模式和正常运行模式；所述判断阈值设定模块工作在特征量正常值采样模式下，所述断路器状态在线监测模块工作在正常运行模式下。
7.根据权利要求6所述的状态监测装置，其特征在于，所述模式设置模块采用硬件或软件设置方式执行模式切换操作；所述硬件设置方式包括：硬件拨码开关或短接插针方式；所述软件设置方式包括：模式设置模块连接上位机，所述上位机配置工具软件设置功能码，并生成控制指令下发至所述模式设置模块的方式。
8.一种状态监测系统，其特征在于，包括状态传感器和权利要求5所述的状态监测装置；所述状态传感器与所述状态监测装置连接，用于布置在断路器上，采集断路器的状态监测量和状态量数据，并分别发送至所述判断阈值设定模块和所述断路器状态在线监测模块。
9.根据权利要求8所述的状态监测系统，其特征在于，所述状态传感器包括霍尔电流传感器，用于监测断路器操作机构的分合闸脱扣线圈电流和储能电机的驱动电流，作为状态监测量和状态量数据。
10.根据权利要求8所述的状态监测系统，其特征在于，所述状态传感器包括位移传感器或角度传感器，用于监测并换算断路器动触头的位移信息，作为状态监测量和状态量数据。
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