本發(fā)明屬于配電自動化以及配電斷路器狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，具體是一種配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測評估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

配網(wǎng)斷路器作為絕緣和滅弧裝置是開關(guān)電器中最為關(guān)鍵的一種電氣設(shè)備。正常運(yùn)行時，用來進(jìn)行倒換運(yùn)行方式，根據(jù)需要把設(shè)備或線路接入電路或使其退出運(yùn)行，當(dāng)設(shè)備或線路發(fā)生故障時又能快速切除，保證其他部分安全正常運(yùn)行。它在配網(wǎng)中起著控制和保護(hù)的雙重作用，其工作狀態(tài)直接影響電力系統(tǒng)的安全和可靠性。

斷路器的可靠性在很大程度上取決于其機(jī)械操動系統(tǒng)的可靠性。我國對高壓開關(guān)事故統(tǒng)計(jì)分析表明，斷路器的故障中，機(jī)械故障(包括操動機(jī)構(gòu)和控制回路)占全體故障的80％以上，其它滅弧、絕緣故障占有較小的比例，發(fā)熱故障比例更低。斷路器由于機(jī)械原因所造成的事故無論是在次數(shù)，還是在事故所造成的停電時間上都占據(jù)總量60％以上。因此對斷路器的機(jī)械特性進(jìn)行監(jiān)測及診斷十分重要。

當(dāng)前配網(wǎng)進(jìn)入自動化、智能化發(fā)展新時代。配電自動化的快速發(fā)展為配網(wǎng)運(yùn)維檢修和設(shè)備狀態(tài)管控提供了新的途徑。配電自動化終端中的“遙信”、“遙測”功能在一定程度上實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)的分布式監(jiān)測，因此，在配電自動化終端的基本功能上進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)斷路器的分布式在線監(jiān)測是一種新的發(fā)展思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種基于配電自動化的配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測評估方法及系統(tǒng)，充分利用配電自動化終端的基本功能，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)斷路器機(jī)械性能監(jiān)測，能有效的拓展配電自動化在配網(wǎng)運(yùn)維方面的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測評估方法，包括以下步驟：

在斷路器分合閘線圈回路中接入霍爾電流傳感器，監(jiān)測斷路器分合閘線圈電流信息，并通過串口接入配電自動化終端；

配電自動化終端采集基本監(jiān)測量：終端遙測電流量以及遙信量；

配電自動化終端的通信模塊采用配電自動化終端通信通道將終端遙測電流量、遙信量以及分合閘線圈電流信息匯集后通過統(tǒng)一通信協(xié)議上傳；

上傳的終端遙測電流量、遙信量以及分合閘線圈電流信息匯總至配電自動化主站進(jìn)行監(jiān)測信息評估；

配電自動化主站進(jìn)行監(jiān)測信息評估包括配電斷路器機(jī)械特性分析評估、配電斷路器觸頭電壽命評估以及對斷路器狀態(tài)分級測評給出檢修策略。

所述配電自動化主站進(jìn)行監(jiān)測信息評估包括以下步驟：

當(dāng)遙信量發(fā)生改變時，斷路器機(jī)械特性分析評估程序開始啟動；

采用智能模式匹配算法，對采集的分合閘線圈電流信息進(jìn)行分析，評估電磁鐵鐵芯機(jī)構(gòu)有無卡澀、變形、脫扣失靈現(xiàn)象；評估配電斷路器操動機(jī)構(gòu)的傳動部分的運(yùn)動情況；評估斷路器的部分機(jī)械缺陷類型和發(fā)展趨勢；

利用分合閘線圈電流、遙測電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算斷路器分、合閘時間，基于開斷電流及分合閘時間，從遙測電流中分析提取開斷電流，利用加權(quán)評估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況，評估斷路器觸頭電壽命；

依據(jù)上述評估結(jié)果，對斷路器狀態(tài)進(jìn)行分級測評，并給出運(yùn)檢策略。

所述智能模式匹配算法具體步驟如下：

建立分合閘線圈波形庫，包括每一型號斷路器正常情況波形庫，被測斷路器歷史波形庫，以及各種缺陷波形庫；

對采集的斷路器分合閘線圈電流波形信息進(jìn)行預(yù)處理；

對采集的斷路器分合閘線圈電流波形信息進(jìn)行特征提取與選擇；

特征曲線生成以及特征匹配與對比分析，通過將被測波形與正常波形、歷史波形的差異度進(jìn)行量化，評估斷路器機(jī)械狀態(tài)，通過與缺陷波形特征進(jìn)行匹配評估機(jī)械缺陷及原因。

所述利用加權(quán)評估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損情況，評估斷路器觸頭電壽命的具體步驟如下：

監(jiān)測配電斷路器分合閘線圈開斷電流開斷次數(shù)，燃弧時間參數(shù)；

利用分合閘線圈電流信息、遙測電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算斷路器分、合閘時間；

基于開斷電流及分合閘時間，從遙測電流中分析提取開斷電流，利用加權(quán)評估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況；

通過斷路器觸頭電磨損量情況評估觸頭電壽命，預(yù)測觸頭的剩余壽命。

所述計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況的公式如下：

其中Q為觸頭的電磨損量，I_i為第i次開斷電流，t_i為第i次開斷燃弧時間；t_i通過分合閘線圈電流、遙測電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算獲得。

所述霍爾電流傳感器監(jiān)測的斷路器分合閘線圈電流信息經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后通過串口接入配電自動化終端。

一種配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測評估系統(tǒng)，包括設(shè)置在配電自動化終端的監(jiān)測裝置、配電自動化終端通信通道以及配電自動化主站，

所述監(jiān)測裝置包括接入斷路器分合閘線圈回路中的霍爾電流傳感器、配電自動化終端遙測模塊和遙信模塊，霍爾電流傳感器用于監(jiān)測斷路器分合閘線圈電流信息并將其通過串口傳輸?shù)脚潆娮詣踊K端，配電自動化終端遙測模塊用于采集終端遙測電流量，遙信模塊用于采集配電自動化終端的遙信量；

所述配電自動化終端通信通道包括信息匯集模塊以及光纖或無線通信模塊，信息匯集模塊用于將斷路器分合閘線圈電流信息、遙測電流量和遙信量進(jìn)行匯總，光纖或無線通信模塊用于將信息匯集模塊匯總后的監(jiān)測信息利用統(tǒng)一通信協(xié)議上傳至配電自動化主站；

所述配電自動化主站用于對匯總后的監(jiān)測信息進(jìn)行分析處理，給出配電斷路器機(jī)械特性評估結(jié)果以及運(yùn)檢策略。

所述霍爾電流傳感器上連接A/D轉(zhuǎn)換器，用于將采集的斷路器分合閘線圈電流信息模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號便于通過串口傳輸。

本發(fā)明的技術(shù)效果：本發(fā)明充分利用配電自動化終端的基本功能，通過在配電斷路器中安裝簡單的霍爾電流傳感器，并結(jié)合自動化終端通訊通道、遙測、遙信量，實(shí)現(xiàn)配電斷路器機(jī)械性能的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測評估，提高設(shè)備檢修的針對性，有效拓展配電自動化在配網(wǎng)運(yùn)維方面的應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測評估方法流程示意圖；

圖2是本發(fā)明配電自動化主站進(jìn)行監(jiān)測信息評估流程示意圖；

圖3是本發(fā)明智能模式匹配算法流程示意圖；

圖4是本發(fā)明評估斷路器觸頭電壽命流程示意圖；

圖5是本發(fā)明監(jiān)測評估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號分別表示：1-配電自動化終端，2-斷路器分合閘線圈回路，3-霍爾電流傳感器，4-串口，5-信息匯集模塊，6-光纖或無線通信模塊，7-配電自動化主站。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明：

如圖1所示，一種配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測評估方法，包括以下步驟：

S1.在斷路器分合閘線圈回路中接入霍爾電流傳感器，監(jiān)測斷路器分合閘線圈電流信息，并通過串口接入配電自動化終端；

S2.配電自動化終端采集基本監(jiān)測量：終端遙測電流量以及遙信量；

S3.配電自動化終端的通信模塊采用配電自動化終端通信通道將終端遙測電流量、遙信量以及分合閘線圈電流信息匯集后通過統(tǒng)一通信協(xié)議上傳；

S4.上傳的終端遙測電流量、遙信量以及分合閘線圈電流信息匯總至配電自動化主站進(jìn)行監(jiān)測信息評估；

S5.配電自動化主站進(jìn)行監(jiān)測信息評估包括配電斷路器機(jī)械特性分析評估、配電斷路器觸頭電壽命評估以及對斷路器狀態(tài)分級測評給出檢修策略。

如圖2所示，所述配電自動化主站進(jìn)行監(jiān)測信息評估包括以下步驟：

S10.當(dāng)遙信量發(fā)生改變時，斷路器機(jī)械特性分析評估程序開始啟動；

S20.采用智能模式匹配算法，對采集的分合閘線圈電流信息進(jìn)行分析，評估電磁鐵鐵芯機(jī)構(gòu)有無卡澀、變形、脫扣失靈現(xiàn)象；評估配電斷路器操動機(jī)構(gòu)的傳動部分的運(yùn)動情況；評估斷路器的部分機(jī)械缺陷類型和發(fā)展趨勢；

S30.利用分合閘線圈電流、遙測電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算斷路器分、合閘時間，基于開斷電流及分合閘時間，從遙測電流中分析提取開斷電流，利用加權(quán)評估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況，評估斷路器觸頭電壽命；

S40.依據(jù)上述評估結(jié)果，對斷路器狀態(tài)進(jìn)行分級測評，并給出運(yùn)檢策略。

如圖3所示，所述智能模式匹配算法具體步驟如下：

S100.建立分合閘線圈波形庫，包括每一型號斷路器正常情況波形庫，被測斷路器歷史波形庫，以及各種缺陷波形庫；

S200.對采集的斷路器分合閘線圈電流波形信息進(jìn)行預(yù)處理；

S300.對采集的斷路器分合閘線圈電流波形信息進(jìn)行特征提取與選擇；

S400.特征曲線生成以及特征匹配與對比分析，通過將被測波形與正常波形、歷史波形的差異度進(jìn)行量化，評估斷路器機(jī)械狀態(tài)，通過與缺陷波形特征進(jìn)行匹配評估機(jī)械缺陷及原因。

如圖4所示，所述利用加權(quán)評估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損情況，評估斷路器觸頭電壽命的具體步驟如下：

S01.監(jiān)測配電斷路器分合閘線圈開斷電流開斷次數(shù)，燃弧時間參數(shù)；

S02.利用分合閘線圈電流信息、遙測電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算斷路器分、合閘時間；

S03.基于開斷電流及分合閘時間，從遙測電流中分析提取開斷電流，利用加權(quán)評估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況；

S04.通過斷路器觸頭電磨損量情況評估觸頭電壽命，預(yù)測觸頭的剩余壽命。

所述計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況的公式如下：

其中Q為觸頭的電磨損量，I_i為第i次開斷電流，t_i為第i次開斷燃弧時間；t_i通過分合閘線圈電流、遙測電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算獲得。

所述霍爾電流傳感器監(jiān)測的斷路器分合閘線圈電流信息經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后通過串口接入配電自動化終端。

如圖5所示，一種配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測評估系統(tǒng)，包括設(shè)置在配電自動化終端1的監(jiān)測裝置、配電自動化終端通信通道以及配電自動化主站7，

所述監(jiān)測裝置包括接入斷路器分合閘線圈回路2中的霍爾電流傳感器3、配電自動化終端遙測模塊和遙信模塊，霍爾電流傳感器2用于監(jiān)測斷路器分合閘線圈電流信息并將其通過串口4傳輸?shù)脚潆娮詣踊K端的信息匯集模塊5，配電自動化終端遙測模塊用于采集終端遙測電流量，遙信模塊用于采集配電自動化終端的遙信量；

所述配電自動化終端通信通道包括信息匯集模塊5以及光纖或無線通信模塊6，信息匯集模塊5用于將斷路器分合閘線圈電流信息、遙測電流量和遙信量進(jìn)行匯總，光纖或無線通信模塊6用于將信息匯集模塊匯總后的監(jiān)測信息利用統(tǒng)一通信協(xié)議上傳至配電自動化主站7；

所述配電自動化主站7用于對匯總后的監(jiān)測信息進(jìn)行分析處理，給出配電斷路器機(jī)械特性評估結(jié)果以及運(yùn)檢策略。

所述霍爾電流傳感器3上連接A/D轉(zhuǎn)換器，用于將采集的斷路器分合閘線圈電流信息模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號便于通過串口傳輸。

本發(fā)明充分利用配電自動化終端的基本功能，通過在配電斷路器中安裝簡單的霍爾電流傳感器，并結(jié)合自動化終端通訊通道、遙測、遙信量，實(shí)現(xiàn)配電斷路器機(jī)械性能的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，提高設(shè)備檢修的針對性，有效拓展配電自動化在配網(wǎng)運(yùn)維方面的應(yīng)用。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。