基于iec61850的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置的校驗(yàn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高壓變電設(shè)備開關(guān)機(jī)械特性狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)及方法，具 體講涉及一種基于IEC61850的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置的校驗(yàn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓開關(guān)設(shè)備是電力系統(tǒng)中重要的控制和保護(hù)設(shè)備，高壓開關(guān)設(shè)備中斷路器的任 務(wù)是根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要把電力設(shè)備或線路投入或退出運(yùn)行，或者將發(fā)生故障的電力設(shè)備 或線路從電網(wǎng)中快速切除，以保證電網(wǎng)中無故障部分正常運(yùn)行。因此，一旦高壓開關(guān)設(shè)備本 身出現(xiàn)故障，就可能造成電力系統(tǒng)更大的各章，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成巨大損失。
[0003] 高壓開關(guān)設(shè)備的各種類型故障缺陷中，絕緣缺陷37. 3%、拒分20. 6%、外力及其 他10. 6%、開斷與關(guān)合10. 0%、再留8. 9%、誤動(dòng)7. 1 %、拒合5. 6%?？梢姍C(jī)械故障和絕緣 故障是高壓開關(guān)設(shè)備故障的主要原因。操作機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)的故障以及電氣控制以及電氣 控制及輔助回路的故障時(shí)造成拒分、拒合和誤動(dòng)故障的主要原因。開關(guān)柜內(nèi)環(huán)境惡劣、絕緣 材料和器件選擇不當(dāng)是絕緣故障的主要原因。
[0004] 對高壓開關(guān)設(shè)備開展機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的缺陷和隱患，及早對 故障進(jìn)行排查，減小不必要的停電和損失，保障電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，提高供電可靠性。
[0005] 傳統(tǒng)的開關(guān)機(jī)械特性測試儀需要在停電狀態(tài)下進(jìn)行，通過外施低壓信號，在開關(guān) 分合閘過程中，獲取開關(guān)設(shè)備的分合閘斷點(diǎn)，計(jì)算出分合閘時(shí)間，并與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行對比， 進(jìn)而判斷開關(guān)機(jī)械狀態(tài)特性。
[0006] 隨著狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，目前已有開關(guān)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測裝置和智能監(jiān)測IED，通過 對分合閘線圈電壓電流監(jiān)測，間接獲取彈簧操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性。開關(guān)設(shè)備機(jī)械特性監(jiān)測 裝置的監(jiān)測對象主要包括分合閘線圈電壓電流、儲能機(jī)構(gòu)電壓電流、斷路器觸頭行程溫度、 操作箱和環(huán)境溫度等。開關(guān)機(jī)械特性監(jiān)測裝置利用多種手段，獲取斷路器操作過程中的狀 態(tài)信息，并與標(biāo)準(zhǔn)波形進(jìn)行比對分析，對開關(guān)設(shè)備操作機(jī)構(gòu)機(jī)械狀態(tài)和故障缺陷進(jìn)行診斷。
[0007] 電磁鐵是高壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的重要元件之一，高壓斷路器一般都是以電磁鐵作 為第一級控制元件，當(dāng)線圈中通過電流時(shí)，在電磁鐵內(nèi)產(chǎn)生磁通，鐵心受電磁力作用吸合， 是斷路器合閘或分閘。線圈電流波形可以反映電磁鐵本身以及所控制的鎖閂或閥門以及聯(lián) 鎖觸頭在操作過程中的工作情況。
[0008] 斷路器觸頭的行程監(jiān)測是可以通過在機(jī)構(gòu)箱的操作壁上安裝位移傳感器來實(shí)現(xiàn)。 位移傳感器根據(jù)其測量方式分為直線位移傳感器和角度編碼器，直線位移傳感器按照原理 又可以分為激光位移傳感器、電阻位移傳感器等。通過監(jiān)測斷路器在分合閘過程中觸頭的 動(dòng)作行程曲線，可以判斷操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)的狀況。
[0009] 目前，在電力行業(yè)內(nèi)部，針對開關(guān)設(shè)備的機(jī)械特性測試儀和機(jī)械特性監(jiān)測裝置廠 家眾多，各類裝置的研發(fā)和制造水平良莠不齊。尤其是隨著智能變電站建設(shè)，大量開關(guān)機(jī)械 特性智能組件投入使用。但是基于IEC61850通信系統(tǒng)，針對裝置的檢測技術(shù)和手段尚不完 備，這給開關(guān)設(shè)備機(jī)械特性的測試效果造成了很大影響，影響了對開關(guān)設(shè)備機(jī)械狀態(tài)判斷 的準(zhǔn)確性。
[0010] 針對開關(guān)機(jī)械特性測試裝置的技術(shù)特點(diǎn)和要求，開展檢測技術(shù)研宄，建立符合電 力行業(yè)需求的測試方法和校驗(yàn)系統(tǒng)，對于規(guī)范裝置的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，保證裝置的入網(wǎng)質(zhì)量， 確保裝置安全可靠運(yùn)行，指導(dǎo)裝置的檢驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用，提高裝置的應(yīng)用效果，都具有重要意 義和價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于IEC61850的開關(guān)機(jī)械特性測 試裝置的校驗(yàn)系統(tǒng)及方法，開關(guān)機(jī)械特性測試裝置在生產(chǎn)、驗(yàn)收、使用中缺乏行之有效的檢 測校驗(yàn)手段，本發(fā)明基于IEC61850通信系統(tǒng)，提供了一種針對開關(guān)機(jī)械特性測試裝置的校 驗(yàn)系統(tǒng)和測試方法，可以進(jìn)行電流精度試驗(yàn)、機(jī)構(gòu)箱溫度試驗(yàn)、儲能介質(zhì)壓力試驗(yàn)、分合閘 時(shí)間試驗(yàn)、對時(shí)功能試驗(yàn)、診斷分析功能試驗(yàn)、重復(fù)性試驗(yàn)，對開關(guān)機(jī)械特性測試裝置的技 術(shù)參數(shù)進(jìn)行考核。
[0012] 實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為：
[0013] 一種基于IEC61850的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置的校驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括綜合測試 單元、開關(guān)機(jī)械狀態(tài)模擬單元、標(biāo)準(zhǔn)測量裝置；綜合測試單元通過IEC61850網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 的測試流程控制、通信功能控制和對被測裝置試驗(yàn)結(jié)果的綜合分析；開關(guān)機(jī)械狀態(tài)模擬單 元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模擬量輸出和開關(guān)量輸出，模擬開關(guān)設(shè)備的各狀態(tài)量；標(biāo)準(zhǔn)測量裝置實(shí)現(xiàn)對 所述狀態(tài)量的測量，并作為被測裝置的比對參考。
[0014] -種基于所述校驗(yàn)系統(tǒng)的校驗(yàn)方法，該方法包括：電流精度試驗(yàn)、機(jī)構(gòu)箱溫度試 驗(yàn)、儲能介質(zhì)壓力試驗(yàn)、分合閘時(shí)間試驗(yàn)、對時(shí)功能試驗(yàn)、診斷分析功能試驗(yàn)和重復(fù)性試驗(yàn)。
[0015] 電流精度試驗(yàn)將被測裝置接連到開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的電流輸 出端口；開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)出一組電流信號，分別模擬主分閘回路電流、副 分閘回路電流、合閘回路電流、儲能回路電流、主回路電流；通過IEC61850通信端口讀取被 測裝置的電流測試結(jié)果，并將該結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)測量裝置的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，按式（1) 計(jì)算被測裝置的電流精度：
[0016] 電流精度=(被測裝置結(jié)果-標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果）/標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果（1)
[0017] 機(jī)構(gòu)箱溫度試驗(yàn)將被測裝置接連到開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的PT100 模擬信號輸出端口；開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)出一組PT100模擬信號，用以模擬 機(jī)構(gòu)箱溫度傳感器的輸出；通過IEC61850通信端口讀取被測裝置的溫度測試結(jié)果，并將該 結(jié)果與PT100的電阻模擬值進(jìn)行比較分析，按式（2)計(jì)算被測裝置的溫度試驗(yàn)結(jié)果：
[0018] 溫度試驗(yàn)結(jié)果=(被測裝置結(jié)果-電阻模擬值）/電阻模擬值 （2)
[0019] 儲能介質(zhì)壓力試驗(yàn)將被測裝置接連到開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的 4-20mA壓力模擬信號輸出端口；開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)出一組4-20mA電流模 擬信號，用以模擬儲能介質(zhì)壓力傳感器的輸出；通過IEC61850通信端口讀取被測裝置的壓 力測試結(jié)果，并將該結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)測量裝置的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，按式（3)計(jì)算被測裝 置的壓力試驗(yàn)結(jié)果：
[0020] 壓力試驗(yàn)結(jié)果=(被測裝置結(jié)果-標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果）/標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果（3)
[0021] 分合閘時(shí)間試驗(yàn)將被測裝置所需的監(jiān)測和測量端口接連到開關(guān)機(jī)械特性測試裝 置校驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的模擬輸出端口；開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置好開關(guān)正常分合過 程中各狀態(tài)量的信號輸出波形，由校驗(yàn)系統(tǒng)模擬產(chǎn)生1組開關(guān)分合過程；通過IEC61850通 信端口讀取被測裝置的分閘時(shí)間、合閘時(shí)間、開斷時(shí)間、關(guān)合時(shí)間測試結(jié)果，并將該結(jié)果與 分合閘時(shí)間的模擬輸出值進(jìn)行比較分析，按式（4)計(jì)算被測裝置的壓力試驗(yàn)結(jié)果：
[0022] 試驗(yàn)結(jié)果=(被測裝置結(jié)果_模擬值）/模擬值 （4)
[0023] 對時(shí)功能試驗(yàn)將被測裝置通過IRGB(RS485)網(wǎng)絡(luò)接連到開關(guān)機(jī)械特性測試裝置 校驗(yàn)系統(tǒng)的相應(yīng)通信端口；開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置好與被測裝置間的對時(shí)信 息，通過后臺軟件配置修改B碼時(shí)間；通過IEC61850通信端口讀取被測裝置的系統(tǒng)時(shí)間，并 將該結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)測量裝置讀取的系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行比較分析，按式（5)計(jì)算被測裝置的壓力試 驗(yàn)結(jié)果：
[0024] 對時(shí)試驗(yàn)結(jié)果=被測裝置時(shí)間-標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 （5)
[0025] 診斷分析功能試驗(yàn)將被測裝置所需的監(jiān)測端口接連到開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校 驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的模擬輸出端口；開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置好開關(guān)故障分合過程中 各狀態(tài)量的信號輸出波形，包括機(jī)構(gòu)卡澀、機(jī)構(gòu)卡死等，由校驗(yàn)系統(tǒng)模擬產(chǎn)生1組開關(guān)故障 分合過程；通過IEC61850通信端口讀取被測裝置對分合閘過程的診斷分析結(jié)果，并對結(jié)果 進(jìn)行判斷。
[0026] 重復(fù)性試驗(yàn)將被測裝置所需的監(jiān)測端口接連到開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng) 相應(yīng)的模擬輸出端口；開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置好開關(guān)分合過程中各狀態(tài)量的 信號輸出波形，由校驗(yàn)系統(tǒng)模擬產(chǎn)生6組開關(guān)分合過程；通過IEC61850通信端口讀取被測 裝置對各組分合閘過程的測試結(jié)果，并將該結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)測量裝置讀取的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比較 分析，按式（6)計(jì)算被測裝置的重復(fù)性：
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0029] 本發(fā)明基于IEC61850網(wǎng)絡(luò)建立被測裝置與校驗(yàn)系統(tǒng)之間的信息鏈路，是對開關(guān) 機(jī)械特性測試裝置從信號采集端到分析診斷再到通訊數(shù)據(jù)接口的完整測試校驗(yàn)。本發(fā)明 通過模擬信號和開關(guān)信號替代開關(guān)設(shè)備的各種狀態(tài)，具有重復(fù)性好、測試流程簡潔、可以復(fù) 現(xiàn)開關(guān)設(shè)備各種工況和故障狀態(tài)等的優(yōu)點(diǎn)，適合于電力行業(yè)內(nèi)開關(guān)機(jī)械特性測試裝置的試 驗(yàn)、功能驗(yàn)證和校驗(yàn)。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明中基于IEC61850的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)電流精度試驗(yàn) 框圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明中基于IEC61850的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)箱溫度試 驗(yàn)框圖；
[0032] 圖3為本發(fā)明中基于IEC61850的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)儲能介質(zhì)壓力 試驗(yàn)框圖；
[0033] 圖4為本發(fā)明中基于IEC61850的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)分合閘時(shí)間試 驗(yàn)框圖
[0034] 圖5為本發(fā)明中基于IEC61850的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)對時(shí)功能試驗(yàn) 框圖
[0035] 圖6為本發(fā)明中基于IEC61850的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)故障分析功能 試驗(yàn)和重復(fù)性試驗(yàn)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0037] 本發(fā)明提供了一種基于IEC61850的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置的校驗(yàn)系統(tǒng)及方法， 將被測的開關(guān)機(jī)械特性測試裝置通過IEC61850網(wǎng)絡(luò)連接到校驗(yàn)系統(tǒng)，通過校驗(yàn)系統(tǒng)輸出 各種狀態(tài)量和模擬量，并讀取被測裝置的檢測結(jié)果，以對其性能和功能進(jìn)行考核。測試項(xiàng)目 包括電流精度試驗(yàn)、機(jī)構(gòu)箱溫度試驗(yàn)、儲能介質(zhì)壓力試驗(yàn)、分合閘時(shí)間試驗(yàn)、對時(shí)功能試驗(yàn)、 診斷分析功能試驗(yàn)、重復(fù)性試驗(yàn)。
[0038] 開關(guān)機(jī)械特性測試裝置校驗(yàn)系統(tǒng)1由綜合測試單元2、開關(guān)機(jī)械狀態(tài)模擬單元3、 標(biāo)準(zhǔn)測量裝置4組成，可以實(shí)現(xiàn)對開關(guān)機(jī)械特性測試裝置的性能和功能檢測試驗(yàn)，如附圖 1~附圖6所示。
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