基于合闸压力曲线的断路器刚合点检测方法及系统与流程

本发明涉及断路器监测领域，特别是一种基于合闸压力曲线检测断路器刚合点的方法及系统。

背景技术：

断路器是实现电力系统有效控制的关键设备，一旦发生故障将带来严重后果，以往对断路器检修存在很大的盲目性，而且频繁拆卸可能会降低断路器动作的可靠性，有效运用断路器对保护电网的安全性和稳定性具有重要意义。因此，及时了解断路器工作状态，提早发现出现问题的部位，提高检修针对性，避免不必要的停电损失。得到有效监测机械特性参数的关键在于刚合时刻的确定，但现有的检测方法中使用单一传感器，容易产生干扰偏差，同时现有的检测方法存在数据处理结果不精确的问题，若对数据的处理方式不当，将导致曲线数据分析时，得出的实际刚合点定位不准确，大小与实际值偏差较大，以致无法准确判断断路器状态，最终电力系统不能及时对故障进行监测，系统控制不稳定。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供基于合闸压力曲线的断路器刚合点检测方法，用于解决断路器因刚合点确定不准确导致断路器工作状态判定不准确的问题。同时，本发明还提供了一种基于合闸压力曲线的断路器刚合点检测系统。

为解决上述问题，本发明利用基于合闸压力曲线的断路器刚合点检测方法，包括如下步骤：

1)获取合闸过程中的压力-时间曲线和位移-时间曲线；

2)找取压力-时间曲线的最大值位置，且在压力-时间曲线上选取一滞后于最大值位置的定点；

3)计算最大值位置之前数据的概率值，找取最大概率值所对应的数值，根据最大概率值所对应的数值求取直线L1；

4)经过定点作直线L0，直线L0与直线L1相交于点B，且与压力-时间曲线无交点，交点B处于定点左侧，由交点B与定点两点确定直线L2，将交点B向左平移，直到直线L2与压力-时间曲线产生交点P_c，则停止直线L2的移动，记录交点P_c所对应的时刻t_c；

5)找到时刻t_c在位移-时间曲线上对应的相关点，求取实际刚合点。

进一步的，步骤2)中压力-时间曲线上的定点选取于滞后最大值位置时刻5ms所对应的点。

进一步的，步骤2)中找取压力-时间曲线的中点，相应的步骤4)中交点B的初始位置为过中点作直线L1垂线的垂足。

进一步的，步骤5)中将在位移-时间曲线上获取的相关点进行减去设定时间的补偿处理，得到断路器的实际刚合点。

本发明还提出基于合闸压力曲线的断路器刚合点检测系统，该系统包括如下模块：

1)用于获取合闸过程中的压力-时间曲线和位移-时间曲线的模块；

2)用于求取压力-时间曲线的最大值位置，且在压力-时间曲线上选取一滞后于最大值位置的定点的模块；

3)用于计算最大值位置之前数据的概率值，找取最大概率值所对应的数值，根据最大概率值所对应的数值求取直线L1的模块；

4)用于经过定点作直线L0，直线L0与直线L1相交于点B，且与压力-时间曲线无交点，交点B处于定点左侧，由交点B与定点两点确定直线L2，将交点B向左平移，直到直线L2与压力-时间曲线产生交点P_c，则停止直线L2的移动，记录交点P_c所对应的时刻t_c的模块；

5)用于找到时刻t_c在位移-时间曲线上对应的相关点，求取实际刚合点的模块。

进一步的，模块2)中合闸压力-时间曲线上的定点选取于滞后最大值位置时刻5ms所对应的点。

进一步的，模块2)中找取压力-时间曲线的中点，相应的模块4)中交点B的初始位置为过中点作直线L1垂线的垂足。

进一步的，模块5)中将在位移-时间曲线上获取的相关点进行减去设定时间的补偿处理，得到断路器的实际刚合点。

本发明提出的断路器刚合点检测方法，是一种精确且简便求取刚合点的方法，该方法不仅能够保证计算结果科学性，而且有效提高计算的精准度，避免位移传感器出现噪声污染不可计算的问题。再者监测断路器的工作状态是一个需要精准判定的过程，综合断路器的压力-时间曲线和位移-时间曲线进行分析，得到准确的刚合点位置，使得断路器能够准确判断曲线异常值，预警故障，同时，该方法的运用并不局限于某种断路器型号，具有普遍适用性。

本发明中定点的选取关系到计算方法的有效性和计算结果的准确性，定点选取为滞后最大值位置时刻5ms所对应的点，能够快速有效地得出计算结果。

本发明为进一步简化计算的过程，提出找取压力-时间曲线的中点来界定移动点的初始位置的改进方法，使得分析过程更简便，计算效率更高。

本发明对位移-时间曲线上得到的相关点做了进一步时间补偿处理-减去一设定时间，补偿后得到的实际刚合点更逼近实际值，为后续断路器故障判断提供了可靠的依据，从而使得断路器工作状态的监测结果更准确。

本发明还提出了断路器刚合点检测系统，采用多个传感器采集信号得出信号曲线，运用断路器刚合点检测方法综合分析曲线，精确地求取断路器的刚合点，从而为监测断路器工作状态提供准确判据，及时发现异常值，预警故障。

附图说明

图1为真空断路器状态监测系统示意图；

图2为合闸压力曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

图1所示为真空断路器状态监测系统，该监测系统可以实现在线或非在线监测。该系统包括断路器、真空断路器在线状态监测装置、通讯单元、显示单元、存储单元、报警单元，其中断路器包括用于采集信号的霍尔传感器、压力传感器、位移传感器和无线测温模块。通过A/D转换电路将传感器采集的模拟信号转换成数字信号，通过监测装置进行处理，将采集得到的数据显示、存储和计算，并对计算的特征值与存储的历史数据对比，超出阈值或出现异常值则进行报警。

该技术方案的基本方法步骤为：

步骤一、获取合闸过程中的压力-时间曲线和位移-时间曲线；

步骤二、求取压力-时间曲线的最大值位置，且在压力-时间曲线上选取一滞后于最大值位置的定点；

步骤三、计算最大值位置之前数据的概率值，找取最大概率值所对应的数值，根据最大概率值所对应的数值求取直线L1；

步骤四、经过定点作直线L0，直线L0与直线L1相交于点B，且与压力-时间曲线无交点，交点B处于定点左侧，由交点B与定点两点确定直线L2，将交点B向左平移，直到直线L2与压力-时间曲线产生交点P_c，则停止直线L2的移动，记录交点P_c所对应的时刻t_c；

步骤五、找到时刻t_c在位移-时间曲线上对应的相关点，求取实际刚合点。

上述各步骤的详细过程介绍如下：

步骤一、利用两个传感器采集合闸断路器的压力信号和位移信号，由显示单元得出合闸过程中的压力-时间曲线和位移-时间曲线。本实施例中采用压力传感器采集压力信号，采用位移传感器采集位移信号，作为其他实施方案，压力信号和位移信号的采集还会采用其他相应的的模拟信号采集器。

步骤二、如图2所示的压力-时间曲线中，对整个压力-时间曲线上的数据P{p_i,i＝1,2,...,t}进行处理，求得压力-时间曲线上的最大值位置M，在压力-时间曲线上依据最大位置M选取一定点A，且定点A滞后于最大值位置M一定时间。

数据处理的方法有多种，本实施例采用的是平滑滤波法进行数据的处理。

对于选取的定点A的位置不能离最大值位置M太近，也不能离得太远。若定点A选取的太近，则可能会导致压力-时间曲线稳定上升段的数值被误定为满足终止条件的交点，而实际满足条件的交点是压力-时间曲线上平稳上升前的转折点；若定点A选取的太远，则可能导致找到的满足终止条件的交点在实际满足条件的交点之前。本实施例在基于大量的实验验证的基础上，选取定点A为滞后最大值位置M时刻5ms所对应的点。

步骤三、对压力-时间曲线上的数据段P1{p₁～p_M}计算概率密度，找取概率最大值所对应的数值p_n′(p_n′∈P1)，然后求直线L1。本实施例求取直线L1的方法是直接作直线L1:y＝b₁＝p_n′(0＜t＜t_M)，作为其他实施方案，可以采用直线拟合法进一步求取直线L1的表达式。

步骤四、经过定点A作直线L0，直线L0与直线L1相交于点B，但直线L0与压力-时间曲线无交点，且交点B处于定点A左侧，由交点B与定点A两点确定直线L2:y＝kt+b₂(t_B＜t＜t_A)，将交点B向左平移，直到直线L2与压力-时间曲线产生交点P_c，即P_c≤L2(t_B＜t＜t_A)，则停止直线L2的移动，找取最小压力值P_c，即min(P_c)(t_B＜t_p＜t_A)，记录最小压力值P_c所对应的时刻为t_c。

本实施例中提出一种更简便的计算方法，在步骤二中经数据处理得到最大值位置的同时，求取压力-时间曲线数值的中点K，过中点K向直线L1作垂线，得到与直线L1的交点即垂足，设定垂足为直线L1上的移动点B的初始位置，即0＜t_B＜t_K。过定点A和移动点B两点作直线L2:y＝kt+b₂(t_B＜t＜t_K)，随着点B向左平移，直线的斜率也不断发生变化，直到直线L2与压力-时间曲线产生交点P_c，即P_c≤L2(t_B＜t＜t_K)，则停止直线L2的移动，找取最小压力值P_c，即min(P_c)(t_B＜t_p＜t_K)，记录最小压力值P_c所对应的时刻为t_c。

步骤五、根据时刻t_c在位移-时间曲线上找取相关点S_c。

合闸压力-时间曲线转折持续上升的转折点与真空灭弧室内动触头发生弹跳结束上升时刻相关，滞后于动静触头接触刚发生弹跳时刻。本实施例采用减去一个设定时间的补偿处理方式，即对位移-时间曲线上的相关点补偿一个时间差得到实际刚合点。经过大量实验及理论分析，得出此补偿值一般在0ms～2ms之间，并可预先设定。

本发明实施例还提供了基于合闸压力曲线的断路器刚合点检测系统，该系统包括如下模块：

1)用于获取合闸过程中的压力-时间曲线和位移-时间曲线的模块；

2)用于求取压力-时间曲线的最大值位置，且在压力-时间曲线上选取一滞后于最大值位置的定点的模块；

3)用于计算最大值位置之前数据的概率值，找取最大概率值所对应的数值，根据最大概率值所对应的数值求取直线L1的模块；

4)用于经过定点作直线L0，直线L0与直线L1相交于点B，且与压力-时间曲线无交点，交点B处于定点左侧，由交点B与定点两点确定直线L2，将交点B向左平移，直到直线L2与压力-时间曲线产生交点P_c，则停止直线L2的移动，记录交点P_c所对应的时刻t_c的模块；

5)用于找到时刻t_c在位移-时间曲线上对应的相关点，求取实际刚合点的模块。

将得到的实际刚合点与设定的阈值比较，若超出设定的阈值偏差范围，则进行故障报警。

保存历史数据，将最后一次动作计算的数值与最近若干次动作数据进行统计分析，对异常的刚合点数值通过显示屏显示预警信息，且进一步修正阈值，利于以后对系统故障的精确判断。

上述模块是系统中为实现该方法的各步骤所建立的功能模块，实际上是一种根据以上基于合闸压力曲线的断路器刚合点检测的方法进行编程，与方法步骤对应的软件进程，用于控制器中。因此，对于各个模块，下面不再进行详细介绍。