一种多信息融合的断路器状态监测方法和系统与流程

本发明涉及电力自动化技术领域，特别是一种多信息融合的断路器状态监测方法和系统。

背景技术：

断路器的正常运行影响着变电站整体的稳定运行，断路器设备的检修周期一般根据厂家提供的开断次数来确定。目前对一次设备的状态监测主要借助于各种传感器，随着国内智能变电站技术的深入推广，站内变压器、gis开关等一次设备状态的在线监测和维护技术日趋稳定和成熟。iec61850标准的建立使得变电站间隔层的断路器状态监测智能电子设备信息可以嵌入到符合iec61850规范的ied性能描述(icd)文件中，并通过与站控层通信完成一次设备状态信息的实时上送，从而实现状态监测设备的自动化和监测信息多样化，同时实现一次设备从定期检修到状态检修的转变。

国家电网公司2012年发布的《变电设备在线监测i1接口网络通信规范》和《变电设备在线监测i2接口网络通信规范》两个标准文件，对设备状态监测系统在变电站建模与通信以及变电站和主站之间信息交换的内容和方式进行了说明。其中，规范i1对站内各类一次设备状态监测所需的iec61850模型及服务进行了标准化；规范i2则规定了变电站侧状态接入控制端(cac)与主站侧状态接入网管机(cag)之间的数据通信协议。这两个规范的发布对国内现有状态监测技术的发展有着积极的推动作用。

因此，变电站中有以下问题值得研究：

(1)各厂家在线监测的算法各不相同，其对设备的实际监测效果有待进一步提高；

(2)配置多个在线监测ied设备不仅造成站内成本增加，还会影响到站控层网络的稳定性。在线监测、保护、测控等ied设备全部接入站控层网络，这对现有网络的稳定性存在一定的影响，如果在线监测装置与系统独立组网势必增加变电站的建设运行成本。

断路器在线监测功能的现有应用主要通过断路器智能组件来实现，一般的断路器在线监测功能主要监测sf6的微水和密度以及断路器分/合线路闸时的电流波形、分/合闸时间、行程-时间曲线和储能电机工作状态等。有些则通过对断路器的跳闸电流进行累积和判断，计算断路器的电寿命。

mms(manufacturingmessagespecification)，制造报文规范。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，对断路器跳闸时动作电流、动作次数等信息点进行融合评估，实现对断路器触头寿命的监测及预警，并通过iec61850模型将断路器的监测信息进行上送，减少站控层设备的接入数量，提高断路器状态的在线监测精度，降低变电站的运维成本。

本发明采取的技术方案具体为：一种多信息融合的断路器状态监测方法，包括：

s1，根据断路器的额定开断电流和遮断容量，确定断路器触点允许的开断次数与跳闸电流之间的关系曲线；

s2，基于s1确定的关系曲线，在每次断路器开断后，分别计算断路器该次开断造成损耗率；

s3，将断路器每次开断造成的损耗率进行累加，得到当前总损耗率；

s4，设定当前总损耗率的告警值，判断当前总损耗率是否达到告警值，若达到则生成断路器触头磨损告警数据；

s5，在iec61850模型中建立scbr逻辑节点，用于记载三相线路中各断路器的当前总损耗率和断路器触头磨损告警数据；

s6，将融合有断路器当前总损耗率和断路器触头磨损告警数据的iec61850模型数据，上送至站控层监控后台。

本发明中，断路器的额定开断电流、遮断容量皆由断路器厂商提供，可根据经验基于已知的断路器开断电流和遮断容量，进行不同跳闸电流下可分合操作次数的设定。由于合操作对断路器触头带来的损耗较小，因此本发明仅针对断路器的开断操作进行触头损耗的分析。断路器的状态监测由间隔层的保护测控装置集成断路器在线监测功能单元实现，断路器在线监测功能单元通过连接断路器辅助接点和设置互感器实现断路器状态参数的获取。本发明步骤s2至s6的实现皆由保护测控装置完成。

优选的，s1包括：

根据断路器的额定开断电流和遮断容量，设定三个跳闸电流区间[0～i1]、[i1～i2]、[i2～i3]，其中i1<i2<i3，i1为断路器最小跳闸电流，i2为中间跳闸电流，i3为最大跳闸电流；设定三个跳闸电流i1、i2、i3下断路器允许的开断次数n1、n2、n3；

将跳闸电流的log值作为横坐标，断路器允许的开断次数的log值作为纵坐标，坐标系内的三个点p1[logi1，logn1]、p2[logi2，logn2]、p2[logi3，logn3]作为描述断路器触点允许的开断次数与跳闸电流之间关系曲线的点，连接点p1、p2、p3，即形成断路器触点允许的开断次数与跳闸电流之间的关系曲线。

优选的，s1中，三个跳闸电流i1、i2、i3下断路器允许的开断次数n1、n2、n3的大小关系为：n1<n2<n3。即跳闸电流越大，相应的开断带来的触头损耗也越大，断路器的可操作次数也就越少。具体可根据经验设置。其中[0～i1]区间内，n为固定值，即跳闸电流小于i1时，断路器每次开断带来的触头损耗相同；i大于i3时，n为1，即当开断电流大于i3时，断路器开断一次后的当前总损耗率即达到100％，此时应当告警。

s1中三个跳闸电流i1、i2、i3，及其下断路器允许的开断次数n1、n2、n3，均为可整定值，由用户通过间隔层保护测控装置的人机交互界面进行设定。

s2中，每次断路器开断对应的断路器损耗率w(i)为：

w(i)＝k/i^α

其中，w(i)最大为100％，i表示断路器跳闸电流值，k表示跳闸电流i对应的关系曲线增益系数，α表示跳闸电流i对应的关系曲线斜率。

则对于p1与p2点之间的关系曲线段：

k1＝i1^α/n1

若某次开断时的跳闸电流i对应p1与p2点连接的关系曲线线段，则此次开断造成的断路器损耗率为：

w(i)＝k1/i^α1

同理可推跳闸电流对应p2与p3点连接的关系曲线线段时，断路器开断造成的断路器损耗率。

定义断路器的当前总损耗率为q，n表示当前总的跳闸次数，w(i)m表示第m次跳闸造成的损耗率，则有：

s3中，在断路器每次开断后，均计算断路器的当前总损耗率：当前总损耗率＝本次开断造成的损耗率+本次以前断路器开断造成的损耗率的累计值。即本发明当前总损耗率的计算采用累积方法，可减小装置的运算负荷，在每次断路器开断后，计算本次损耗率，并与上次断路器开端后累积的损耗率相加，作为当前总损耗率进行保存，以供下次断路器开断时，与下次开断造成的损耗率进行累积，直至当前总损耗率达到100％则发出告警。本发明损耗率的计算由间隔层保护测控装置实现，间隔层保护测控装置直接通过断路器的辅助接点和互感器采集断路器的开断状态数据以及跳闸电流数据，以实现对断路器的在线监测。

s4中，为了能够更及时的采取断路器损耗时的应对措施，当前总损耗率的告警值范围为90％～100％。也可直接设置为当前总损耗率的告警值为100％。

s5中，在iec61850模型中建立的scbr逻辑节点包括scbr1、scbr2和scbr3节点，分别对应记载三相线路中a相、b相和c相中断路器的当前总损耗率和断路器触头磨损告警数据。

s6中，保护测控装置将iec61850模型数据通过mms服务上送至站控层监控后台。最终上送至监控后台的iec61850模型既包含了保护测控信息，又包含了断路器损耗和告警信息，即实现对变电站信息更全面的实时监视，监测精度较高，且无需在站控层增加设备接入数量。

本发明还提供一种多信息融合的断路器状态监测系统，包括：

关系曲线拟合模块，根据断路器的额定开断电流和遮断容量，确定断路器触点开断次数与跳闸电流之间的关系曲线；

断路器开断损耗计算模块，基于s1确定的关系曲线，在每次断路器开断后，分别计算断路器该次开断造成损耗率；

当前总损耗率计算模块，将断路器每次开断造成的损耗率进行累加，得到当前总损耗率；

总损耗率告警模块，设定当前总损耗率的告警值，判断当前总损耗率是否达到告警值，若达到则生成断路器触头磨损告警数据；

逻辑节点建立模块，在iec61850模型中建立scbr逻辑节点，用于记载三相线路中各断路器的当前总损耗率和断路器触头磨损告警数据；

以及模型数据上送模块，将融合有断路器当前总损耗率和断路器触头磨损告警数据的iec61850模型数据，上送至站控层监控后台。

进一步的，关系曲线拟合模块在确定断路器触点允许的开断次数与跳闸电流之间的关系曲线时：

获取用户根据断路器的额定开断电流和遮断容量，设定的三个跳闸电流区间[0～i1]、[i1～i2]、[i2～i3]，其中i1<i2<i3，i1为断路器最小跳闸电流，i2为中间跳闸电流，i3为最大跳闸电流；设定三个跳闸电流i1、i2、i3下断路器允许的开断次数n1、n2、n3；

关系曲线拟合模块将跳闸电流的log值作为横坐标，断路器触点允许的开断次数的log值作为纵坐标，坐标系内的三个点p1[logi1，logn1]、p2[logi2，logn2]、p2[logi3，logn3]作为描述断路器触点允许的开断次数与跳闸电流之间关系曲线的点，连接点p1、p2、p3，即形成断路器触点允许的开断次数与跳闸电流之间的关系曲线。

进一步的，每次断路器开断对应的断路器损耗率w(i)为：

w(i)＝k/i^α

其中，w(i)最大为100％，i表示断路器跳闸电流值，k表示跳闸电流i对应的关系曲线增益系数，α表示跳闸电流i对应的关系曲线斜率。

定义断路器的当前总损耗率为q，n表示当前总的跳闸次数，w(i)m表示第m次跳闸造成的损耗率，则有：

有益效果

本发明具有以下优点和进步：

(1)不用在间隔层再单独接入断路器在线监测装置。

(2)可在保护跳闸或遥控分闸时，准确记录分闸时的电流并存储下来进行断路器电磨损率计算；

(3)可将断路器的电磨损情况实时上送监控后台供运维人员查看。

本发明从工程应用和装置硬件配置角度出发，提出在保护测控装置上集成断路器在线监测功能，通过对断路器分/合闸时动作电流、动作次数等信息点的融合评估，实现对断路器触头寿命的监测及预警，并将断路器的状态信息与装置采集到的保护、测控信息融合在同一个iec61850模型上并通过mms服务上送监控后台，最终实现对变电站信息的实时监视功能。本发明在一定程度上减少了站控层设备的接入数量，提高了断路器状态的在线监测精度，降低了变电站的运维成本。

附图说明

图1所示为本发明方法流程示意图；

图2所示为本发明一种实施例的关系曲线示意图；

图3所示为本发明保护测控装置iec61850模型架构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

实施例1

参考图1，多信息融合的断路器状态监测方法，包括：

s1，根据断路器的额定开断电流和遮断容量，确定断路器触点允许的开断次数与跳闸电流之间的关系曲线；

s2，基于s1确定的关系曲线，在每次断路器开断后，分别计算断路器该次开断造成损耗率；

s3，将断路器每次开断造成的损耗率进行累加，得到当前总损耗率；

s4，设定当前总损耗率的告警值，判断当前总损耗率是否达到告警值，若达到则生成断路器触头磨损告警数据；

s5，在iec61850模型中建立scbr逻辑节点，用于记载三相线路中各断路器的当前总损耗率和断路器触头磨损告警数据；

s6，将融合有断路器当前总损耗率和断路器触头磨损告警数据的iec61850模型数据，上送至站控层监控后台。

本发明中，断路器的额定开断电流、遮断容量皆由断路器厂商提供，可根据经验基于已知的断路器开断电流和遮断容量，进行不同跳闸电流下分合操作次数的设定。断路器的状态监测由间隔层的保护测控装置集成断路器在线监测功能单元实现，断路器在线监测功能单元通过连接断路器辅助接点和设置互感器实现断路器状态参数的获取。本发明步骤s2至s6的实现皆由保护测控装置完成。

参考图2，s1包括：

根据断路器的额定开断电流和遮断容量，设定三个跳闸电流区间[0～i1]、[i1～i2]、[i2～i3]，其中i1<i2<i3，i1为断路器最小跳闸电流，i2为中间跳闸电流，i3为最大跳闸电流；设定三个跳闸电流i1、i2、i3下断路器的最大可操作次数n1、n2、n3；

将跳闸电流的log值作为横坐标，断路器分合操作次数的log值作为纵坐标，坐标系内的三个点p1[logi1，logn1]、p2[logi2，logn2]、p2[logi3，logn3]作为描述断路器触点分合操作次数与跳闸电流之间关系曲线的点，连接点p1、p2、p3，即形成断路器触点分合操作次数与跳闸电流之间的关系曲线。

s1中，三个跳闸电流i1、i2、i3下断路器的最大可操作次数n1、n2、n3的大小关系为：n1<n2<n3。即跳闸电流越大，相应分合操作带来的触头损耗也越大，断路器的可操作次数也就越少。具体可根据经验设置。其中[0～i1]区间内，n为固定值；i大于i3时，n为100％，即当跳闸电流大于i3时，断路器开断一次后的当前总损耗率即达到100％，此时应当告警。

s1中三个跳闸电流i1、i2、i3，及其下断路器的最大可操作次数n1、n2、n3，均为可整定值，由用户通过间隔层保护测控装置的人机交互界面进行设定。

s2中，每次断路器开断对应的断路器损耗率w(i)为：

w(i)＝k/i^α

其中，w(i)最大为100％，i表示断路器跳闸电流值，k表示跳闸电流i对应的关系曲线增益系数，α表示跳闸电流i对应的关系曲线斜率。

则对于p1与p2点之间的关系曲线段：

k1＝i1^α/n1

若某次开断时的跳闸电流i对应p1与p2点连接的关系曲线线段，则此次开断造成的断路器损耗率为：

w(i)＝k1/i^α1

同理可推跳闸电流对应p2与p3点连接的关系曲线线段时，断路器开断造成的断路器损耗率。

定义断路器的当前总损耗率为q，n表示当前总的跳闸次数，w(i)m表示第m次跳闸造成的损耗率，则有：

s3中，在断路器每次开断后，均计算断路器的当前总损耗率：当前总损耗率＝本次开断造成的损耗率+本次以前断路器开断造成的损耗率的累计值。即本发明当前总损耗率的计算采用累积方法，可减小装置的运算负荷，在每次断路器开断后，计算本次损耗率，并与上次断路器开端后累积的损耗率相加，作为当前总损耗率进行保存，以供下次断路器开断时，与下次开断造成的损耗率进行累积，直至当前总损耗率达到100％则发出告警。本发明损耗率的计算由间隔层保护测控装置实现，间隔层保护测控装置通过过程层设备采集断路器的开断状态数据以及开断电流数据，以实现对断路器的在线监测。

s4中，当前总损耗率的告警值为100％，为了能够更及时的采取断路器损耗时的应对措施，当前总损耗率的告警值也可以设置在90％～100％范围内。

参考图3，s5中，在iec61850模型中建立的scbr逻辑节点包括scbr1、scbr2和scbr3节点，分别对应记载三相线路中a相、b相和c相中断路器的当前总损耗率和断路器触头磨损告警数据。

s6中，最终上送至监控后台的iec61850模型既包含了保护测控信息，又包含了断路器损耗和告警信息，即实现对变电站信息更全面的实时监视，监测精度较高，且无需在站控层增加设备接入数量。

实施例2

根据图2中所示的损耗曲线在保护测控装置的人机交互液晶面板上设置定值参数：p1＇(1.2ka，1000)、p2＇(8ka，150)、p3＇(20ka，12)、ct变比为1200：1，断路器当前总磨损率的初始值为0，断路器机构动作时间设置为0.2s。

1)对装置进行遥控分闸操作，无外接保护电流，损耗率计算值如表1所示：

表1遥控操作断路器磨损监视

2)保护装置投过流i段，动作定值设置为4a，以a相故障为例，对p1-p2、p2-p3、>p3这3种电流范围分别选取4个参考点进行故障测试，>p3点试验次数为1次，其它点试验次数为5次。表中误差(％)＝|实际损耗(％)-理论损耗(％)|。其中实际损耗(％)为装置记录的损耗值，理论损耗(％)为计算得到的损耗值。试验结果如表2所示：

表2保护动作断路器磨损监视

由表2可知，当装置获取到的跳闸电流大于p3点电流值时，a相损耗直接达到100％，这时保护测控装置通过mms服务上送abrwrn告警信息。

可通过保护测控装置人机交互液晶面板或iec61850的控制服务功能opcntrs将断路器状态数据恢复至初始值。

3)根据保护测控装置采集到的断路器位置、动作电流、温湿度等信息，在61850模型中建立scbr1(a相监视)，scbr2(b相监视)和scbr3(c相监视)3个逻辑节点，将断路器当前磨损状态通过mms服务实时上送监控后台，供运维人员查看。scbr逻辑节点结构如表3所示：

表3scbr逻辑节点数据对象

本实施例验证可知，本发明所采用的多信息融合的断路器状态评估及iec61850建模方法对断路器的电磨损状态的评估效果良好，断路器状态信息与装置的保护、测控等信息一同通过mms服务上送监控后台，可有效的减少运维人员的工作量。

实施例3

一种多信息融合的断路器状态监测系统，包括：

关系曲线拟合模块，根据断路器的额定开断电流和遮断容量，确定断路器触点允许的开断次数与跳闸电流之间的关系曲线；

断路器开断损耗计算模块，基于s1确定的关系曲线，在每次断路器开断后，分别计算断路器该次开断造成损耗率；

当前总损耗率计算模块，将断路器每次开断造成的损耗率进行累加，得到当前总损耗率；

总损耗率告警模块，设定当前总损耗率的告警值，判断当前总损耗率是否达到告警值，若达到则生成断路器触头磨损告警数据；

逻辑节点建立模块，在iec61850模型中建立scbr逻辑节点，用于记载三相线路中各断路器的当前总损耗率和断路器触头磨损告警数据；

以及模型数据上送模块，将融合有断路器当前总损耗率和断路器触头磨损告警数据的iec61850模型数据，上送至站控层监控后台。

进一步的，关系曲线拟合模块在确定断路器触点允许的开断次数与跳闸电流之间的关系曲线时：

获取用户根据断路器的额定开断电流和遮断容量，设定的三个跳闸电流区间[0～i1]、[i1～i2]、[i2～i3]，其中i1<i2<i3，i1为断路器最小跳闸电流，i2为中间跳闸电流，i3为最大跳闸电流；设定三个跳闸电流i1、i2、i3下断路器的最大可操作次数n1、n2、n3；

关系曲线拟合模块将跳闸电流的log值作为横坐标，断路器分合操作次数的log值作为纵坐标，坐标系内的三个点p1[logi1，logn1]、p2[logi2，logn2]、p2[logi3，logn3]作为描述断路器触点分合操作次数与跳闸电流之间关系曲线的点，连接点p1、p2、p3，即形成断路器触点分合操作次数与跳闸电流之间的关系曲线。

进一步的，每次断路器开断对应的断路器损耗率w(i)为：

w(i)＝k/i^α

其中，w(i)最大为100％，i表示断路器跳闸电流值，k表示跳闸电流i对应的关系曲线增益系数，α表示跳闸电流i对应的关系曲线斜率。

定义断路器的当前总损耗率为q，n表示当前总的跳闸次数，w(i)m表示第m次跳闸造成的损耗率，则有：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。