一种开关柜分合闸动作电流采样触发方法及装置与流程

1.本发明涉及开关柜电流采样技术领域，尤其涉及一种开关柜分合闸动作电流采样触发方法及装置。


背景技术：

2.开关柜是输配电系统的核心设备，承担着开关柜电流通、断的功能。开关柜通过控制内部断口的分、合来实现电流的接通和关断。开关柜的分闸、合闸动作，大多是通过电机驱动相应机构来实现的，在分闸、合闸动作过程中，电机的工作电流呈固定规律的变化，将整个动作过程的电流记录下来，以时间为轴，形成的电流波形是相对固定的。如果开关柜内部设备异常，比如传动部件卡涩、弹簧老化等，分合闸过程的动作电流波形也会发生相应变化，因此通过监测开关柜分闸、合闸的动作电流，可以实现对开关柜工作状态的监测。
3.开关柜正常供电时，断口处于合闸状态，只有设备停电检修时，开关柜有断电、送电需求，开关柜才会有相应的分合闸动作，监测设备一旦错失分合闸动作电流的正确波形采样时机，就需要等下一次的检修。因此准确触发分合闸动作电流采样是开关柜监测的关键。
4.对开关柜分闸、合闸动作电流监测的关键问题在于何时触发电流采样。因为开关柜的这些操作动作是突发动作，监测设备无法预知开关柜动作的启动时间，而且开关柜的分闸、合闸动作持续时间很短，一般不超过60ms。为保证动作电流采样的完整性，一旦触发电流采样，设备会持续采样一段时间，采样完成后，设备进入数据处理和传输阶段，数据的处理和传输耗时很长，需要5s以上，从触发动作电流采样，到结束处理传输采样数据的时间内，设备无法再次采样。在这段时间内，足够开关柜完成80次以上的分合闸动作，显然，如果误触发，很容易错失对真正的动作电流采样，监测设备就起不到应有的作用。
5.如果触发过早，监测设备会采样到一堆无效数据，并进入耗时很长的数据处理阶段，如果此时真正的动作来临，由于设备处于数据处理阶段，无法启动采样，就会错失对开关柜的动作电流采样时机；如果触发过晚，出现漏采样，动作电流部分数据缺失，导致采样到的动作电流波形不完整，就不能准确计算分闸时间、合闸时间、分闸速度、合闸速度等开关柜动作的关键参数，也达不到监测的目的。因此，误触发和触发不及时对开关柜监测设备而言，都是致命缺陷。
6.现有开关柜动作电流监测方法是按固定ts间隔采样，计算信号采样数据幅度值总和，与预设门限a0相比，判断开关柜是否有分合闸的动作，如果判断到有分合闸动作，则触发动作电流采样。这种方法有非常明显的缺陷，常见问题是容易被脉冲式干扰导致误采样、容易被纹波式干扰导致误采样、容易出现动作电流数据采样不完整。这种仅依靠一个下门限来判断开关柜是否有动作，是否需要触发电流采样的做法局限性很大，误触发率高，经常出现漏采样、错采样的现象，采样到的动作电流数据不完整，导致提取的参数准确性不高。
7.因此，本领域的技术人员致力于开发一种开关柜分合闸动作电流采样触发方法，以解决扰动电流信号、脉冲式干扰信号或纹波式干扰信号导致触发时刻不准确、动作电流
数据缺失、动作电流波形不完整的问题。


技术实现要素：

8.常规的采样触发机制，是通过预设一个固定门限判别来实现，图1为现有技术中基于下门限的开关柜动作电流采样触发方法的流程图，这种方法的机理是：设定开关柜在没有分合闸动作时，电机电流为0，将一个时间段内采样到的电流幅度累加，总和应当为0(或者是一个很接近0的数据)；当开关柜有分合闸动作时，电机电流会快速增大，此时将ts内采样到的电流幅度累加，总和应远大于零。理想情况下，只需要预设一个合适的下门限a0，将ts时间内的电流幅度累加，和预设的下门限a0对比，如果超过a0，则可认为是开关柜有操作动作，触发动作电流采样，抓取开关柜动作电流波形。如果ts时间内的电流幅度累加和低于门限，则认为开关柜没有动作，进入下一个ts采样阶段。常规方法误触发率高，经常采样到很多无效数据，为提高准确性，会刻意提高下门限a0的值。由于预采样的启动时刻是随机的，和分合闸的启动时刻无法重合，因此有分合闸动作时，预采样的ts时间段内的数据，往往包含部分没有分合闸动作的电流数据成份，达不到a0的门限值，不会触发后续采样，需要等下一个ts的预采样，才会触发动作电流采样，出现漏采样现象，导致采样到的动作电流数据缺失。图2和图3为现有技术中常规方法监测到的开关柜合闸及分闸动作电流波形图，采用现有技术中的采样方法，采样到的动作电流波形会有缺失，缺失时间为最多可达ts。
9.开关柜分合闸动作的时间极短，正常情况下一般不超过60ms，因此用来计算开关柜是否有分合闸动作的预采样时间ts不能太长，否则需要处理的数据量太大，耗时过长，出现误采样的几率会大大增加。假定分合闸动作启动后，第一个ts时间段内的电流幅度值之和为a，常规方法只有一个下门限判断，为降低误采样的概率，通常取a0取值会很高，一般取a0＝0.9*a。
10.根据实际测试，如果ts时间段内存在干扰，尤其是脉冲式干扰和纹波式干扰，采样到的信号幅度值之和，很容易超过预设的下门限a0，出现误触发的情况。
11.开关柜设备老化或有故障时，分合闸动作时间会变长，为完整抓取分合闸动作的电流波形，相应的采样时间也需要加长，综合设备特点及实际测试情况，对开关柜的分合闸动作监测的时间长度为正常分合闸动作时间的2倍以上。对如此长时间的采样数据进行处理和分析，总共耗时5s以上，在这5s时间内，监测设备不能采样，如果这5s内开关柜出现真正的分合闸动作，监测设备就会错失对开关柜动作的监测。
12.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是常规触发方法因扰动电流信号、脉冲式干扰信号或纹波式干扰信号导致触发时刻不准确、误触发和漏触发现象严重，动作电流数据缺失、动作电流波形不完整的问题。
13.为实现上述目的，本发明提供了一种开关柜分合闸动作电流采样触发方法，所述方法包括如下步骤：
14.步骤1、对开关柜分合闸回路电流进行采样，采样ts时长的数据，单次采样时间长度tc，并将该数据保持到地址为1～n的第一组寄存器；
15.步骤2、计算上述ts时长的数据幅度值之和，记为u1；
16.步骤3、对比u1和下门限a0的关系，如果u1《a0，判定采样到的是电机电源线扰动电流，删除所述第一组寄存器数据，回到步骤1重新开始；如果u1≥a0，继续后续判决；
17.步骤4、对比u1和上门限a1的关系，如果u1》a1，判定采样到的是电机电源线上的脉冲干扰电流，删除所述第一组寄存器数据，回到步骤1重新开始；如果u1≤a1，继续后续判决；
18.步骤5、采样下一份ts时长的数据，单次采样时间长度tc，并将数据保持到缓存器地址为n+1～2n的第二组寄存器；
19.步骤6、计算刚采样到的所述下一份ts时长数据幅度值之和，记为u2；
20.步骤7、判断u2和u1的关系，如果u2≤u1，则采样到的是电机电源线上的纹波干扰电流，删除所述第一组寄存器数据、所述第二组寄存器数据，回到步骤1重新开始；
21.步骤8、如果u2》u1，判定所述第一组寄存器数据、所述第二组寄存器数据为开关柜动作电流数据，触发动作电流采样；
22.步骤9、将刚采样到的动作电流数据，按时间先后顺序，依次保存到地址从2n+1开始的寄存器，并与所述第一组寄存器数据、所述第二组寄存器数据组成动作电流数据。
23.步骤10、输出动作电流数据。
24.在本发明的另一个较佳实施方式中，所述n的值由所述采样时间ts和单次采样时间长度tc决定，n＝ts/tc。
25.在本发明的另一个较佳实施方式中，所述采样时间ts为6ms。
26.在本发明的另一个较佳实施方式中，所述单次采样时间长度tc为0.1ms。
27.在本发明的另一个较佳实施方式中，所述下门限a0依据开关柜分合闸动作初期ts时长内数据幅度值之和设置。
28.优选的，所述下门限a0值大于0。
29.在本发明的一个较佳实施例中，所述上门限a1依据如果开关柜正常，开关柜分合闸动作启动后的第一个ts时长内数据幅度值之和有个固定的上限(不同型号设备，该上限值略有不同)，如果开关柜异常，分合闸动作启动后初期电流上升斜率会下降，开关柜分合闸动作启动后的第一个ts时长内数据幅度值之和与正常值相比会变小的特点设置。
30.优选的，所述上门限a1值大于所述下门限值a0。
31.在本发明的一个较佳实施例中，所述动作电流采样时长为240ms。
32.本发明还提供了一种开关柜分合闸动作电流采样装置，所述装置采用上述开关柜分合闸动作电流采样触发方法。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.1、采用双门限判决，可以消除脉冲式干扰的影响，解决脉冲式干扰导致的误触发问题；
35.2、采用单向递增判决，可以消除纹波式干扰的影响，解决纹波式干扰导致的误触发问题。
36.3、采用固定地址寄存器动态存储预采样数据的方法，解决了常规方法动作电流波形不完整，不能准确计算设备关键参数，无法有效监测开关柜设备状态的问题。
附图说明
37.图1是现有技术中常规基于下门限的开关柜动作电流采样触发方法的流程图；
38.图2是现有技术中常规方法监测到的开关柜合闸动作电流波形图；
39.图3是现有技术中常规方法监测到的开关柜分闸动作电流波形图；
40.图4是本发明的一个较佳实施例的基于固定地址寄存器动态存储预采样数据和多维判决的开关柜动作电流采样触发方法采样处理流程图；
41.图5是本发明的一个较佳实施例的一个具体示例的基于固定地址寄存器动态存储预采样数据和多维判决的开关柜动作电流采样触发方法采样处理流程图；
42.图6是本发明的一个较佳实施例监测到的开关柜合闸动作电流波形图；
43.图7是本发明的一个较佳实施例监测到的开关柜分闸动作电流波形图。
具体实施方式
44.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
45.参考图4，是本发明的一个较佳实施例的基于固定地址寄存器动态存储预采样数据和多维判决的开关柜动作电流采样触发方法采样处理流程图，按如下步骤进行处理：
46.步骤1、对开关柜分合闸回路电流进行采样，采样ts时长的数据，单次采样时间长度tc，并将该数据保持到地址为1～n的第一组寄存器；
47.步骤2、计算所述ts时长的数据幅度值之和，记为u1，进行以下多维判决；
48.步骤3、对比u1和下门限a0的关系，如果u1《a0，判定采样到的是电机电源线扰动电流，删除所述第一组寄存器数据，回到步骤1重新开始；如果u1≥a0，继续后续判决；
49.步骤4、对比u1和上门限a1的关系，如果u1》a1，判定采样到的是电机电源线上的脉冲干扰电流，删除所述第一组寄存器数据，回到步骤1重新开始；如果u1≤a1，继续后续判决；
50.步骤5、采样下一份ts时长的数据，单次采样时间长度tc，并将所述下一份ts时长的数据保持到缓存器地址为n+1～2n的第二组寄存器；
51.步骤6、计算刚采样到的所述下一份ts时长数据幅度值之和，记为u2；
52.步骤7、判断u2和u1的关系，如果u2≤u1，则采样到的是电机电源线上的纹波干扰电流，删除所述第一组寄存器数据、所述第二组寄存器数据，回到步骤1重新开始；
53.步骤8、如果u2》u1，判定所述第一组寄存器数据、所述第二组寄存器数据为开关柜动作电流数据，触发动作电流采样；
54.步骤9、将刚采样到的动作电流数据，按时间先后顺序，依次保存到地址从2n+1开始的寄存器，并与所述第一组寄存器数据、所述第二组寄存器数据组成动作电流数据；
55.步骤10、输出动作电流数据。
56.对比u1和下门限a0的关系，如果u1《a0，判定采样到的是电机电源线扰动电流，如果u1》a0，继续后续判决；对比u1和上门限a1的关系，如果u1》a1，判定采样到的是电机电源线上的脉冲干扰电流，如果u1≤a1，继续后续判决；判断u2和u1的关系，如果u2≤u1，则采样到的是电机电源线上的纹波干扰电流，如果u2》u1，判定所述第一组寄存器数据、所述第二组寄存器数据为开关柜动作电流数据，触发动作电流采样。
57.参考图5，作为本发明的一个较佳实施例的具体示例，基于滑动采样和多维判决的开关柜动作电流采样触发方法采样按如下步骤进行处理：
58.步骤1、对开关柜分合闸回路电流进行采样，采样6ms时长的数据，单次采样时间长度0.1ms，并将该数据保持到地址为1～60的第一组寄存器；
59.步骤2、计算上述ts时长的数据幅度值之和，记为u1，进行以下多维判决；
60.步骤3、对比u1和下门限a0的关系，如果u1《a0，可以判断采样到的是电机电源线扰动电流，删除第一组寄存器数据，回到步骤1重新开始；否则继续后续判决；
61.步骤4、对比u1和上门限a1的关系，如果u1》a1，可以判断采样到的是电机电源线上的脉冲干扰电流，删除第一组寄存器数据，回到步骤1重新开始；否则继续后续判决；
62.步骤5、继续采样6ms时长的数据，单次采样时间长度0.1ms，并将数据保持到缓存器地址为61～120的第二组寄存器；
63.步骤6、计算刚采样到的6ms时长数据幅度值之和，记为u2；
64.步骤7、判断u2和u1的关系，如果u2≤u1，则采样到的是电机电源线上的纹波干扰电流，删除第一、第二组寄存器数据，回到步骤1重新开始，否则继续后续流程；
65.步骤8、如果u2》u1，则判定所述两次ts时长的数据包为开关柜动作电流时，触发动作电流采样；
66.步骤9、将刚采样到的动作电流数据，按时间先后顺序，依次保存到地址从121开始的寄存器，并与前两组数据，组成动作电流数据；
67.步骤10、输出动作电流数据。
68.开关柜分合闸动作初期电流幅度增加，ts时间段内电流幅度值之和必定大于0，据此可以设定下门限a0，如果ts时间段内采样到的电流幅度值之和低于下门限a0时，说明采样到的电流是电机电源线上的扰动电流，同时根据开关柜异常，分合闸动作初期电流上升斜率只会下降的特点，增设一个上门限a1，采用双门限判决，如果ts时间段内采样到的电流幅度值之和大于上门限a1，说明采样到的是电机电源线上的脉冲式干扰信号。
69.本发明采用多维判决，不单纯依赖下门限，因此不需要刻意提高a0的取值，只需要比电源线上的正常扰动电流略高即可，假定分合闸动作启动后，第一个ts时间段内的电流幅度值之和为a，本发明的一个较佳实施例中取a0＝0.2*a。这种设置，即使预采样数据内有部分非分合闸动作数据，也能正常触发后续动作电流采样，不会出现漏采样现象，极限情况下即使有漏采样，所缺失时间也不会超过1ms，这种缺失不影响所提取特征参数的准确性。
70.在本发明的一个较佳实施例中，所述上门限a1依据如果开关柜正常，开关柜分合闸动作启动后的第一个ts时长内数据幅度值之和有个固定的上限(不同型号设备，该上限值略有不同)，如果开关柜异常，分合闸动作启动后初期电流上升斜率会下降，开关柜分合闸动作启动后的第一个ts时长内数据幅度值之和与正常值相比会变小的特点设置。
71.采用固定地址寄存器动态存储预采样数据方法，能完整保留用作判断是否为动作电流的最初两次预采样数据，保证动作电流的数据完整，不会出现动作电流数据缺失的情况。常规方法得到的合闸动作电流数缺失率最高为10.9％(合闸动作时间按常规均值55ms计算)，分闸动作电流数据缺失最高为17.14％(分闸动作时间常规均值35ms计算)；采用固定地址寄存器动态存储预采样数据方法后，动作波形完整，没有缺失。
72.开关柜的分合闸动作，最终依靠弹簧机构实现，弹簧在长期使用后出现疲劳、磨损，或者发生卡滞等异常情况下，分闸、合闸等动作时间，只会变长，不会变短。也就是说，异常开关柜的动作电流，在动作启动的前期时间内，电流的上升斜率与正常开关柜相比只可
能减小，不会增大，对应的动作电偶幅度值也只会更小。既在第一个ts时间段内，动作电流的幅度值之和u1，正常情况下是一个相对固定的值，有一个明确的上限值，当设备有故障时，u1只会减小，不会增加。
73.根据上述分析及大量数据验证表明：ts时间段内的采样数据幅度值之和u1，正常情况下总是在一定范围内变化、设备异常时，u1值只会减小，不会增大。当u1≥a1时，可以判定采样到的电流不是开关柜动作电流，而是其他脉冲式干扰信号。
74.电机电源线上的脉冲式干扰，往往幅度大，上升斜率高，在ts时间段内的采样数据幅度值之和u1，与相同条件下的开关柜的电流采样数据相比更大。通过增设上门限，利用上下双门限判决方法，可以消除脉冲式干扰信号的影响。
75.纹波式干扰是电源线上的常见干扰，呈现一定规律的周期性，这些干扰信号幅度和开关柜动作初期电流幅度相当，计算ts时间段内信号幅度的方法很容易造成误触发，而开关柜的分闸、合闸动作电流，在启动的前期，是单向递增的。利用这二者的区别，通过对比单位时间内信号的幅度值的变化来区分纹波式干扰信号和开关柜的动作电流信号。
76.具体做法是判断第一次采样到的预采样数据不是脉冲干扰和扰动干扰后，再次采样ts时长数据，计算其幅度值之和u2。根据开关柜动作初期电流单向增大的特点，u2一定比u1要大，否则可以肯定不是开关柜的动作电流，而是纹波式干扰信号，需要重新开始预采样。
77.由于纹波式干扰信号呈现周期性，其幅度值之和不是单向增加的，通过这种判决，可以消除纹波式干扰。
78.如图6所示，是本发明一个较佳实施例监测到的开关柜合闸动作电流波形图，如图7是本发明的一个较佳实施例监测到的开关柜分闸动作电流波形图，采用本发明所述固定地址寄存器动态存储预采样数据和多维判决的开关柜动作电流采样触发方法采样处理后，得到的开关分、合闸电流的采样动作电流波形完整，没有缺失。
79.本发明较佳的实施例中，预采样时间ts为6ms，该时间长度也可取其他时间，比如5ms或7ms，这种改变不影响本发明的实质。
80.本发明较佳的实施例中，单次采样时间长度tc为0.1ms，该时间长度也可取其他时间，这种改变不影响本发明的实质。
81.n的值由所述采样时间ts和单次采样时间长度tc决定，n＝ts/tc。
82.本发明较佳的实施例中，n的值取为60。
83.本发明较佳的实施例中，动作电流采样时长为240ms，在其他实施例中可以采用其他采样时长，这种改变不影响本发明的实质。
84.在本发明的一个实施例中，在开关柜分合闸动作电流采样装置中，采用上述的开关柜分合闸动作电流采样触发方法。
85.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。