断路器灭弧室电寿命监测方法及其燃弧电流起始时刻判断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统测量监测领域，具体为断路器灭弧室电寿命监测方法及其燃 弧电流起始时刻判断方法。
【背景技术】
[0002] 由于真空断路器在配电网中的普遍应用，要想真正达到少检修、少事故，对于真空 断路器的寿命监测判断是必不可少的。真空断路器的寿命参数一般分为3个方面：机械寿 命、存储寿命和电寿命。真空断路器的机械寿命一般可达1万次至10万次；目前符合国家 标准的真空断路器其存储寿命长达15指20年。而一般应用中，真正决定真空断路器的使 用寿命的是其电寿命参数，电寿命是指断路器在额定短路电流状态下的开断次数，而现有 的真空断路器的电寿命仅为数十次。随着真空断路器在使用过程中断路器因多次开断导 致金属触头的电磨损，金属触头会逐渐消耗，动作电流越大则磨损越大，当磨损过大时，断 路器就不能正常工作，真空灭弧室失效，电弧不能断开，灭弧室可能因此而爆炸造成重大事 故。因此，既要能够减少检修的次数又要保障电力系统的安全运行，能够提供一种实时监测 真空断路器电寿命，预测剩余电寿命是相当必要的。
[0003] 断路器的燃弧时间对电寿命的结果影响较大，一般情况下熄弧时间可通过开断电 流的过零点确定，关键是问题这种方法不能准确地获得各相触头的起弧时刻，只能根据开 断电流瞬时变化的特点确定，随机性大。现有技术中还存在如下处理方法：①采用触头开合 辅助节点信号，结合开断电流确定，但由于辅助节点有动作延时且辅助触点的动作时间分 散性大，从而不能有效准确确定燃弧起始时间。②利用磁场信号确定燃弧起始时间，但其忽 略了三相的不同期性。多台高压断路器同时操作或相继操作时，磁场信号出现重叠，难以确 定哪个磁场探头接受的信号是所需要的；高压断路器合闸时也会产生高频电磁辐射，将可 能启动触发电路，误累计为开断电流。③高压断路器触头在分开时，相电流发生突变，此时 频率变化显著，这时对电流信号进行高速采样，利用软件算法对各相电流信号分析处理，可 以发现产生电流突变的时刻，以此来求取分闸时间、燃弧时间及高压断路器三相的同期性， 但是如果是开断故障电流，由于故障电流的频率变化没有规律，因而采用软件算法，无法准 确判断故障开断电流的燃弧时刻。通过将第四种方法结合第一和二方法，在假设三个辅助 接点延时特性相同的条件下，利用辅助节点计算出三相不同期时间，利用磁场信号确定首 开相起弧时间，虽然能够精确地获得各相燃弧时间。但这种方法适用性差，还需额外的磁场 传感器，增加了监测量。⑤利用分闸线圈最大电流出现时刻为起弧时刻，忽略三相的不同期 性和将触头的超程运行时间作为燃弧时间，不能有效的计算每相电弧能量且要求开断电流 与分闸线圈电流同步采样。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种适应性好，操作简单，判断精确的断 路器灭弧室电寿命监测方法及其燃弧电流起始时刻判断方法。
[0005] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0006] 本发明断路器燃弧电流起始时刻判断方法，包括如下步骤，
[0007] 步骤一，断路器在线运行时，通过各断口灭弧室传动输入端上设置的力传感器采 集各相对应的力值信号；
[0008] 步骤二，通过对力值信号的分析得到对应相的力值突变时刻；
[0009] 步骤三，通过离线测量出每一相的刚分时刻，得到对应相的刚分时刻与力值突变 时刻的时间差，将该时间差作为该相的修正因子；
[0010] 步骤四，断路器在线运行时，根据采集到的在线力值突变时刻减去修正因子，得到 断路器燃弧电流起始时刻。
[0011] 本发明断路器灭弧室电寿命监测方法，包括如下步骤，
[0012] 步骤1，确定断路器每相燃弧电流起始时刻；
[0013] 1. 1断路器在线运行时，通过各断口灭弧室传动输入端上设置的力传感器采集各 相对应的力值信号，并分析得到对应相的力值突变时刻；
[0014] 1. 2通过离线测量出断路器每一相的刚分时刻，得到对应相的刚分时刻与力值突 变时刻的时间差，将该时间差作为该相的修正因子；
[0015]1. 3断路器在线运行时，根据采集到的在线力值突变时刻减去修正因子，得到断路 器燃弧电流起始时刻；
[0016] 步骤2,断路器在线运行时，采集每相的保护电流信号，确定断路器每相燃弧电流 的终止时刻，从而得到每相燃弧电流的持续时间；
[0017] 步骤3,采用计及燃弧时间的开断电流加权累计法，分别累计三相触头各自的电磨 损情况，同时根据燃弧电流的持续时间计算每相每次开断电流的电磨损量；
[0018] 步骤4,当判断每相每次开断电流的电磨损量不小于每相触头开断电流累计电弧 能量的报警值时，给出报警信号。
[0019] 优选的，步骤3中，计及燃弧时间的开断电流加权累计法中通过如下公式得到单 相单次开断电流电弧能量；
[0020]
[0021] 其中，h是燃弧电流起始时刻；t2是燃弧电流结束时刻；in(t)是单相第η次开断 时电流值；其中β是常数，一般取1~2,η为正整数。
[0022] 进一步，步骤3中，计及燃弧时间的开断电流加权累计法中通过如下公式得到单 相累计开断电流的电弧能量：
[0023]
[0024] 其中，Ν表示开断总数。
[0025] 进一步，步骤3中，计及燃弧时间的开断电流加权累计法中通过如下公式得到单 相单次开断电流电磨损量；
[0026] ffn=KnwQn；
[0027] 其中，Knw是单次开断磨损量。
[0028] 进一步，步骤3中，计及燃弧时间的开断电流加权累计法中通过如下公式得到单 相触头累计电磨损量；
[0029]
[0030] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0031 ] 本发明通过开关设备传动系统带动灭弧室动作时，在灭弧室动静触头分离时刻， 传动系统上的力值会发生由大到小的突变，该力值的突变时刻即为灭弧室的刚分时刻；因 而通过力值的突变时刻即可反应灭弧室的刚分时刻。但由于智能电子装置需要对采集的力 值信号进行放大、处理和分析，存在着一定的硬件和软件延时，因而可通过真实断口信号对 智能电子计算的力值突变时刻进行修正，确定硬件、软件延时。利用实时对断路器传动系统 上的力值信号和线路电流信号进行实时监测与录波，确定断路器开断过程中的起始燃弧时 亥IJ、燃弧持续时间和燃弧电流值，解决了燃弧起始时刻判定不精确或成本较高的问题。
[0032] 本发明在上述确定的断路器燃弧电流起始时刻的基础上，根据燃弧电流实时采样 及录波，通过累计燃弧电流能量，有效预测电寿命，及时给出报警信号。通过计算每一相的 累计燃弧电流能量，并设定报警值，方便用户根据该报警值和每次的燃弧电流的历史录波 数据，综合分析开关设备电寿命，同时为电寿命的评估系统的建立，提供数据基础。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明实例中所述断路器灭弧室电寿命监测方法的流程图。
[0034] 图2为本发明实例中所述的断口跳变与力值传感器测试波形图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。
[0036] 本发明的目的在于提供一种准确确定燃弧起始时刻的方法，解决开关设备内燃弧 起始时刻判断不准确的问题，实现运行开关设备每一相燃弧电流录波、电弧能量的计算，并 根据每相累计燃弧能量设定的阈值，进行预警，实现断路器灭弧室电寿命的监测。与此同 时，通过燃弧电流原始数据收集，为准确确定电弧能量与触头电寿命之间的对应关系，奠定 了基础。
[0037] 本发明可以实时采集到线路的3相保护电流和断路器传动系统的力值信号；优选 的使用采样率为40kHz，