一种高压开关设备动作特性聚合分析诊断装置和方法与流程

本发明属于高压开关设备动作特性分析诊断技术领域，具体涉及一种高压开关设备动作特性聚合分析诊断装置和方法。

背景技术：

高压断路器主要用于电力系统的控制和保护，既可根据电网运行需要将一部分电力设备或线路投入或退出运行，也可在电力设备或线路发生故障时将故障部分从电网快速切除，从而保证电网中无故障部分的正常运行及设备、运行维修人员的安全。

但目前高压断路器的大多数故障发生在机械机构，主要涉及操动机构、监视装置和辅助装置等，多是由于机械特性不良造成的，例如拒分、拒合或误动作等，同时由于变电站大部分为无人值所，因此经常发生由开关设备引起的事故发生。

传统情况下，断路器的维修是定期预防性检修，这样的方式有诸多缺点，比如：具有相对固定和保守的维修周期；可能因为人为因素导致检修后的断路器可靠性降低；不能实时反映断路器的运行状况；不能及时发现2次定期检修之间可能存在的故障。

采用断路器在线监测手段，可以实时了解断路器运行状态，及时发现断路器早期故障特征，检修人员提前介入消除故障，避免发生事故和节约维护成本。对电力设备进行在线监测，是实现设备预知性维修的前提，是保证设备安全可靠运行的关键，也是对传统离线预防性试验的重大补充和新的发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种高压开关设备动作特性聚合分析诊断装置和方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种高压开关设备动作特性聚合分析诊断装置，包括巨磁阻位移传感器、电流传感器一、电流传感器二、电流传感器三、振动传感器、智能采集分析终端和大数据平台服务器，巨磁阻位移传感器、电流传感器一、电流传感器二、电流传感器三和振动传感器与智能采集分析终端电连接，智能采集分析终端与大数据平台服务器通过网络模块连接，巨磁阻位移传感器、电流传感器一、电流传感器二、电流传感器三、振动传感器分别用于采集弹簧操动机构的位移、分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流和机构振动情况，智能采集分析终端用于采集数据并处理后送入大数据平台服务器，数据平台服务器用于对比前后两次采集的数据生成告警事件推送给电力运维检修人员。

一种高压开关设备动作特性聚合分析诊断装置的诊断方法，该方法包括以下步骤：

第一步、采用电流传感器一、电流传感器二、电流传感器三采集高压开关上分闸电流、合闸电流和储能电机电流，获得分闸电流、合闸电流和储能电机电流的电流曲线；

第二步、根据分合闸电流的信号（如何根据），采用巨磁阻位移传感器和振动传感器采集高压开关的弹簧操动机构的位移和机构振动情况，获得机械特性曲线和机构振动曲线；

第三步、将采集的电流曲线、机械特性曲线、机构振动曲线生成comtrade文件格式，通过网络提交至大数据平台服务器的云计算中心；

第四步、大数据平台服务器的云计算中心通过电流曲线进行上次分合闸电流曲线同轴性对比，判断特征状态（如电流过早切断、触点接触不良）；通过电流曲线进行出厂分合闸电流合格曲线同轴性对比，判断特征状态；通过储能电机电流曲线进行上次储能电机电流曲线同轴性对比，判断特征状态；通过机械特性曲线与该设备上次机械特性曲线趋势分析，判断特征状态；通过机械特性曲线与该设备出厂机械特性合格曲线趋势分析，判断特征状态；通过机构振动曲线与该设备上次机构振动曲线趋势分析，判断特征状态；

第五步、根据聚合分析诊断出高压开关设备健康状态，即通过多参量波形对比的特征状态，形成多参量的特征事件信息，将特征事件信息进行高压开关设备健康评价库进行阀值对比，生成告警事件，推送给电力运维检修人员。

分闸电流和合闸电流的电流曲线获取断路器的状态特征：通过提取电流波形中时间特征参数：电磁铁运动时刻t1，触头动作时刻t2，开关辅助触头切断时刻t3，表征了合闸特征时间，根据三个时间特征参数判断断路器的状态特征。

储能电机电流的电流曲线获取储能电机的状态特征：通过提取储能电机电流波形中时间特征参数：t1时刻，储能电机接到上电指令，储能电机开始无负载的启动；t2时刻，电机无负载的转动，这是由于储能电机的电能还未转化成弹簧机构的机械能，电流从t2时刻开始趋于平稳；t3时刻，储能电机开始释能，拉动合闸弹簧做功，t3由储能电机电流的电流曲线得出弹簧的刚度状态和储能轴的润滑度。

机械特性曲线：当断路器的主轴转动时，带动安装在主轴上的巨磁阻旋转，传感器采集到磁感线的偏转，通过测量磁感线偏转角度，来得到触头行程的变化，获得断路器的行程时间特性曲线，相邻两个时间值相减得到采样间隔，再根据行程时间曲线得到采样间隔对应的触头行程，用该行程除以对应采样间隔获得对应的触头运动速度。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明实现对高压开关设备动作特性的实时监测，同时对高压开关设备机械部分进行健康寿命评估，避免高压开关设备引起的事故发生，提高电网的安全性、稳定性。节约设备维护、维修成本，减少因断路器机械故障造成的停电损失。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

图2为电流检测原理示意图；

图3为合分闸线圈电流波形图；

图4为储能电机电流信号波形图；

图5为断路器合闸-时间特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1-2所示，一种高压开关设备动作特性聚合分析诊断装置，包括巨磁阻位移传感器、电流传感器一、电流传感器二、电流传感器三、振动传感器、智能采集分析终端和大数据平台服务器，巨磁阻位移传感器、电流传感器一、电流传感器二、电流传感器三和振动传感器与智能采集分析终端电连接，智能采集分析终端与大数据平台服务器通过网络模块连接，巨磁阻位移传感器、电流传感器一、电流传感器二、电流传感器三、振动传感器分别用于采集弹簧操动机构的位移、分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流和机构振动情况，智能采集分析终端用于采集数据并处理后送入大数据平台服务器，数据平台服务器用于对比前后两次采集的数据生成告警事件推送给电力运维检修人员。

电流传感器一、电流传感器二和电流传感器三的电流采集原理：如图2所示，采集断路器的分合闸线圈电流和储能电机电流的电流传感器，输入电流为ix，通过传感器内部的互感线圈输出电流为im。

使用原理：通过采集操作机构分合闸线圈的动作电流，以及储能电机的电流，反映高压断路器操动机构的机械特性，本诊断装置选择采集分闸线圈和合闸线圈电流和储能电机电流，并对其电流波形进行数字化处理与分析，附以断路器触头行程、超行程、过冲等其他机械特性的检测，完成对高压断路器操动机构的监测，并借助智能化方法利用后台的海量实时数据库实现对断路器的状态评估，进而实现对高压断路器的在线监测与健康诊断。

实施例2：一种高压开关设备动作特性聚合分析诊断装置的诊断方法，该方法包括以下步骤：

第一步、采用电流传感器一、电流传感器二、电流传感器三采集高压开关上分闸电流、合闸电流和储能电机电流，获得分闸电流、合闸电流和储能电机电流的电流曲线；

第二步、根据分合闸电流的信号（如何根据），采用巨磁阻位移传感器和振动传感器采集高压开关的弹簧操动机构的位移和机构振动情况，获得机械特性曲线和机构振动曲线；

第三步、将采集的电流曲线、机械特性曲线、机构振动曲线生成comtrade文件（ieee发布的电力系统瞬态数据交换的通用格式）格式，通过网络提交至大数据平台服务器的云计算中心；

第四步、大数据平台服务器的云计算中心通过电流曲线进行上次分合闸电流曲线同轴性对比，判断特征状态（如电流过早切断、触点接触不良）；通过电流曲线进行出厂分合闸电流合格曲线同轴性对比，判断特征状态；通过储能电机电流曲线进行上次储能电机电流曲线同轴性对比，判断特征状态；通过机械特性曲线与该设备上次机械特性曲线趋势分析，判断特征状态；通过机械特性曲线与该设备出厂机械特性合格曲线趋势分析，判断特征状态；通过机构振动曲线与该设备上次机构振动曲线趋势分析，判断特征状态；

第五步、根据聚合分析诊断出高压开关设备健康状态，即通过多参量波形对比的特征状态，形成多参量的特征事件信息，将特征事件信息进行高压开关设备健康评价库进行阀值对比，生成告警事件，推送给电力运维检修人员。

分闸电流和合闸电流的电流曲线获取断路器的状态特征：通过提取电流波形中时间特征参数：

特征点判据：波形根据铁心的运动可明显分为5个阶段，如图3所示。

阶段1：t=t0-t1。线圈在t0时刻通电，到t1时刻电磁铁铁心开始运动。t0为断路器分/合闸命令下达时刻，是断路器分/合闸动作计时起点；t1为线圈中电流、磁通上升到足以驱动铁心运动，即铁心开始运动的时刻。这一阶段的特点是电流呈指数上升，铁心静止。这个阶段的时间与控制电源电压及线圈电阻有关。

阶段2：t=t1-t2。铁心运动，电流下降。t2为控制电流的谷点，代表铁心已经触动操作机械的负载，因而显著减速或停止运动。

阶段3：t=t2-t3。铁心停止运动，电流又呈指数上升，直到t3时刻触头开始动作。

阶段4：t=t3-t4。这一阶段电流达到近似的稳态。

阶段5：t=t4-t5。电流开断阶段，辅助开关分断，在辅助开关触头间产生电弧并被拉长，电弧电压快速升高，迫使电流迅速减小，直到熄灭。

由波形分析可以发现，波形中的时间特征参数对应着铁心的运动事件，电磁铁运动时刻t1，触头动作时刻t2，开关辅助触头切断时刻t3，表征了合闸特征时间，根据三个时间特征参数判断断路器的状态特征。

储能电机电流的电流曲线获取储能电机的状态特征：通过提取储能电机电流波形中时间特征参数：

特征点判据：波形根据可明显分为4个阶段，如图4所示。

阶段1：t=t0-t1。储能电机在t0时刻通电，到t1时刻电机开始转动。t0为断路器储能命令下达时刻，是断路器储能计时起点；t1为电流足以驱动电机转动，即电机开始压缩弹簧的时刻。这一阶段的特点是电流呈指数上升，转子没转动。这个阶段的时间与控制电源电压及电机电阻有关。

阶段2：t=t1-t2。电机转动压缩弹簧，电流持续波动，t2为控制电流的峰点，代表电机已经完成储能，因而电流有显著上升。

阶段3：t=t2-t3。储能完成后电机空转，没有了弹簧阻力，电流下降到稳定值。

弹簧操动机构的断路器，储能电机起着非常重要的作用，断路器功能的实现很大程度上取决于储能电机的工作状态。当断路器的合闸动作完成，储能回路接通，弹簧开始做功，以储存分、合闸所需的能量。

t1时刻，储能电机接到上电指令，储能电机开始无负载的启动；t2时刻，电机无负载的转动，这是由于储能电机的电能还未转化成弹簧机构的机械能，电流从t2时刻开始趋于平稳；t3时刻，储能电机开始释能，拉动合闸弹簧做功，t3由储能电机电流的电流曲线得出弹簧的刚度状态和储能轴的润滑度。

机械特性曲线：触头行程时间特性监测原理由于断路器在分、闸过程中，动触头的运动行程规律与主轴连动杆运动行程规律之间的关系近似为直线的特性，因而触头行程时间特性曲线可以通过在主轴上安装高采样率的巨磁阻角位移传感器（每秒钟采样速率5000次）来测量主轴的角位移一时间来获得动触头的直线位移一时间曲线。

当断路器的主轴转动时，带动安装在主轴上的巨磁阻旋转，传感器采集到磁感线的偏转，通过测量磁感线偏转角度，来得到触头行程的变化，获得断路器的行程时间特性曲线（如图5所示），相邻两个时间值相减得到采样间隔，再根据行程时间曲线得到采样间隔对应的触头行程，用该行程除以对应采样间隔获得对应的触头运动速度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。