用于真空开关选相开断重击穿的在线检测方法及系统与流程

本发明涉及电力设备状态检测技术领域，具体涉及用于真空开关选相开断重击穿的在线检测方法及系统。

背景技术：

真空开关广泛应用于投切电抗器、变压器、电动机和电弧炉等电感性负载，以及电容器组的电容性负载。在真空开关的开断过程中，可能出现触头间隙重击穿，也称电弧重燃。触头间隙重击穿能够产生操作过电压和涌流，对被开断负载设备和真空开关自身的安全运行产生危害。

触头间隙重击穿的出现具有随机性，其出现的条件是：真空开关的触头刚分时刻超前工频电流零点的时间过短，即燃弧时间过短，使得电流过零熄弧和恢复电压出现时，触头开距不足够大，承受不了恢复电压的作用。

鉴于此，消除触头间隙重击穿的一种有效方法就是选相开断，即在真空开关的开断过程中，控制触头刚分时刻所处的工频电流相位，使得燃弧时间足够长，使得恢复电压出现时真空开关的触头开距足够大，不能被重击穿。而选相开断消除触头间隙重击穿的原理就是通过检测被开断工频电流的相位和选择控制指令的发出相位，避免开断过程中的重击穿。

目前开关的选相操作已经得到了广泛应用，取得了良好的效果。但是，在选相操作的实际应用中，选相操作的准确性依然是人们高度关注的问题。

工频电流(或电压)的周期是20ms，选相操作要求准确控制开关触头“刚分”或“刚闭”的时刻在指定的工频相位区间，控制精度需要在ms时间量级。在选相操作中，影响选相控制准确性的关键因素是开关机械动作时间的稳定性。

开关机械动作稳定性包括短期稳定性和长期稳定性。短期稳定性：开关动作过程中包含继电器、电磁铁和脱扣器等若干部件的动作，各个部件的动作时间都具有分散性，由此导致开关动作时间的分散性，此分散性还可能受温度和湿度等环境因素的影响。长期稳定性：开关长期运行中的部件磨损和老化等，导致动作时间的趋势性变化，如动作时间增大，或分散性增大。

因此，真空选相开关的运行维护对于保证选相操作的可靠性也非常重要。而目前真空选相开关的主要运维方式是定期检修，即按照一定的时间周期，让真空选相开关退出运行，通过专门的试验和测量，确认其选相操作的准确性，对可能存在的问题进行处理。

定期检修主要存在两个缺点。首先，开关需要退出运行，产生损失；其次，定期检修可能存在过检修和欠检修，限制运维效果。

真空选相开关操作特性的状态检修就可以消除定期检修的缺点。状态检修是在真空选相开关的工作过程中对其操作特性进行在线检测，及时发现问题和及时检修，避免不必要的停运检修，实现更好的运维效果。

真空开关选相开断性能劣化的一个重要表现是触头间隙重击穿，通过触头间隙重击穿的在线检测，可以及时发现真空开关选相开断性能的劣化。

在真空开关的开断过程中，如果发生触头间隙重击穿，重击穿将在电路中产生大的暂态电压和电流。通过传感和测量电路中的暂态电压或电流，就可以实现真空开关触头间隙重击穿的在线检测，进而可以及时发现选相开断的失效，及时给予报警，减少损失。但是该检测方式依赖检测设备，考虑到成本因素，无法做到对每个真空开关的电流和电压进行检测，难以普及，因此急需用于真空开关选相开断重击穿的在线检测方法及系统，能减轻对设备的依赖，可大批量推广，经济适用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有对选相开关状态检修手段存在的缺陷，提供了用于对真空开关选相开断重击穿的在线检测方法及系统。

为实现上述目的，本发明第一方面通过以下技术方案得以实现：用于对真空开关选相开断重击穿的在线检测方法，包括，

采集自真空开关在接受到控制信号后一段时间内，在该真空开关周围区域内的电磁波信号；

对采集到的电磁波信号进行整形处理；

获取整形处理后电磁波信号的特征；

将获取的电磁波信号特征与预先获取的参考电磁波信号特征进行对比；

若对比结果满足预设的条件，则判断对应该电磁波信号的真空开关选相开断性能存在问题；

所述的一段时间大于等于0ms，小于等于20ms；

所述的周围区域是以该真空开关为中心，半径为r的区域，r≤100m；

所述的参考电磁波信号特征是事先提取自真空开关发生重击穿时周围区域内的电磁波信号。

本发明进一步优选方案为：所述对检测到的电磁波信号进行整形处理的方式包括滤波和放大。

本发明进一步优选方案为：对所述电磁波的频率采集范围在[300,3000]mhz。

本发明进一步优选方案为：所述获取整形处理后电磁波信号的特征以及所述参考电磁波信号特征包括波形特征和/或波形参数特征。

本发明进一步优选方案为：所述预先获取的参考电磁波信号特征是利用真空开关历来发生重击穿时周围区域内的电磁波信号的波形特征数据通过深度学习算法构建特征识别模型；所述将获取的电磁波信号特征与预先获取的参考电磁波信号特征进行对比是将获取的电磁波信号的波形特征数据带入预先获取的特征识别模型以获得对比结果。

本发明进一步优选方案为：所述预先获取的参考电磁波信号特征是根据统计的真空开关历来发生重击穿时周围区域内的电磁波信号的波形参数特征来确定的波形参数特征区间，电磁波信号的波形参数特征包括振幅和频率；所述将获取的电磁波信号特征与预先获取的参考电磁波信号特征进行对比是判断获取的电磁波信号的振幅和频率是否落入由事先统计获得的电磁波信号的波形参数特征区间内输出判断结果。

本发明在第二方面提供了用于对真空开关选相开断重击穿的在线检测系统，使用了如第一方面所述的用于真空开关选相开断重击穿的在线检测方法，包括，

电磁波信号采集天线，用于采集自真空开关在接受到控制信号后一段时间内，在该真空开关周围区域内的电磁波信号；

滤波整形电路，用于对采集到的电磁波信号进行整形处理，过滤噪声并放大波形；

第一集成电路，用于接受滤波整形后的电磁波信号信息，并通过计算从中提取特征；

第二集成电路，用于将第一集成电路提取的特征与事先内部预存的特征进行对比并对外输出对比结果。

本发明进一步优选方案为：还包括模数转换电路，设置于滤波整形电路和第一集成电路之间，用于将滤波整形后的电磁波信号转换成数字信号并传递给所述第一集成电路。

综上所述，本发明具有以下有益效果：在真空开关的开断过程中，如果发生触头间隙重击穿，在周围空间产生很强的脉冲电磁波。通过测量在真空开关周围空间的脉冲电磁波，可以实现真空开关触头间隙重击穿的在线检测，即实现对真空开关选相开断性能的在线检测，一个检测系统就能够覆盖半径百来米的范围，能减轻对设备的依赖，可大批量推广，经济适用。

附图说明

图1是真空开关触头间隙重击穿和uhf检测信号的关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

本发明提供了一种用于对真空开关选相开断重击穿的在线检测方法，包括，

s1：采集自真空开关在接受到控制信号后一段时间内，在该真空开关周围区域内的电磁波信号；

s2：对采集到的电磁波信号进行整形处理，整形处理方式包括滤波和放大；

s3：获取整形处理后电磁波信号的特征；

s4：将获取的电磁波信号特征与预先获取的参考电磁波信号特征进行对比；

s5：若对比结果满足预设的条件，则判断对应该电磁波信号的真空开关选相开断存在重击穿问题，并输出判断结果。

在上述的步骤中，所述的一段时间的取值大于等于0ms，小于等于20ms。所述的周围区域是以该真空开关为中心，半径为r的区域，r≤100m。所述的参考电磁波信号特征是事先提取自真空开关发生重击穿时周围区域内的电磁波信号，而电磁波的频率采集范围在[300,3000]mhz，即采集的是特高频(uhf)电磁波。

具体地，所述获取整形处理后电磁波信号的特征以及所述参考电磁波信号特征包括波形特征或波形参数特征，或两者的组合。

若获取整形处理后电磁波信号的特征仅包括波形特征，则预先获取真空开关历来发生重击穿时周围区域内的电磁波信号的波形特征数据，通过深度学习算法构建特征识别模型。将获取的电磁波信号的波形特征数据带入预先获取的特征识别模型以获得对比结果。

若获取整形处理后电磁波信号的特征仅包括波形参数特征，则预先统计的真空开关历来发生重击穿时周围区域内的电磁波信号的波形参数特征，确定波形参数特征所在的区间范围。

电磁波信号的波形参数特征包括振幅和频率(通过波形特征建立的参考模型获得)，在统计真空开关历来发生重击穿时周围区域内的电磁波信号的振幅和频率后，求得平均振幅和频率，在平均增幅和频率的基础上±20％作为其区间的上下限。若获取整形处理后电磁波信号的振幅和频率能落入该区间内，则判断对应该电磁波信号的真空开关选相开断存在重击穿问题。

若获取整形处理后电磁波信号的特征包括波形特征和波形参数特征，则同时满足上述两个判断条件才能判断对应该电磁波信号的真空开关选相开断性能存在问题。电磁波信号的波形特征参见图1。

本发明还提供了用于对真空开关选相开断重击穿的在线检测系统，使用了用于对真空开关选相开断重击穿的在线检测方法，包括电磁波信号采集天线、滤波整形电路、模数转换电路、第一集成电路和第二集成电路(第一集成电路和第二集成电路可以为同一集成电路)。

电磁波信号采集天线，用于采集自真空开关在接受到控制信号后一段时间内，在该真空开关周围区域内的电磁波信号。

滤波整形电路，用于对采集到的电磁波信号进行整形处理，过滤噪声并放大波形。

模数转换电路，设置于滤波整形电路和第一集成电路之间，用于将滤波整形后的电磁波信号转换成数字信号并传递给所述第一集成电路。

第一集成电路，用于接受滤波整形后的电磁波信号信息，并通过计算从中提取特征。

第二集成电路，用于将第一集成电路提取的特征与事先内部预存的特征进行对比并对外输出对比结果。