專利名稱：斷路器剛分剛合點的在線判斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種斷路器剛分剛合點的在線判斷裝置。
背景技術(shù)：
斷路器是電力系統(tǒng)中重要的控制和保護電器，在電網(wǎng)運行中起到控制電力線路和設(shè)備投入與退出、迅速切除故障線路、保護無故障線路正常運行等重要作用，保障斷路器的正常工作是維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的定期檢修方式已不能滿足現(xiàn)代大規(guī)模電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，需要向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變。因此，能夠顯示斷路器工作狀況，具備故障 診斷功能，可以為狀態(tài)檢修提供依據(jù)的在線監(jiān)測技術(shù)就顯得尤為重要。斷路器在線監(jiān)測所包含的監(jiān)測對象主要有分合閘線圈電流、儲能電機電流、三相觸頭電壓電流、三相位移量、觸頭溫度、局部放電、真空包真空度及斷路器工作狀態(tài)(分合、儲能等)等。其中三相位移量的監(jiān)測尤為重要，許多斷路器的機械特性，包括觸頭開距、接觸行程、分合閘時間、分合閘速度、合閘順序及三相不同期性等參數(shù)都是由三相位移量數(shù)據(jù)計算得來。在這些機械特性參數(shù)的計算中，斷路器剛分剛合點的判斷起到了關(guān)鍵的作用，是確定觸頭開距、接觸行程及三相不同期性的前提。為了提高斷路器使用壽命，保障其穩(wěn)定運行，降低日常的維護費用，就必須完善在線監(jiān)測的內(nèi)容和提高監(jiān)測的精度。剛分剛合點的判斷就是在線監(jiān)測技術(shù)中的一個重要內(nèi)容，其監(jiān)測精度對于機械特征參數(shù)有著很大的影響，同時也決定著故障診斷的可信程度。傳統(tǒng)上對于斷路器的檢測大都是在離線空載的狀態(tài)下進行的，通過在三相觸頭上加輔助回路來完成檢測。而當(dāng)斷路器工作在在線負載狀態(tài)時，三相觸頭工作在高壓狀態(tài)，難以通過檢測回路電流來確定剛分剛合點，因而不能在斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)中得到應(yīng)用。所以，設(shè)計一種適用于在線監(jiān)測，能準(zhǔn)確判別斷路器剛分剛合點的在線測量新算法成為亟需解決的課題。國內(nèi)外對于斷路器剛分剛合點的判別進行了一定的研究，也產(chǎn)生了一些成果應(yīng)用于斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的對于斷路器分合閘剛分剛合點的檢測主要是通過光電編碼器來進行，將光電編碼器安裝于操動機構(gòu)主軸上，通過檢測轉(zhuǎn)角換算為動觸頭的行程。利用數(shù)值微分求取各采樣點速度，將速度零點認為是斷路器剛合點。其缺陷在于只能檢測斷路器主軸的轉(zhuǎn)角，無法將其轉(zhuǎn)化為三相單獨的位移量，給三相不同期性的計算帶來困難。近年來還出現(xiàn)了一種通過檢測三相合閘振動信號，提取振動信號特征量用來檢測剛合點的方法。該方法有一定的檢測精度，然而卻并不適用于10-20KV真空斷路器。總的來說，舊有的檢測方案存在著檢測精度不高，檢測方案復(fù)雜等缺陷，不適應(yīng)在線監(jiān)測的要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供了一種適用于在線監(jiān)測的斷路器剛分剛合點判斷裝置。本實用新型簡單實用、計算精度相對較高；其裝置成本較低、穩(wěn)定可靠、能夠連續(xù)運行，可滿足在線監(jiān)測關(guān)于剛分剛合點以及其他機械參數(shù)檢測的要求。[0007]本實用新型采用如下技術(shù)方案一種斷路器剛分剛合點的在線判斷方法的裝置，包括設(shè)有斷路器的操作機構(gòu)，以操作機構(gòu)的底板為測量基準(zhǔn)面，且在操作機構(gòu)上設(shè)有三相位移傳感器，三相位移傳感器的傳感頭與斷路器中的絕緣拉桿通過“Z”形連接件連接，使的傳感器拉桿位移能夠精確反映斷路器動觸頭位移。選擇微型線性位移傳感器KTS-25，通過采集位移數(shù)據(jù)來進行斷路器剛分剛合點及其他機械參數(shù)的計算。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點本實用新型利用三相位移傳感器采集行程信號，可以計算得到斷路器運行的絕大多數(shù)機械參數(shù)，不需要額外的數(shù)據(jù)通道，使得裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、運行穩(wěn)定可靠，滿足在線監(jiān)測的要求。利用加速度零點判斷斷路器合閘剛分點，具有較高的可信度，且該方法計算過程簡單，運算量較小，適用于在線監(jiān)測。利用小波消噪手段以及閾值限幅濾波去毛刺方法，排除干擾因素，提高了判斷方法的準(zhǔn)確度。

圖I為本實用新型所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作更進一步的說明。參照圖1，一種用于實施斷路器剛分剛合點的在線判斷方法的裝置，包括設(shè)有斷路器11的操作機構(gòu)1，以操作機構(gòu)I的底板為測量基準(zhǔn)面4，且在操作機構(gòu)I上設(shè)有三相位移傳感器2，三相位移傳感器2與斷路器11中的絕緣拉桿111通過“Z”形連接件3連接。為了分別得到斷路器三相剛分剛合點的精確位置，首先就必須合理選擇傳感器的型號與安裝位置。本實用新型選擇微型位移傳感器，其特點是體積小巧，易于安裝；結(jié)構(gòu)簡單，功耗較低；有較高的線性與重復(fù)精度，可以保證采樣精度；采用電阻式傳感器，響應(yīng)較快，保證了數(shù)據(jù)的實時性，特別適用于10-20KV真空斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)。本實用新型采用三個獨立的位移傳感器分別測量三相分合閘位移，克服了以往采用光電編碼器只能測量單相位移的缺陷。傳感器安裝在斷路器動觸頭絕緣拉桿下方，傳感器活動部件拉桿固定在斷路器絕緣拉桿上，外殼固定在斷路器基座上。安裝方向使傳感器與絕緣拉桿平行，故傳感器的位移可以完全反映動觸頭本身的位移。具體安裝位置如圖I所示。三相位移傳感器所得到的信號，通過信號調(diào)理濾波電路，由A/D轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。經(jīng)副處理器FPGA傳輸至主處理器ARM，ARM接收位移數(shù)據(jù)，將其與其他監(jiān)測量的采樣數(shù)據(jù)一起按照自定義報文格式打包，并通過以太網(wǎng)口發(fā)送至上位微機數(shù)據(jù)處理單元。上位機接收報文，解包并建立數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。軟件算法通過MATLAB軟件實現(xiàn)，通過MATLAB Builder for COM編譯器編譯生成COM組件，斷路器在線監(jiān)測軟件運行時調(diào)用COM組件完成數(shù)據(jù)計算，并將計算結(jié)果以數(shù)據(jù)及圖形的形式顯示。一種適用于在線監(jiān)測的斷路器剛分剛合點判斷裝置算法流程如下對A、B、C三相采用相同的算法流程如下(I)讀取上位機存儲的三相合閘過程位移數(shù)據(jù)disA(i)i = 1、2、3........以及預(yù)
先設(shè)定的配置數(shù)據(jù)，包括采樣頻率、動觸頭實際最大位移值A(chǔ)max以及動觸頭實際最小位移值 Amin。(2)原始數(shù)據(jù)預(yù)處理。數(shù)據(jù)在采集、傳輸、存儲過程中不可避免會受到一些外界的干擾，有些采樣點的干擾甚至相當(dāng)嚴重，對算法的計算精度產(chǎn)生了很大的影響。為了排除這些干擾，需要采取一些消噪和濾波手段。小波作為信號處理中的重要手段，在信號消噪中得到了廣泛的應(yīng)用。采用一維小波降噪方式wden，其參數(shù)選擇為選擇sym5小波；閾處理方式采用軟閾值方式，參數(shù)為Sorh = s ;閾值選擇采用最大最小值原理產(chǎn)生閾值，參數(shù)為tptr=minimaxi ;根據(jù)每一層小波分解的噪聲水平估計進行調(diào)整Seal = mln ；5層小波分解及重構(gòu)。消噪后位移離散數(shù)據(jù)為disAl(i)，其位移曲線平滑，更加接近實際。為了消除一些較大的干擾所形成的大型突變，采用去毛刺限幅濾波算法如下比較相鄰兩采樣點disAl(i)與diSAl(i+l)的數(shù)值，若他們之間的差值超過了所設(shè)定的閾值O. 1，則認為發(fā)生了突變干擾，需要舍棄該點的數(shù)值，用disAl(i)與diSAl(i+2)的線性插值來重構(gòu)該點diSAl(i+l)=(disAl(i)+disAl(i+2))/20 預(yù)處理后離散數(shù)據(jù)為 disA2(i)。(3)合閘實際位移disAs(i)、合閘起始時刻nhAl、合閘離散速度yA⑴計算。由于 位移傳感器采集的模擬信號是電壓值，所以必須利用配置數(shù)據(jù)將其轉(zhuǎn)化為實際的位移值。算法如下首先計算線性比例系數(shù)KK，表示實際位移量與所采集的信號電壓值之間的線性比例。KK = strA/ (av2-avl),其中av2表示A相合閘狀態(tài)的位移傳感器采樣電壓值,avl表示A相分閘狀態(tài)的位移傳感器采樣電壓值，總行程strA = Amax-Amin0再利用比例系數(shù)KK將所有的采樣數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化為實際離散位移量diSAS(i)，diSAS(i) = (disA2(i)-avl) XKK。由此得到實際離散位移disAs(i)。在機械參數(shù)的計算中，通常會以10%總行程作為起始點。因此，需要求取10%行程點nhAl?？梢酝ㄟ^向后逐個搜索實際離散位移量，如disAs(i)，并以第一個大于合閘過程總行程strA的10%所對應(yīng)時刻的點為nhAl。本算法是基于斷路器合閘過程加速度零點判據(jù)，因此必須求出每一采樣點處的離散速度值。實際離散位移量disAs(i)所對應(yīng)的離散合閘速度yA(i)通過數(shù)值微分三點公式得到，將
disAs (I)、disAs(l+l) > disAs (1+2)作為一組進行分段計算，I = 1、4、7、......、3n+l,n 為
自然數(shù)，其算法如下 yA{l) = \-3disAs{l) + AdisAsQ + 1)- disAs {I + 2)]y^(J +1) = ~~ ^—disAsil^ + disAs (I + 2)]yA(l + 2) = \disAs{l) - AdisAsQ + 1) + 3disAs(l + 2)]其中I = 1、4、7、……、3n+l，n為自然數(shù)，得到合閘過程離散合閘速度yA(i)。(4)剛合點判斷。傳統(tǒng)利用三相位移對剛合點判斷是通過速度零點作為依據(jù)，取得了一定的效果。然而，以斷路器動觸頭速度零點作為剛合點存在著一定的誤差。這是由于動靜觸頭本身具有一定的彈性，合閘過程中會產(chǎn)生一定的超程。在剛合點時刻，由于靜觸頭的反作用力，使動觸頭速度開始下降，此時加速度降為零，但速度值卻不為零。因此，以加速度零點作為剛合點的判據(jù)相對速度零點來說相對具有更高的精度，更加接近實際情況。其算法如下以 nhAl 作為起始點，利用公式 disAs (k+1) -disAs (k) < O 且 disAs (k) -disAs (k_l)>0作為基本判據(jù)向后搜索乜^8(1)，1^衣次取值為111^1、111^1+1、111^1+2、……，直至出現(xiàn)滿足條件的k并以滿足條件的第一個k點即為nhA2點。由于反向加速度較大，速度將很快降為零，因此速度零點與加速度零點非常接近且在加速度零點后方。故以速度零點nhA2作為起始點，在其前面一定范圍內(nèi)逆向搜索加速度零點。判斷準(zhǔn)則74(」+1)-7么(」)<0且yA(j)-yA(j-l) > O, j依次取值為nhA2、nhA2-l、nhA2_2、……，直至出現(xiàn)滿足條件的j并以滿足條件的第一個j點即為nhA3點，以此作為斷路器合閘過程剛合點。其具體算法流程如圖3所示。(5)斷路器合閘接觸行程定義為斷路器剛合點到斷路器動觸頭停止運動時刻動觸頭的位移，根據(jù)剛合點nhA3可以很方便求出接觸行程ConA = strA-disAs (nhA3)。(6)分閘過程剛分點計算。首先讀取動觸頭分閘過程的位移模擬量dispA(i)，用上述相同的方法進行消噪及去毛刺預(yù)處理，并通過線性比例系數(shù)KK將采集數(shù)據(jù)dispA(i)轉(zhuǎn)化為實際位移量dispAs(i)。據(jù)分合閘過程接觸行程ConA相等的原則，按順序向后搜索 dispAs (i)，并以第一個大于ConA所對應(yīng)時刻的點為nfAl，即分閘過程剛分點。
權(quán)利要求1.一種斷路器剛分剛合點的在線判斷裝置，包括設(shè)有斷路器(11)的操作機構(gòu)⑴，其特征在于，以操作機構(gòu)(I)的底板為測量基準(zhǔn)面(4)，且在操作機構(gòu)(I)上設(shè)有三相位移傳感器(2)，三相位 移傳感器(2)的傳感頭與斷路器(11)中的絕緣拉桿(111)通過“Z”形連接件⑶連接。
專利摘要本實用新型公開了一種斷路器剛分剛合點的在線判斷方法的裝置，包括設(shè)有斷路器的操作機構(gòu)，以操作機構(gòu)的底板為測量基準(zhǔn)面，且在操作機構(gòu)上設(shè)有三相位移傳感器，三相位移傳感器的傳感頭與斷路器中的絕緣拉桿通過“Z”形連接件連接。本實用新型利用三相位移傳感器采集行程信號，可以計算得到斷路器運行的絕大多數(shù)機械參數(shù)，不需要額外的數(shù)據(jù)通道，使得裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、運行穩(wěn)定可靠，滿足在線監(jiān)測的要求。利用加速度零點判斷斷路器合閘剛分點，具有較高的可信度，且該方法計算過程簡單，運算量較小，適用于在線監(jiān)測。利用小波消噪手段以及閾值限幅濾波去毛刺方法，排除干擾因素，提高了判斷方法的準(zhǔn)確度。
文檔編號G01M13/00GK202614509SQ20122014457
公開日2012年12月19日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者梅軍, 金炎, 鄭建勇, 戴永正, 梅飛, 顧宇鋒, 楊賽男, 錢雨 申請人:江蘇泰事達電氣有限公司, 東南大學(xué)