本發(fā)明屬于配電自動(dòng)化以及配電斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體是一種配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)評(píng)估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

配網(wǎng)斷路器作為絕緣和滅弧裝置是開(kāi)關(guān)電器中最為關(guān)鍵的一種電氣設(shè)備。正常運(yùn)行時(shí)，用來(lái)進(jìn)行倒換運(yùn)行方式，根據(jù)需要把設(shè)備或線路接入電路或使其退出運(yùn)行，當(dāng)設(shè)備或線路發(fā)生故障時(shí)又能快速切除，保證其他部分安全正常運(yùn)行。它在配網(wǎng)中起著控制和保護(hù)的雙重作用，其工作狀態(tài)直接影響電力系統(tǒng)的安全和可靠性。

斷路器的可靠性在很大程度上取決于其機(jī)械操動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。我國(guó)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)事故統(tǒng)計(jì)分析表明，斷路器的故障中，機(jī)械故障(包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制回路)占全體故障的80％以上，其它滅弧、絕緣故障占有較小的比例，發(fā)熱故障比例更低。斷路器由于機(jī)械原因所造成的事故無(wú)論是在次數(shù)，還是在事故所造成的停電時(shí)間上都占據(jù)總量60％以上。因此對(duì)斷路器的機(jī)械特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)及診斷十分重要。

當(dāng)前配網(wǎng)進(jìn)入自動(dòng)化、智能化發(fā)展新時(shí)代。配電自動(dòng)化的快速發(fā)展為配網(wǎng)運(yùn)維檢修和設(shè)備狀態(tài)管控提供了新的途徑。配電自動(dòng)化終端中的“遙信”、“遙測(cè)”功能在一定程度上實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)的分布式監(jiān)測(cè)，因此，在配電自動(dòng)化終端的基本功能上進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)斷路器的分布式在線監(jiān)測(cè)是一種新的發(fā)展思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于配電自動(dòng)化的配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)評(píng)估方法及系統(tǒng)，充分利用配電自動(dòng)化終端的基本功能，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)斷路器機(jī)械性能監(jiān)測(cè)，能有效的拓展配電自動(dòng)化在配網(wǎng)運(yùn)維方面的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)評(píng)估方法，包括以下步驟：

在斷路器分合閘線圈回路中接入霍爾電流傳感器，監(jiān)測(cè)斷路器分合閘線圈電流信息，并通過(guò)串口接入配電自動(dòng)化終端；

配電自動(dòng)化終端采集基本監(jiān)測(cè)量：終端遙測(cè)電流量以及遙信量；

配電自動(dòng)化終端的通信模塊采用配電自動(dòng)化終端通信通道將終端遙測(cè)電流量、遙信量以及分合閘線圈電流信息匯集后通過(guò)統(tǒng)一通信協(xié)議上傳；

上傳的終端遙測(cè)電流量、遙信量以及分合閘線圈電流信息匯總至配電自動(dòng)化主站進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息評(píng)估；

配電自動(dòng)化主站進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息評(píng)估包括配電斷路器機(jī)械特性分析評(píng)估、配電斷路器觸頭電壽命評(píng)估以及對(duì)斷路器狀態(tài)分級(jí)測(cè)評(píng)給出檢修策略。

所述配電自動(dòng)化主站進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息評(píng)估包括以下步驟：

當(dāng)遙信量發(fā)生改變時(shí)，斷路器機(jī)械特性分析評(píng)估程序開(kāi)始啟動(dòng)；

采用智能模式匹配算法，對(duì)采集的分合閘線圈電流信息進(jìn)行分析，評(píng)估電磁鐵鐵芯機(jī)構(gòu)有無(wú)卡澀、變形、脫扣失靈現(xiàn)象；評(píng)估配電斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)情況；評(píng)估斷路器的部分機(jī)械缺陷類型和發(fā)展趨勢(shì)；

利用分合閘線圈電流、遙測(cè)電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算斷路器分、合閘時(shí)間，基于開(kāi)斷電流及分合閘時(shí)間，從遙測(cè)電流中分析提取開(kāi)斷電流，利用加權(quán)評(píng)估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況，評(píng)估斷路器觸頭電壽命；

依據(jù)上述評(píng)估結(jié)果，對(duì)斷路器狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)測(cè)評(píng)，并給出運(yùn)檢策略。

所述智能模式匹配算法具體步驟如下：

建立分合閘線圈波形庫(kù)，包括每一型號(hào)斷路器正常情況波形庫(kù)，被測(cè)斷路器歷史波形庫(kù)，以及各種缺陷波形庫(kù)；

對(duì)采集的斷路器分合閘線圈電流波形信息進(jìn)行預(yù)處理；

對(duì)采集的斷路器分合閘線圈電流波形信息進(jìn)行特征提取與選擇；

特征曲線生成以及特征匹配與對(duì)比分析，通過(guò)將被測(cè)波形與正常波形、歷史波形的差異度進(jìn)行量化，評(píng)估斷路器機(jī)械狀態(tài)，通過(guò)與缺陷波形特征進(jìn)行匹配評(píng)估機(jī)械缺陷及原因。

所述利用加權(quán)評(píng)估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損情況，評(píng)估斷路器觸頭電壽命的具體步驟如下：

監(jiān)測(cè)配電斷路器分合閘線圈開(kāi)斷電流開(kāi)斷次數(shù)，燃弧時(shí)間參數(shù)；

利用分合閘線圈電流信息、遙測(cè)電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算斷路器分、合閘時(shí)間；

基于開(kāi)斷電流及分合閘時(shí)間，從遙測(cè)電流中分析提取開(kāi)斷電流，利用加權(quán)評(píng)估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況；

通過(guò)斷路器觸頭電磨損量情況評(píng)估觸頭電壽命，預(yù)測(cè)觸頭的剩余壽命。

所述計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況的公式如下：

其中Q為觸頭的電磨損量，I_i為第i次開(kāi)斷電流，t_i為第i次開(kāi)斷燃弧時(shí)間；t_i通過(guò)分合閘線圈電流、遙測(cè)電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算獲得。

所述霍爾電流傳感器監(jiān)測(cè)的斷路器分合閘線圈電流信息經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后通過(guò)串口接入配電自動(dòng)化終端。

一種配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，包括設(shè)置在配電自動(dòng)化終端的監(jiān)測(cè)裝置、配電自動(dòng)化終端通信通道以及配電自動(dòng)化主站，

所述監(jiān)測(cè)裝置包括接入斷路器分合閘線圈回路中的霍爾電流傳感器、配電自動(dòng)化終端遙測(cè)模塊和遙信模塊，霍爾電流傳感器用于監(jiān)測(cè)斷路器分合閘線圈電流信息并將其通過(guò)串口傳輸?shù)脚潆娮詣?dòng)化終端，配電自動(dòng)化終端遙測(cè)模塊用于采集終端遙測(cè)電流量，遙信模塊用于采集配電自動(dòng)化終端的遙信量；

所述配電自動(dòng)化終端通信通道包括信息匯集模塊以及光纖或無(wú)線通信模塊，信息匯集模塊用于將斷路器分合閘線圈電流信息、遙測(cè)電流量和遙信量進(jìn)行匯總，光纖或無(wú)線通信模塊用于將信息匯集模塊匯總后的監(jiān)測(cè)信息利用統(tǒng)一通信協(xié)議上傳至配電自動(dòng)化主站；

所述配電自動(dòng)化主站用于對(duì)匯總后的監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行分析處理，給出配電斷路器機(jī)械特性評(píng)估結(jié)果以及運(yùn)檢策略。

所述霍爾電流傳感器上連接A/D轉(zhuǎn)換器，用于將采集的斷路器分合閘線圈電流信息模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)便于通過(guò)串口傳輸。

本發(fā)明的技術(shù)效果：本發(fā)明充分利用配電自動(dòng)化終端的基本功能，通過(guò)在配電斷路器中安裝簡(jiǎn)單的霍爾電流傳感器，并結(jié)合自動(dòng)化終端通訊通道、遙測(cè)、遙信量，實(shí)現(xiàn)配電斷路器機(jī)械性能的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)評(píng)估，提高設(shè)備檢修的針對(duì)性，有效拓展配電自動(dòng)化在配網(wǎng)運(yùn)維方面的應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)評(píng)估方法流程示意圖；

圖2是本發(fā)明配電自動(dòng)化主站進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息評(píng)估流程示意圖；

圖3是本發(fā)明智能模式匹配算法流程示意圖；

圖4是本發(fā)明評(píng)估斷路器觸頭電壽命流程示意圖；

圖5是本發(fā)明監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)分別表示：1-配電自動(dòng)化終端，2-斷路器分合閘線圈回路，3-霍爾電流傳感器，4-串口，5-信息匯集模塊，6-光纖或無(wú)線通信模塊，7-配電自動(dòng)化主站。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1所示，一種配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)評(píng)估方法，包括以下步驟：

S1.在斷路器分合閘線圈回路中接入霍爾電流傳感器，監(jiān)測(cè)斷路器分合閘線圈電流信息，并通過(guò)串口接入配電自動(dòng)化終端；

S2.配電自動(dòng)化終端采集基本監(jiān)測(cè)量：終端遙測(cè)電流量以及遙信量；

S3.配電自動(dòng)化終端的通信模塊采用配電自動(dòng)化終端通信通道將終端遙測(cè)電流量、遙信量以及分合閘線圈電流信息匯集后通過(guò)統(tǒng)一通信協(xié)議上傳；

S4.上傳的終端遙測(cè)電流量、遙信量以及分合閘線圈電流信息匯總至配電自動(dòng)化主站進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息評(píng)估；

S5.配電自動(dòng)化主站進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息評(píng)估包括配電斷路器機(jī)械特性分析評(píng)估、配電斷路器觸頭電壽命評(píng)估以及對(duì)斷路器狀態(tài)分級(jí)測(cè)評(píng)給出檢修策略。

如圖2所示，所述配電自動(dòng)化主站進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息評(píng)估包括以下步驟：

S10.當(dāng)遙信量發(fā)生改變時(shí)，斷路器機(jī)械特性分析評(píng)估程序開(kāi)始啟動(dòng)；

S20.采用智能模式匹配算法，對(duì)采集的分合閘線圈電流信息進(jìn)行分析，評(píng)估電磁鐵鐵芯機(jī)構(gòu)有無(wú)卡澀、變形、脫扣失靈現(xiàn)象；評(píng)估配電斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)情況；評(píng)估斷路器的部分機(jī)械缺陷類型和發(fā)展趨勢(shì)；

S30.利用分合閘線圈電流、遙測(cè)電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算斷路器分、合閘時(shí)間，基于開(kāi)斷電流及分合閘時(shí)間，從遙測(cè)電流中分析提取開(kāi)斷電流，利用加權(quán)評(píng)估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況，評(píng)估斷路器觸頭電壽命；

S40.依據(jù)上述評(píng)估結(jié)果，對(duì)斷路器狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)測(cè)評(píng)，并給出運(yùn)檢策略。

如圖3所示，所述智能模式匹配算法具體步驟如下：

S100.建立分合閘線圈波形庫(kù)，包括每一型號(hào)斷路器正常情況波形庫(kù)，被測(cè)斷路器歷史波形庫(kù)，以及各種缺陷波形庫(kù)；

S200.對(duì)采集的斷路器分合閘線圈電流波形信息進(jìn)行預(yù)處理；

S300.對(duì)采集的斷路器分合閘線圈電流波形信息進(jìn)行特征提取與選擇；

S400.特征曲線生成以及特征匹配與對(duì)比分析，通過(guò)將被測(cè)波形與正常波形、歷史波形的差異度進(jìn)行量化，評(píng)估斷路器機(jī)械狀態(tài)，通過(guò)與缺陷波形特征進(jìn)行匹配評(píng)估機(jī)械缺陷及原因。

如圖4所示，所述利用加權(quán)評(píng)估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損情況，評(píng)估斷路器觸頭電壽命的具體步驟如下：

S01.監(jiān)測(cè)配電斷路器分合閘線圈開(kāi)斷電流開(kāi)斷次數(shù)，燃弧時(shí)間參數(shù)；

S02.利用分合閘線圈電流信息、遙測(cè)電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算斷路器分、合閘時(shí)間；

S03.基于開(kāi)斷電流及分合閘時(shí)間，從遙測(cè)電流中分析提取開(kāi)斷電流，利用加權(quán)評(píng)估算法，計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況；

S04.通過(guò)斷路器觸頭電磨損量情況評(píng)估觸頭電壽命，預(yù)測(cè)觸頭的剩余壽命。

所述計(jì)算斷路器觸頭電磨損量情況的公式如下：

其中Q為觸頭的電磨損量，I_i為第i次開(kāi)斷電流，t_i為第i次開(kāi)斷燃弧時(shí)間；t_i通過(guò)分合閘線圈電流、遙測(cè)電流變化情況，以及遙信量綜合計(jì)算獲得。

所述霍爾電流傳感器監(jiān)測(cè)的斷路器分合閘線圈電流信息經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后通過(guò)串口接入配電自動(dòng)化終端。

如圖5所示，一種配電斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，包括設(shè)置在配電自動(dòng)化終端1的監(jiān)測(cè)裝置、配電自動(dòng)化終端通信通道以及配電自動(dòng)化主站7，

所述監(jiān)測(cè)裝置包括接入斷路器分合閘線圈回路2中的霍爾電流傳感器3、配電自動(dòng)化終端遙測(cè)模塊和遙信模塊，霍爾電流傳感器2用于監(jiān)測(cè)斷路器分合閘線圈電流信息并將其通過(guò)串口4傳輸?shù)脚潆娮詣?dòng)化終端的信息匯集模塊5，配電自動(dòng)化終端遙測(cè)模塊用于采集終端遙測(cè)電流量，遙信模塊用于采集配電自動(dòng)化終端的遙信量；

所述配電自動(dòng)化終端通信通道包括信息匯集模塊5以及光纖或無(wú)線通信模塊6，信息匯集模塊5用于將斷路器分合閘線圈電流信息、遙測(cè)電流量和遙信量進(jìn)行匯總，光纖或無(wú)線通信模塊6用于將信息匯集模塊匯總后的監(jiān)測(cè)信息利用統(tǒng)一通信協(xié)議上傳至配電自動(dòng)化主站7；

所述配電自動(dòng)化主站7用于對(duì)匯總后的監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行分析處理，給出配電斷路器機(jī)械特性評(píng)估結(jié)果以及運(yùn)檢策略。

所述霍爾電流傳感器3上連接A/D轉(zhuǎn)換器，用于將采集的斷路器分合閘線圈電流信息模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)便于通過(guò)串口傳輸。

本發(fā)明充分利用配電自動(dòng)化終端的基本功能，通過(guò)在配電斷路器中安裝簡(jiǎn)單的霍爾電流傳感器，并結(jié)合自動(dòng)化終端通訊通道、遙測(cè)、遙信量，實(shí)現(xiàn)配電斷路器機(jī)械性能的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)，提高設(shè)備檢修的針對(duì)性，有效拓展配電自動(dòng)化在配網(wǎng)運(yùn)維方面的應(yīng)用。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。