一种永磁机构真空断路器的分合闸控制方法与流程

本发明涉及真空断路器控制，尤其涉及一种永磁机构真空断路器的分合闸控制方法。

背景技术：

1、随着中压配电过程中对供电可靠性和自动化水平要求的不断提高，永磁机构真空断路器因其结构简单、机械寿命长、免维护的优势，逐渐取代传统弹簧机构成为电容器组投切、变压器投切等频繁操作场景的主流选择。永磁机构利用永久磁铁的磁保持力和电磁线圈的驱动力实现分合闸操作，其动作速度快、可控性好，能够满足电力系统对开关设备快速响应的需求。在实际应用中，用户期望断路器在全生命周期内保持稳定的分合闸性能，同时避免因机构磨损导致操作失败或设备损坏。

2、然而，现有永磁机构真空断路器的分合闸控制方法普遍采用开环或半开环策略，驱动参数在出厂后固定不变，无法根据设备实际运行状态进行自适应调整。随着操作次数积累，永磁体磁能积逐渐下降、机械摩擦增大、触头磨损加剧，固定参数控制会导致合闸速度偏离目标值、触头弹跳时间延长、接触电阻升高，严重时可能引发合闸涌流过大或开断失败。此外，现有方法缺乏对操作过程实时监测和动态补偿机制，当出现线圈电流异常、机构卡涩的故障时无法及时判别和处理；同时缺乏基于历史合格操作数据的磨损评估与参数自学习功能，难以实现预测性维护和全生命周期性能保持。因此，亟需一种能够实时监测、动态补偿以及自学习优化的闭环控制方法。

3、中国专利公开号：cn121416369a，公开了一种真空断路器及选相合闸控制方法，该真空断路器包括：混合式电磁机构和真空灭弧室；混合式电磁机构包括永磁合闸组件和电磁斥力分闸组件，永磁合闸组件包括并联设置的双线圈和t型动铁芯，构成放电回路以驱动真空灭弧室的动触头完成合闸动作并维持合闸状态，电磁斥力分闸组件包括同轴相对设置的静线圈盘和动线圈盘，构成反向电流斥力回路以驱动真空灭弧室的动触头完成分闸动作并维持分闸状态，动线圈盘通过绝缘导杆与永磁合闸组件的t型动铁芯连接；真空灭弧室包括驱动连接杆、动触头和静触头，驱动连接杆的一端与动触头连接，驱动连接杆的另一端与绝缘导杆连接。由此可见，现有技术存在以下问题：

4、现有技术中在分合闸操作执行前存在外部电网异常和内部过热隐患，制动过程中电流存在波动，以及永磁机构及触头存在累积特征导致设备参数偏移影响分合闸控制精度，进而导致断路器的分合闸控制精度低以及断路器在分合闸控制过程中损坏风险高的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种永磁机构真空断路器的分合闸控制方法，用以克服现有技术中制动过程中电流存在波动以及永磁机构及触头存在累积特征导致断路器的分合闸控制精度低，断路器在分合闸控制过程中损坏风险高的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种永磁机构真空断路器的分合闸控制方法，包括：

3、基于目标断路器的预检参数与预检参数阈值进行比对分析，以确定是否处于分合闸控制操作区间，其中，所述预检参数包括电网电压、负载电流以及线圈温度；

4、响应于处于分合闸控制操作区间的判定结果，基于预设的驱动参数对目标断路器的线圈电流开启软启动制动阶段；

5、基于所述软启动制动阶段获取的线圈电流占空比与预设的线圈电流占空比阈值进行对比分析，以基于预设的驱动参数对目标断路器的线圈电流开启全加速制动阶段；

6、基于所述全加速制动阶段获取的线圈实时电流确定是否对线圈电流占空比进行动态补偿；

7、基于所述全加速制动阶段获取的动铁心实时位置以及实时速度确定动铁心的制动触发位置，以基于动铁心实时位置以及所述制动触发位置结束全加速制动阶段；

8、在全加速制动阶段结束后获取目标断路器的触头检测参数以对当前制动周期是否符合标准进行验证；

9、响应于当前制动周期符合标准，基于符合标准的历史制动周期的累积特征参数分析目标断路器的累积操作特征因子，其中，所述累积特征参数包括累积线圈能耗以及累积制动次数；

10、基于所述累积操作特征因子与预设的累积操作特征因子阈值进行对比分析，以确定是否对后续制动周期的驱动参数进行调节并输出后续制动周期的驱动参数，其中，所述驱动参数包括软启动制动阶段的占空比上升速率、全加速制动阶段的驱动电压幅值。

11、进一步地，确定是否处于分合闸控制操作区间的过程包括：

12、若所述预检参数均符合第一预设条件判定处于分合闸控制操作区间；

13、其中，所述第一预设条件为电网电压处于电网电压预设区间，负载电流小于预设的负载电流阈值，线圈温度小于预设的线圈温度阈值。

14、进一步地，开启软启动制动阶段的过程包括：

15、基于预设的线圈电流占空比上升速率将目标断路器的线圈电流占空比进行线性提升；

16、计算线圈电流实际占空比序列与理论线性上升值序列之间偏差的方差，以确定软启动制动阶段的稳定指标；

17、基于所述稳定指标大于预设的稳定指标阈值的对比结果，对预设的线圈电流占空比上升速率进行动态调整。

18、进一步地，对目标断路器的线圈电流开启全加速制动阶段的过程包括：

19、基于线圈电流占空比首次达到预设的线圈电流占空比阈值，判定基于预设的驱动电压幅值对目标断路器的线圈电流开启全加速制动阶段。

20、进一步地，确定是否对线圈电流占空比进行动态补偿的过程包括：

21、基于线圈实时电流的时序序列与预设的电流时序序列进行对比，以计算电流偏差值；

22、基于所述电流偏差值大于预设的电流偏差值阈值的持续时长大于预设的持续时长阈值的对比结果，确定需要对线圈电流占空比进行动态补偿。

23、进一步地，对线圈电流占空比进行动态补偿的过程包括：

24、基于所述电流偏差值与电流偏差值阈值的差值确定第一占空比调节量；

25、基于所述电流偏差值对时间的积分确定第二占空比调节量；

26、基于所述第一占空比调节量以及所述第二占空比调节量确定占空比补偿量。

27、进一步地，确定动铁心的制动触发位置的过程包括：

28、基于动铁心实时位置首次达到动铁心预设位置，获取当前动铁心实时速度；

29、计算当前动铁心实时速度与预设的动铁心速度阈值的比值，以基于所述比值与预设制动偏移阈值的乘积确定制动触发位置。

30、进一步地，对当前制动周期是否符合标准进行验证的过程包括：

31、基于所述触头检测参数均小于预设的触头检测参数阈值的对比结果，判定当前制动周期符合标准。

32、进一步地，分析目标断路器的累积操作特征因子的过程包括：

33、基于累积线圈能耗与预设的累积线圈能耗阈值的比值确定第一累积操作特征因子；

34、基于累积制动次数与预设的累积制动次数阈值的比值确定第二累积操作特征因子。

35、进一步地，确定是否对后续制动周期的驱动参数进行调节的过程包括：

36、基于所述累积操作特征因子符合第二预设条件确定对后续制动周期的驱动参数进行调节；

37、其中，所述第二预设条件为所述第一累积操作特征因子大于预设的第一累积操作特征因子阈值且所述第二累积操作特征因子大于预设的第二累积操作特征因子阈值。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过从预检条件判定到软启动、全加速、动态补偿、自适应制动、控制合格验证、累积操作特征因子分析直至驱动参数自学习的完整流程，构建了一个全生命周期的分合闸控制体系。该体系将每一次操作的数据反馈用于优化下一次操作，使控制参数随着设备累积能耗和累积制动次数的增长自动演进，从而在全生命周期内保持稳定的分合闸动态特性。具体而言，通过预检环节排除了外部电网异常和内部过热隐患；通过软启动制动阶段消除电流突变对机构的冲击；通过全加速环节保证快速响应；通过动态补偿使电磁力输出精确可控；通过自适应制动过程中确定的制动触发位置实现精准制动；控制合格验证为评估提供了客观依据；累积操作特征因子分析环节将能量消耗和动作次数分别量化为第一、第二累积操作特征因子；驱动参数的更新则使得控制过程充分符合设备状态，能够随着服役时间的延长自动调整驱动力，避免后期性能劣化。本发明提高了对断路器的分合闸控制精度以及降低了断路器在分合闸控制过程中损坏风险。

39、进一步地，本发明通过对电网电压、负载电流和线圈温度三个关键预检参数进行阈值比对，能够在操作执行前排除外部电源异常、带载分闸风险以及线圈过热隐患，有效防止在危险条件下强行操作导致的设备损坏或电力事故。具体而言，电网电压检测避免了电压过低导致电磁力不足而拒动，以及电压过高导致冲击过大而损坏机构；负载电流检测在合闸前确认电流接近零，防止带负荷合闸产生的大电流烧蚀触头，在分闸前确认电流在安全开断能力以内，防止开断失败；线圈温度检测防止了因连续操作导致线圈过热绝缘老化，乃至烧毁线圈的严重故障。通过对预检参数的验证，提升了操作安全性和设备可靠性，使断路器在不利条件下能够主动拒绝操作而非被动承受损害。

40、进一步地，本发明通过在线性提升占空比过程中计算实际上升序列的方差并与稳定指标阈值比较，能够定量评估软启动的平稳程度，并动态调整上升速率，使软启动过程自适应于不同的机械摩擦状态和电源波动。方差的差距直接表征了驱动波形的平滑度，方差越小，说明实际占空比越接近理想线性上升曲线，电流变化越连续，铁心起动越平稳；方差过大意味着存在阶梯跳变或抖动，会产生额外的机械冲击。通过动态调整上升速率，本方法能够自动适应不同批次线圈的电感差异、不同环境温度下的电阻变化以及长期磨损后的机械特性改变，从而最小化初始冲击力，延长传动部件寿命，同时保持软启动过程始终平滑。

41、进一步地，本发明通过将占空比首次达到阈值作为开启全加速的判据，实现了从软启动到全加速的无缝切换，避免了过早或过晚切换导致的驱动力不足或冲击过大。过早切换，占空比未达到足够值会导致铁心尚未获得足够初始速度就突加最大驱动力，产生二次冲击；过晚切换，占空比已经过高则会使软启动阶段过长，延长操作总时间，降低响应速度。本方法使切换时刻与铁心实际运动状态相匹配，保证铁心在获得合适初速度后立即得到最大驱动力，缩短操作总时间，同时避免因切换时机不当产生的额外机械振动。

42、进一步地，本发明通过实时监测线圈电流并与理想曲线对比，结合偏差阈值和持续时长的双重判断，能够准确识别需要补偿的正常波动和需要紧急停机的严重故障。实现在保证控制精度的同时，设置分级安全保护机制。

43、进一步地，本发明通过比例和积分双通道计算占空比补偿量，兼顾了电流误差的快速响应和稳态精度，使线圈电流能够精确跟踪理想曲线。比例通道对当前瞬时误差直接做出响应，误差越大补偿越强，能够快速将电流拉回理想轨迹；积分通道累积历史误差，能够消除因系统摩擦、电感变化等引起的静态余差，使电流在操作后期精确贴合理想值，使线圈电流在全操作过程中始终围绕理想曲线波动，从而保证电磁力输出的稳定性和可控性。

44、进一步地，本发明通过基于实时速度动态计算制动触发位置，实现了速度自适应的制动起点控制，使高速时提前制动、低速时延迟制动，从而保证无论机构摩擦阻力如何变化、永磁体磁能积如何衰减，触头都能以一致的末速度到达目标位置。制动触发位置计算公式中，偏移量与当前速度成正比：速度越快，减去越大的偏移量，即越早开始制动；速度越慢，偏移量越小，制动点越接近目标位置。以克服传统固定位置制动方式的缺陷，避免固定位置制动在触头速度快时会使制动过晚导致撞击猛烈、弹跳严重，在触头速度慢时会使制动过早导致无法到达目标位置。本方法降低速度波动和触头弹跳，延长电气寿命和机械寿命。

45、进一步地，本发明通过操作完成后对接触电阻和弹跳次数的双重验证，能够量化评估本次操作的实际质量，并及时发现触头磨损、制动参数不匹配等问题。接触电阻是判断触头电气接触可靠性的最直接指标，电阻异常升高意味着触头表面已经出现严重氧化、磨损或点蚀，可能导致合闸状态下发热超标甚至熔焊；弹跳次数是衡量机械缓冲和制动效果的重要指标，弹跳过多会导致触头间电弧反复重燃，加速触头烧蚀。通过每次操作后的自动质量验证，可及时发现性能退化趋势，为累积操作特征因子分析提供精确的输入数据，同时提供可追溯的操作记录，支撑预测性维护决策。

46、进一步地，本发明通过基于累积线圈能耗和累积制动次数分别计算第一累积操作特征因子和第二累积操作特征因子，将设备的做功量和动作频次分别量化，并仅当两个特征因子均超过各自阈值时才对驱动参数进行调节，避免了单一指标片面性导致的误判。累积线圈能耗表征了电磁机构输出能量的总和，能量消耗越多，确定永磁体磁能积衰减越严重；累积制动次数直接体现了机械循环次数对弹簧、轴承等易损件的疲劳损耗。两个因子共同超过阈值才触发补偿，能够更可靠地表征设备实际劣化程度，为驱动参数的自适应调节提供客观依据，以实现基于设备状态的预测性维护。

47、进一步地，本发明通过将第一累积操作特征因子和第二累积操作特征因子分别与各自阈值比较，并在两者均大于阈值时动态调整驱动电压幅值和占空比上升速率，实现了对设备老化、磨损的自适应补偿。当两个累积操作特征因子均超过设定阈值时，提升全加速驱动电压幅值并提高软启动占空比上升速率，使断路器在全生命周期内保持一致的合闸速度和弹跳水平，避免固定参数控制下在寿命后期出现的速度严重偏低、弹跳恶化的问题。