一种斥力开关的驱动单元状态监测方法及装置与流程

1.本技术涉及断路器技术领域，尤其涉及一种斥力开关的驱动单元状态监测方法及装置。


背景技术：

2.随着柔性直流输变电工程建设从特高压主干网向配网以及用户端逐步扩展，配网直流断路器的应用越来越广泛。作为配网直流断路器的关键组件，斥力开关在直流断路器正常工作时导通工作电流，在故障保护时，短时承担短路电流并通过快速绝缘恢复能力隔离故障线路。其重要性不言而喻。
3.据统计，配网直流断路器近75％的故障由斥力开关引起，而斥力开关近80％的故障由驱动单元引起，因此斥力开关驱动单元的运行监测对于配网直流断路器运检工作至关重要，可提前发现斥力开关异常变化和故障演变，避免出现配网直流断路器误动和拒动事故影响电力系统稳定运行。与传统的机械开关采用大功率弹簧机构、液压机构驱动不同，斥力开关采用斥力机构进行驱动斥力机构由本体和驱动单元组成。其中，本体包含斥力盘、斥力线圈和传动、保持和缓冲装置；驱动单元包含储能电容及其充放电模块、放电晶闸管组及其触发控制模块。
4.由于斥力机构驱动单元的特殊原理和电气结构，现有的传统开关驱动单元的监测手段并不适用于对斥力开关的驱动单元状态进行监测。因此，亟需一种适用于对斥力开关驱动单元状态进行监测的方法。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种斥力开关的驱动单元状态监测方法及装置，用于解决传统开关驱动单元的监测技术不适用于对斥力开关驱动单元状态进行监测的技术问题。
6.有鉴于此，本技术第一方面提供了一种斥力开关的驱动单元状态监测方法，所述方法包括：
7.当充电电源运行时，接收运行特征码并采集充电电源的电压数据，根据所述运行特征码和所述电压数据确定充电电源状态，并根据所述充电电源状态得到故障级别；
8.当斥力开关进行分闸或分断时，获取斥力机构的多组放电电流数据，并根据多组所述放电电流数据之间的第一浮动范围，确定放电电流的偏差严重程度；
9.采集电容的多组历史电压数据并测量电容的电容值，计算多组所述历史电压数据之间的第二浮动范围，并根据所述电容值和电容运行时间计算电容年衰率，根据所述第二浮动范围和所述年衰率确定电容运行状态；
10.接收控制器主机的指令信息，通过所述指令信息控制机械开关的分闸或合闸，并获取分闸或合闸的响应时间，根据所述响应时间确定控制器的时序正确性；
11.根据所述故障级别、所述偏差严重程度、所述电容运行状态、所述时序正确性确定是否发出告警信号或控制斥力开关停止分闸。
12.可选地，还包括：
13.当晶闸管的控制触发板工作时，获取晶闸管的驱动电压信号，并测量所述驱动电压信号的驱动波形的开通时间、开通电压、关断电压，以及驱动极性；
14.分别将所述开通时间、所述开通电压、所述关断电压、驱动极性与对应的预置标准值比较，确定控制触发板运行状态，当所述控制触发板运行状态为异常时，发出告警信号。
15.可选地，所述根据所述运行特征码和所述电压数据确定充电电源状态，并根据所述充电电源状态得到故障级别，具体包括：
16.根据所述电压数据计算所述充电电源的电压值与预置电压标准值的差值；
17.当所述运行特征码等于预置特征码值且所述差值不在预置范围内时，所述充电电源为故障状态，并根据所述差值与预置范围的差确定故障级别。
18.可选地，所述获取斥力机构的多组放电电流数据，并根据多组所述放电电流数据之间的第一浮动范围，确定放电电流的偏差严重程度，具体包括：
19.通过可变量程积分器测量得到斥力开关的多组等效脉冲电流数据；
20.计算多组所述等效脉冲电流数据之间的第一浮动范围，当所述第一浮动范围大于50a时，发出告警信号；
21.并根据第一浮动范围确定放电电流的偏差严重程度。
22.可选地，所述根据所述电容值和电容运行时间计算电容年衰率，具体包括：
23.将所述电容值、额定电容值、和电容出厂年限代入值电容年衰率计算公式中计算，得到所述电容年衰率。
24.可选地，所述电容年衰率计算公式为：
[0025][0026]
式子，c
t
为电容值，c
set
为额定电容值，n为电容出厂年限。
[0027]
本技术第二方面提供一种斥力开关的驱动单元状态监测装置，所述装置包括：
[0028]
第一监测模块，用于当充电电源运行时，接收运行特征码并采集充电电源的电压数据，根据所述运行特征码和所述电压数据确定充电电源状态，并根据所述充电电源状态得到故障级别；
[0029]
第二监测模块，用于当斥力开关进行分闸或分断时，获取斥力机构的多组放电电流数据，并根据多组所述放电电流数据之间的第一浮动范围，确定放电电流的偏差严重程度；
[0030]
第三监测模块，用于采集电容的多组历史电压数据并测量电容的电容值，计算多组所述历史电压数据之间的第二浮动范围，并根据所述电容值和电容运行时间计算电容年衰率，根据所述第二浮动范围和所述年衰率确定电容运行状态；
[0031]
第四监测模块，用于接收控制器主机的指令信息，通过所述指令信息控制机械开关的分闸或合闸，并获取分闸或合闸的响应时间，根据所述响应时间确定控制器的时序正确性；
[0032]
告警控制模块，用于根据所述故障级别、所述偏差严重程度、所述电容运行状态、所述时序正确性确定是否发出告警信号或控制斥力开关停止分闸。
[0033]
可选地，还包括：
[0034]
第五监测模块，用于当晶闸管的控制触发板工作时，获取晶闸管的驱动电压信号，并测量所述驱动电压信号的驱动波形的开通时间、开通电压、关断电压，以及驱动极性；
[0035]
告警模块，用于分别将所述开通时间、所述开通电压、所述关断电压、驱动极性与对应的预置标准值比较，确定控制触发板运行状态，当所述控制触发板运行状态为异常时，发出告警信号。
[0036]
可选地，所述第一监测模块，具体用于：
[0037]
当充电电源运行时，接收运行特征码并采集充电电源的电压数据；
[0038]
根据所述电压数据计算所述充电电源的电压值与预置电压标准值的差值；
[0039]
当所述运行特征码等于预置特征码值且所述差值不在预置范围内时，所述充电电源为故障状态，并根据所述差值与预置范围的差确定故障级别。
[0040]
可选地，所述第二监测模块，具体用于：
[0041]
当斥力开关进行分闸或分断时，通过可变量程积分器测量得到斥力开关的多组等效脉冲电流数据；
[0042]
计算多组所述等效脉冲电流数据之间的第一浮动范围，当所述第一浮动范围大于50a时，发出告警信号；
[0043]
并根据第一浮动范围确定放电电流的偏差严重程度。
[0044]
从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：
[0045]
本技术提供了一种斥力开关的驱动单元状态监测方法，通过获取充电电源的电压数据确定充电电源状态；通过获取斥力结构的放电电流数据确定放电电流的偏差严重程度；通过获取历史电压数据和电容值确定电容的运行状态；通过获取控制器的响应时间确定控制器的时序正确性；最后，根据上述获得各种状态参数进行逻辑处理，当任意一个状态参数与对应标准值不相符时发出警告，或者当与对应的变差值偏差太大时控制斥力开关停止分闸。以此来用于混合式直流断路器的在线检测，同时，还可以根据实际工况、环境等将各个电气参数进行调整，避免因设备运行造成的偏差等。本技术的监测方法用于配网直流断路器斥力开关驱动单元在线监测中的数据计算和判断识别。从而解决了传统开关驱动单元的监测技术不适用于对斥力开关驱动单元状态进行监测的技术问题。
附图说明
[0046]
图1为本技术实施例中提供的一种斥力开关的驱动单元状态监测方法实施例一的流程示意图；
[0047]
图2为本技术实施例中提供的一种斥力开关的驱动单元状态监测方法实施例二的流程示意图；
[0048]
图3为本技术实施例中提供的一种斥力开关的驱动单元状态监测装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0049]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在
没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0050]
需要说明的是，斥力开关采用斥力机构进行驱动。斥力机构由本体和驱动单元组成；其中，本体包含斥力盘、斥力线圈和传动、保持和缓冲装置；驱动单元包含储能电容及其充放电模块、放电晶闸管组及其触发控制模块。正常状态下，充电模块给电容充电到合适的电压待命，当需要斥力开关动作时，控制后台通过光纤给斥力开关驱动单元的触发控制模块下发命令，触发控制模块通过光电转换和电光转换控制导通放电晶闸管，释放储能电容中的电能，在斥力线圈和斥力盘产生电磁斥力驱动开关快速动作。
[0051]
请参阅图1，本技术实施例一提供的一种斥力开关的驱动单元状态监测方法，包括：
[0052]
步骤101、当充电电源运行时，接收运行特征码并采集充电电源的电压数据，根据运行特征码和电压数据确定充电电源状态，并根据充电电源状态得到故障级别。
[0053]
本实施例中，当充电电源运行时，检测装置收到充电电源发出的运行特征码，同时通过16bit adc模块采集充电电源的电压数据，进行综合计算判断。若特征码＝10000，同时|(u_t
‑
u_set)/u_set|≤0.05，其中u
t
为通过ad转换模块测到的电压值，u
set
为充电电源预设值，充电电源状态则显示“正常”，否则根据故障等级进行处理，如果是故障等级为一级，则发出禁止分闸信号；如果故障等级不是一级，则仅发出故障报警信号。
[0054]
步骤102、当斥力开关进行分闸或分断时，获取斥力机构的多组放电电流数据，并根据多组放电电流数据之间的第一浮动范围，确定放电电流的偏差严重程度。
[0055]
本实施例中，在斥力开关进行分闸或分断时，adc对系统中主要斥力机构中的放电电流进行测量，作为判断分合闸是否正常的参数。通常对等效脉冲电流进行测量，采用可变量程积分器对脉冲电流测量，并与触发逻辑同步运行，实现同步电流测量，可分析时序和相位正确性。同时，根据测量的结果与参数范围进行比较，正常情况下峰值电流偏差应小于50a。同时也可以结合实际测试情况进行限值范围的调制。当监测的放电电流峰值、放电时刻等超出标准值及浮动范围时，该模块将发出报警信号，同时限制机械开关动作，故障消除前，即使装置收到相应发的触发信号，斥力开关也不会误动作。
[0056]
步骤103、采集电容的多组历史电压数据并测量电容的电容值，计算多组历史电压数据之间的第二浮动范围，并根据电容值和电容运行时间计算电容年衰率，根据第二浮动范围和年衰率确定电容运行状态。
[0057]
本实施例中，斥力机构中的充放电电容器的测量值也是由于断路器运维中的关键参数。运维装置中电容恒流充电的恒流源，采集储能电容电压并记录，保存并计算最近30天的电压均值和上下限，同时测量电容电压，根据充电速率和放电速率来实现电容容值的间接测量。其中，利用双极性的adc进行电容值的计算，同时根据实际电容的运行时间，根据测试结果计算出年衰率。再根据放电速率用来评估系统漏电流大小，充电电流减去电路漏电流可得到静充电电流，从而得出较为精确的电容测量值。在测试的电容值异常时，根据电容电压值的偏差值进行年衰率的计算，对电容进行综合的判断分析。仅是充电电压异常，则判断为一般故障，若电容年衰值过大则为严重故障，需检修处理。
[0058]
其中，电容年衰率计算公式为：
[0059]
[0060]
式子，c
t
为电容值，c
set
为额定电容值，n为电容出厂年限。
[0061]
步骤104、接收控制器主机的指令信息，通过指令信息控制机械开关的分闸或合闸，并获取分闸或合闸的响应时间，根据响应时间确定控制器的时序正确性。
[0062]
本实施例中，在进行控制器测试时，高速光纤接收来自控制器主机的光信号，通过fpga内置解码器对控制器主机指令进行解码，fpga提取到指令信息后，向机械开关装置发送分闸、合闸以及缓冲投入指令，以解码器收到控制器主机指令信息作为触发源(起始点)，软件分别记录机械开关分/合闸电路响应信号，通过分析指令与响应信号的时间间隔来分析时序正确性。指令执行的时序采样时间基准为1us，时序分析总长度为60ms，可涵盖所有快速断路器响应时序时间范围。时序检测模块可以根据需求定制2
‑
3种解码算法，解码算法通常仅对机械开关动作时序所需指令进行解码，不对其他测量和状态量进行解码。从而根据响应时间确定控制器的时序正确性。
[0063]
步骤105、根据故障级别、偏差严重程度、电容运行状态、时序正确性确定是否发出告警信号或控制斥力开关停止分闸。
[0064]
需要说明的是，在上述的数据进行测试完成后，根据最终的信号测试结果进行逻辑处理，生成禁止分闸逻辑门信号并上送的四种因素采用或逻辑(or)，即任意一种因素为真，则生成禁止分闸逻辑门信号并上送。
[0065]
本技术提供了一种斥力开关的驱动单元状态监测方法，通过获取充电电源的电压数据确定充电电源状态；通过获取斥力结构的放电电流数据确定放电电流的偏差严重程度；通过获取历史电压数据和电容值确定电容的运行状态；通过获取控制器的响应时间确定控制器的时序正确性；最后，根据上述获得各种状态参数进行逻辑处理，当任意一个状态参数与对应标准值不相符时发出警告，或者当与对应的变差值偏差太大时控制斥力开关停止分闸。以此来用于混合式直流断路器的在线检测，同时，还可以根据实际工况、环境等将各个电气参数进行调整，避免因设备运行造成的偏差等。本技术的监测方法用于配网直流断路器斥力开关驱动单元在线监测中的数据计算和判断识别。从而解决了传统开关驱动单元的监测技术不适用于对斥力开关驱动单元状态进行监测的技术问题。
[0066]
以上为本技术实施例中提供的一种斥力开关的驱动单元状态监测方法的实施例一，以下为本技术实施例中提供的一种斥力开关的驱动单元状态监测方法的实施例二。
[0067]
请参阅图2，本技术实施例二提供的一种斥力开关的驱动单元状态监测方法，包括：
[0068]
步骤201、当充电电源运行时，接收运行特征码并采集充电电源的电压数据；根据电压数据计算充电电源的电压值与预置电压标准值的差值；当运行特征码等于预置特征码值且差值不在预置范围内时，充电电源为故障状态，并根据差值与预置范围的差确定故障级别。
[0069]
步骤201与实施例一步骤101描述相同，请参见步骤101描述，在此不再赘述。
[0070]
步骤202、当斥力开关进行分闸或分断时，通过可变量程积分器测量得到斥力开关的多组等效脉冲电流数据；计算多组等效脉冲电流数据之间的第一浮动范围，当第一浮动范围大于50a时，发出告警信号；并根据第一浮动范围确定放电电流的偏差严重程度。
[0071]
步骤202与实施例一步骤102描述相同，请参见步骤102描述，在此不再赘述。
[0072]
步骤203、采集电容的多组历史电压数据并测量电容的电容值，计算多组历史电压
数据之间的第二浮动范围，将电容值、额定电容值、和电容出厂年限代入值电容年衰率计算公式中计算，得到电容年衰率，根据第二浮动范围和年衰率确定电容运行状态。
[0073]
步骤203与实施例一步骤103描述相同，请参见步骤103描述，在此不再赘述。
[0074]
步骤204、接收控制器主机的指令信息，通过指令信息控制机械开关的分闸或合闸，并获取分闸或合闸的响应时间，根据响应时间确定控制器的时序正确性。
[0075]
步骤204与实施例一步骤104描述相同，请参见步骤104描述，在此不再赘述。
[0076]
步骤205、当晶闸管的控制触发板工作时，获取晶闸管的驱动电压信号，并测量驱动电压信号的驱动波形的开通时间、开通电压、关断电压，以及驱动极性。
[0077]
本实施例还增加了如步骤205的监测因素，具体的，当晶闸管的控制触发板在工作时，使用adc对晶闸管驱动电压进行测量，结合触发同步信号，在当前触发逻辑下测量驱动电压的电压值和驱动极性。测量到的驱动波形的开通时间、关断时间、开通电压、关断电压等。开通上升时间与关断下降时间选择为脉冲幅值的10％～90％的时间。通过采集晶闸管的阴极、阳极、门级的电压并进同步触发时刻进行计算、分析比较，例：在25℃时，v
d
≥12v，2.62v≥v
gt
≥1.2v，其中v
d
为晶闸管阳极和阴极之间电压，v
gt
为晶闸管的触发电压，通过温度系数校正，计算出测量电压在设定值的区间内，控制板显示“正常”，否则显示“异常”，同时点亮报警指示灯。
[0078]
步骤206、根据故障级别、偏差严重程度、电容运行状态、时序正确性、驱动电压信号确定是否发出告警信号或控制斥力开关停止分闸。
[0079]
步骤206与实施例一步骤105描述相同，请参见步骤105描述，在此不再赘述。
[0080]
以上为本技术实施例中提供的一种斥力开关的驱动单元状态监测方法的实施例二，以下为本技术实施例中提供的一种斥力开关的驱动单元状态监测装置的实施例。
[0081]
请参阅图3，本技术实施例提供的一种斥力开关的驱动单元状态监测扎装置，包括：
[0082]
第一监测模块301，用于当充电电源运行时，接收运行特征码并采集充电电源的电压数据，根据运行特征码和电压数据确定充电电源状态，并根据充电电源状态得到故障级别。
[0083]
第二监测模块302，用于当斥力开关进行分闸或分断时，获取斥力机构的多组放电电流数据，并根据多组放电电流数据之间的第一浮动范围，确定放电电流的偏差严重程度。
[0084]
第三监测模块303，用于采集电容的多组历史电压数据并测量电容的电容值，计算多组历史电压数据之间的第二浮动范围，并根据电容值和电容运行时间计算电容年衰率，根据第二浮动范围和年衰率确定电容运行状态。
[0085]
第四监测模块304，用于接收控制器主机的指令信息，通过指令信息控制机械开关的分闸或合闸，并获取分闸或合闸的响应时间，根据响应时间确定控制器的时序正确性。
[0086]
告警控制模块305，用于根据故障级别、偏差严重程度、电容运行状态、时序正确性确定是否发出告警信号或控制斥力开关停止分闸。
[0087]
进一步地，本技术的斥力开关的驱动单元状态监测扎装置，还包括：
[0088]
第五监测模块，用于当晶闸管的控制触发板工作时，获取晶闸管的驱动电压信号，并测量驱动电压信号的驱动波形的开通时间、开通电压、关断电压，以及驱动极性。
[0089]
告警模块，用于分别将开通时间、开通电压、关断电压、驱动极性与对应的预置标
准值比较，确定控制触发板运行状态，当控制触发板运行状态为异常时，发出告警信号。
[0090]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0091]
本技术的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0092]
应当理解，在本技术中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0093]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0094]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0095]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0096]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read
‑
only memory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：random access memory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0097]
以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前
述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。