一种高压断路器状态在线感知及诊断系统的制作方法

1.本发明涉及高压断路器技术领域，尤其涉及一种高压断路器状态在线感知及诊断系统。


背景技术：

2.目前，无论国内还是国外，变电站变压器和绝缘设备的在线监和故障诊断应用较多，但由于高压开开关设备的结构复杂化，事故种类多样化，机械特性在线监测的应用较少，因此也还没有相关的国际标准或国内标准可依据。
3.传统机械特性测试目前主要存在问题为：开关机械特性参量测量方式主要为开关停电检修期间，检修班组现场使用动作特性仪器进行测试，操作复杂，耗时费力；机械特性速度传感器均为接触式传感器，安装复杂，使用寿命短，不能在运行期间安装于设备上；目前公司高压断路器状态实时监测尤其是机械特性带电检测手段发展相对滞后，无法在线对机械特性采集数据进行融合、分析，不能及时进行开关的异常诊断和预警。因此断路器工作状态亟需更有效的检测方法，以及时发现断路器的潜在故障和隐患。
4.南方电网公司2020年发布数字化转型和数字电网建设行动方案和实施工作计划中，要求全面建成数字变电，提高高压断路器的状态感知能力，打通设备的感知、分析、决策、业务等各环节。开展主设备监测关键技术的研究，分析主设备典型故障缺陷发展特征，突破早期故障模式、缺陷识别、主动预测预警与风险评估理论，不断完善设备状态监测与故障预警技术体系，瞄准互联网技术前沿，在新型储能、智能设备、先进传感、核心装备等方面实现技术突破，推广智能巡检和检修技术，以科技创新促进技术、装备升级和标准制定，提升电网安全运行水平和工作效率。
5.断路器机械特性在线监测技术在我国是一个较新的技术领域，它不仅是技术问题,还涉及到相应检测校准规范的健全与完善，以及人们对新生事物的认可和认同。在线监测系统能够及时了解高压开关设备的工作状态，缺陷的部位，减少过早或不必要的停电试验和检修，减少维护工作量，降低维修费用，提高检修的针对性，可显著提高电力系统的可靠性和经济性。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种高压断路器状态在线感知及诊断系统。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：高压断路器状态在线感知及诊断系统，包括以下模块：a.传感器系统：以不影响断路器操作安全为出发点，选取测量的信号有：触头（传动主轴）位移行程信号、分合闸线圈电流信号、储能电机电流信号、分合闸辅助开关空触点（分闸辅助空触点和合闸辅助空触点）、sf6的温度、压力、密度，位移行程信号取样不影响操动机构运动，电流信号取样不与二次回路发生直接电气连接，空触点信号采用光电隔离方
式；b.信号采集系统：信号采集系统由传感器接口、信号调理与采集模块、无线数据通讯接口、电源管理模块和中央处理单元组成：行程传感器和接口：高精度磁栅尺贴装在触头或者机构的运动位置，传感器读头距离磁栅尺1-3mm距离，感应磁栅尺运动，每一格磁栅的分辨率为10μm，对应每一格磁栅输出可表征运动方向的正交编码信号，位移传感器接口识别正交编码信号，获得位移行程-时间曲线；分合闸线圈电流传感器和接口：采用穿心式闭环霍尔电流传感器，分合闸线圈电流断开时，线圈内磁场能量释放，在两端产生陡峭的反电动势，造成强烈的电磁辐射，采用穿心式闭环霍尔电流传感器和屏蔽良好的信号引线并且引线屏蔽层接地，消除电磁干扰，储能电机电流传感器和接口：与分合闸线圈电流传感器接口相同；开关量信号接口：采用屏蔽和接地良好的信号引线接入一对分合闸辅助开关空触点，监测单元接口进行光电隔离和干扰抑制，保证空触点动作信号的可靠测量；sf6传感器信号接口：信号稳定，无需维护和重新校准，配有高精度传感器，能够以恒定的精度测量sf6气体状态；无线通讯信号接口：无线通讯接口用于现场检测单元和变电站网关间的数据通信，可适应电力通讯专网接口要求，此传输方式可根据变电站要求，采用网线局域网传输数据；装置电源接入：采用交流220v供电，从控制箱或者汇控柜的加热辅助电源接入；检测单元防插错设计：引线插座芯线数目进行差异化设计；c.数据管理分析软件：包括以下部分：系统管理：常用菜单、经常使用的功能菜单、修改密码、修改用户的密码、修改皮肤、修改用户使用的界面皮肤、修改资料、修改用户的资料；人员管理：系统账户、由系统管理员添加或修改、部门管理、组织内的部门结构树、角色管理、权力的集合、系统默认的有系统管理员、普通人员、岗位管理、定义用户所在岗位的名称和职责、专业管理、定义组织内的专业；设备台帐管理：站点管理：定义所在部门下的站点名称和相关信息；设备管理：显示所在站点下的所有设备信息；状态库管理：状态类型管理：定义状态的不同类型；状态值管理：定义不同状态类型下的状态值；规则库管理：规则类型管理：定义规则的不同类型；规则值管理：定义不同规则类型下的规则值。
8.优选地，所述位移传感器上设有高精度磁栅尺，缠绕在根据安装位置尺寸设计的金属环外表面，磁栅尺感应读头，与磁栅尺距离约为2mm，感应磁栅尺跟随传动主轴的运动，并输出正交编码脉冲信号，反映断路器的机构和触头运动。
9.优选地，所述传感器系统包括以下步骤：s1.位移行程信号取样:在断路器操动机构（机构驱动主轴）或者传动机构拐臂位置安装位移传感器，测量触头运动的位移行程信号，获取行程-时间（s-t）曲线；s2.线圈电流信号取样：使用穿心式霍尔电流传感器，将其介入操动机构二次回
路，测量分合闸线圈电流和储能电机电流；s3.辅助开关空触点信号：辅助开关的一对空触点接入检测装置的抗干扰隔离取样回路，获取辅助开关空触点状态-时间曲线；s4.sf6的温度、压力、密度信号：sf6传感器分为有线以及无线传感器，在对sf6气体实时监测的基础上，能对sf6气体温度、压力、密度的变化趋势进行预测，对异常状况进行及时预警。
10.优选地，所述述数据管理分析软件还包括：状态比较功能：分为开关主触头动作特性（断路器触头的位移行程-时间曲线曲线）的分析比较、分合闸控制回路特征参数（分合闸线圈电流-时间曲线、辅助开关空触点-时间曲线）的分析比较、储能电机特征参数（储能电机工作电流-时间曲线）的分析比较、sf6气体参量分析比较；分析诊断功能：根据上传的开关状态值,基于机械特性曲线，分析二次元件的电流变化，sf6气体参量变化，计算出触头行程，开关分、合闸时间以及分、合闸速度等可以反映开关设备机械状态的参数，并进行分析比较判定传动系统、二次元件以及气体参数与是否异常，对故障信号进行报警；查询报表功能：把上述分析诊断的结果整理成报表格式。
11.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本技术通过检测断路器长期运行后“首次分合闸时”的机械特性参量，此时断路器机构状态最接近运行中开断故障电流时的状态。对高压开关设备分、合闸过程中的信号进行记录，并实时监测sf6的温度、压力、密度，提供更高精度，更高时间分辨率的数据，提高监测数据的及时性，为进一步的故障诊断和预警做准备。
附图说明
12.图1示出了根据本发明实施例提供的合、分闸辅助开关空触点取样方式示意图；图2示出了根据本发明实施例提供的信号采集系统硬件框架示意图；图3示出了根据本发明实施例提供的断路器状态监测系统示意图。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
14.请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：高压断路器状态在线感知及诊断系统，包括以下模块：a.传感器系统：以不影响断路器操作安全为出发点，选取测量的信号有：触头（传动主轴）位移行程信号、分合闸线圈电流信号、储能电机电流信号、分合闸辅助开关空触点（分闸辅助空触点和合闸辅助空触点）、sf6的温度、压力、密度，位移行程信号取样不影响操动机构运动，电流信号取样不与二次回路发生直接电气连接，空触点信号采用光电隔离方式，包括以下步骤：s1.位移行程信号取样:在断路器操动机构（机构驱动主轴）或者传动机构拐臂位置安装位移传感器，测量触头运动的位移行程信号，获取行程-时间（s-t）曲线；
s2.线圈电流信号取样：使用穿心式霍尔电流传感器，将其介入操动机构二次回路，测量分合闸线圈电流和储能电机电流；s3.辅助开关空触点信号：辅助开关的一对空触点接入检测装置的抗干扰隔离取样回路，获取辅助开关空触点状态-时间曲线；s4.sf6的温度、压力、密度信号：sf6传感器分为有线以及无线传感器，在对sf6气体实时监测的基础上，能对sf6气体温度、压力、密度的变化趋势进行预测，对异常状况进行及时预警；b.信号采集系统：信号采集系统由传感器接口、信号调理与采集模块、无线数据通讯接口、电源管理模块和中央处理单元组成：行程传感器和接口：高精度磁栅尺贴装在触头或者机构的运动位置，传感器读头距离磁栅尺1-3mm距离，感应磁栅尺运动，每一格磁栅的分辨率为10μm，对应每一格磁栅输出可表征运动方向的正交编码信号，位移传感器接口识别正交编码信号，获得位移行程-时间曲线；分合闸线圈电流传感器和接口：采用穿心式闭环霍尔电流传感器，分合闸线圈电流断开时，线圈内磁场能量释放，在两端产生陡峭的反电动势，造成强烈的电磁辐射，采用穿心式闭环霍尔电流传感器和屏蔽良好的信号引线并且引线屏蔽层接地，消除电磁干扰，储能电机电流传感器和接口：与分合闸线圈电流传感器接口相同；开关量信号接口：采用屏蔽和接地良好的信号引线接入一对分合闸辅助开关空触点，监测单元接口进行光电隔离和干扰抑制，保证空触点动作信号的可靠测量；sf6传感器信号接口：信号稳定，无需维护和重新校准，配有高精度传感器，能够以恒定的精度测量sf6气体状态；无线通讯信号接口：无线通讯接口用于现场检测单元和变电站网关间的数据通信，可适应电力通讯专网接口要求，此传输方式可根据变电站要求，采用网线局域网传输数据；装置电源接入：采用交流220v供电，从控制箱或者汇控柜的加热辅助电源接入；检测单元防插错设计：引线插座芯线数目进行差异化设计；c.数据管理分析软件：包括以下部分：系统管理：常用菜单、经常使用的功能菜单、修改密码、修改用户的密码、修改皮肤、修改用户使用的界面皮肤、修改资料、修改用户的资料；人员管理：系统账户、由系统管理员添加或修改、部门管理、组织内的部门结构树、角色管理、权力的集合、系统默认的有系统管理员、普通人员、岗位管理、定义用户所在岗位的名称和职责、专业管理、定义组织内的专业；设备台帐管理：站点管理：定义所在部门下的站点名称和相关信息；设备管理：显示所在站点下的所有设备信息；状态库管理：状态类型管理：定义状态的不同类型；状态值管理：定义不同状态类型下的状态值；规则库管理：规则类型管理：定义规则的不同类型；规则值管理：定义不同规则类型下的规则值；分析诊断管理：状态比较功能：分为开关主触头动作特性（断路器触头的位移行
程-时间曲线曲线）的分析比较、分合闸控制回路特征参数（分合闸线圈电流-时间曲线、辅助开关空触点-时间曲线）的分析比较、储能电机特征参数（储能电机工作电流-时间曲线）的分析比较、sf6气体参量分析比较；分析诊断功能：根据上传的开关状态值,基于机械特性曲线，分析二次元件的电流变化，sf6气体参量变化，计算出触头行程，开关分、合闸时间以及分、合闸速度等可以反映开关设备机械状态的参数，并进行分析比较判定传动系统、二次元件以及气体参数与是否异常，对故障信号进行报警；查询报表功能：把上述分析诊断的结果整理成报表格式。
15.位移传感器上设有高精度磁栅尺，缠绕在根据安装位置尺寸设计的金属环外表面，磁栅尺感应读头，与磁栅尺距离约为2mm，感应磁栅尺跟随传动主轴的运动，并输出正交编码脉冲信号，反映断路器的机构和触头运动。
16.实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。