一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测系统及方法与流程

1.本发明涉及一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测系统及方法，属于敞开式断路器在线监测技术领域。


背景技术：

2.断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器按其使用范围分为高压断路器与低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kv以上的称为高压电器。
3.断路器因在变电站的广泛使用和电流通断及故障切除的重要功能，已成为保障电网安全稳定运行的重要组成部分。而智能变电站的推广凸显了在线监测技术的重要性，准确和快速的故障判断是在线监测系统的核心。因此，研究应用电场强度作为在线监测的敞开式断路器在线监测方法，对于提升敞开式断路器在线监测系统的故障诊断类别和诊断率具有重要意义。
4.当前敞开式断路器在线监测的主要指标为振动信号，但传统的振动信号无法满足新型智能站断路器在线监测的要求，目前暂无更好的监测量，目前在线监测参数无法满足断路器在线监测的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测系统及方法，通过提取敞开式断路器电场强度的分布规律，为断路器在线监测系统提供新的参数，提高敞开式断路器在线监测系统工作效率和故障诊断率以及在不同型号断路器的通用性。
6.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
7.第一方面，本发明提供了一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测方法，包括：
8.提取abc相断路器不同位置下的电场强度；
9.基于所提取的电场强度构建电场强度曲线；
10.判断电场强度曲线是否符合特性曲线规律；
11.当电场强度曲线不符合特性曲线规律时，判定断路器存在故障并报警，否则判定不存在故障。
12.进一步的，所述特性曲线规律的获取方式为：
13.对断路器灭弧室进行等效，构建断路器的理论等效模型；
14.建立理论等效模型的空间坐标系；
15.应用模拟电荷法求解理论等效模型在空间的电场；
16.分别固定yz、xz、xy轴坐标，分析电场强度随x、y、z坐标的变化趋势，得到变化趋势曲线；
17.对变化趋势曲线进行验证后，作为所述特性曲线规律。
18.进一步的，对断路器灭弧室进行等效，构建断路器的理论等效模型，包括：将灭弧室部分等效为通相电流的有限长导体，同时结合断路器进出线电缆构建断路器的理论等效模型。
19.进一步的，对变化趋势曲线进行验证，包括：
20.建立不同型号不同电压等级的断路器ansys电磁场仿真模型；
21.按照实际材料设置仿真材料，按实际电压等级设置电压激励，得到仿真结果；
22.验证仿真结果和变化趋势曲线的一致性；
23.当仿真结果和变化趋势曲线一致时，进行实测测试验证。
24.进一步的，按照实际材料设置仿真材料，包括：将断路器瓷套及连接体部分设置为瓷材料，按实际钢芯铝绞线将导线设置为铝，将其他金属结构设置为不锈钢。
25.进一步的，所述实测测试验证包括：
26.与理论、仿真同型号断路器下相同的位置进行实测测试；
27.得到不同型号断路器在不同测试位置处随x坐标的实测变化趋势；
28.验证实测变化趋势和所述变化趋势曲线的一致性；
29.当实测变化趋势和变化趋势曲线一致时，确定变化趋势曲线为所述特性曲线规律。
30.进一步的，所述特性曲线规律为电场强度随x坐标的增大呈现先增大再减小再增大再减小的“m”型特性曲线。
31.第二方面，本发明提供了一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测系统，包括：
32.提取模块：用于提取abc相断路器不同位置下的电场强度；
33.曲线构建模块：用于基于所提取的电场强度构建电场强度曲线；
34.判断模块：用于判断电场强度曲线是否符合特性曲线规律；
35.报警模块：用于当电场强度曲线不符合特性曲线规律时，判定断路器存在故障并报警，否则判定不存在故障。
36.第三方面，本发明提供了一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测装置，包括处理器及存储介质；
37.所述存储介质用于存储指令；
38.所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据所述方法的步骤。
39.第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
40.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
41.本发明针对现有断路器在线监测方法的不足，通过对断路器周围电场强度分布特性的理论、仿真、实测分析，总结了敞开式断路器电场强度的通用分布规律，为断路器提供了新的在线监测与故障诊断方法，与传统敞开式断路器在线监测装置相比，该方法通过提取敞开式断路器电场强度的分布规律，为断路器在线监测系统提供新的参数，提高敞开式断路器在线监测系统工作效率和故障诊断率以及在不同型号断路器的通用性，最终提升敞开式断路器的安全系数，保障了电力系统安全可靠运行，可以减少人力物力的消耗，提升断路器乃至电网的稳定性、可靠性。
附图说明
42.图1是本发明实施例一提供的断路器合闸状态图；
43.图2是本发明实施例一提供的断路器单相等效模型图；
44.图3是本发明实施例一提供的三相短路器等效模型图；
45.图4是本发明实施例一提供的断路器坐标定义图；
46.图5是本发明实施例一提供的220kv断路器电场强度分布理论计算结果；
47.图6是本发明实施例一提供的35kv断路器电场强度分布理论计算结果；
48.图7是本发明实施例一提供的220kv断路器电场强度计算仿真模型；
49.图8是本发明实施例一提供的35kv断路器电场强度计算仿真模型；
50.图9是本发明实施例一提供的220kv断路器电场强度分布仿真计算结果；
51.图10是本发明实施例一提供的35kv断路器电场强度分布仿真计算结果；
52.图11是本发明实施例一提供的220kv断路器实物图；
53.图12是本发明实施例一提供的35kv断路器实物图；
54.图13是本发明实施例一提供的220kv断路器电场强度分布实测结果；
55.图14是本发明实施例一提供的35kv断路器电场强度分布实测结果；
56.图15是本发明实施例一提供的断路器电场强度在线监测系统流程图。
具体实施方式
57.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
58.实施例一：
59.本实施例提出了一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测方法，采取的技术方案为：
60.一、敞开式断路器电场强度理论建模分析
61.500kv变电站敞开式断路器多为瓷柱式断路器，后续断路器指敞开式断路器。首先分析瓷柱式断路器的电路等效结构，断路器由进线电缆、出线电缆、灭弧室组成，分析断路器合闸状态，如图1所示，对灭弧室进行等效，通过图1可以得知，在断路器合闸状态时，负责通流的静、动主触头贴合在一起，基本为一条直线，因此在理论计算中，将灭弧室部分等效为通相电流的有限长导体，同时结合断路器进出线电缆，可以得到如图2所示的单相断路器的理论等效图(图中箭头代表电流流向)，结合三相断路器可得断路器等效模型如图3。
62.定义断路器的坐标系如图4所示。断路器分布于地面上，地面z坐标为0，b相断路器所处xy坐标为0，坐标原点定义在b相断路器瓷套正下方地面处。
63.应用模拟电荷法求解图3等效模型在空间的电场，分别固定yz、xz、xy轴坐标，分析电场强度随x、y、z坐标的变化趋势。
64.经研究发现，电场强度随yz坐标无固定规律，在yz固定的情况下，220kv断路器电场强度随x坐标的变化趋势呈现“m”型，如图5所示，改变电压等级，35kv断路器电场强度随x坐标的变化趋势也呈现“m”型，如图6所示。除此之外，ac相的x坐标对应着波峰位置，b相的x坐标对应着波谷位置。
65.所指yz固定，z坐标为1.6m，y坐标为
±
1m。z坐标实际为断路器横梁的高度，yz坐标
的选择宜贴合实际。
66.所指“m”型具体指电场强度随x坐标的增大呈现先增大，后减小，再增大，再减小的趋势。
67.二、敞开式断路器电场强度规律仿真建模验证
68.建立不同型号不同电压等级的断路器ansys电磁场仿真模型，如图7-8所示。
69.按照实际材料设置仿真材料。具体包括：将断路器瓷套及连接体部分设置为瓷材料，按实际钢芯铝绞线将导线设置为铝，将其他金属结构设置为不锈钢。按实际电压等级设置电压激励。仿真结果如下图9-10所示。
70.仿真结果可验证理论分析结果，电场强度随x坐标的变化趋势呈现“m”型，波峰波谷位置也与仿真基本相同。不同的是理论分析电场强度呈现x轴对称，仿真x正半轴的电场强度大于x负半轴，原因是机构箱存在于x正半轴的位置，对电场强度有影响。
71.三、敞开式断路器电场强度规律实测验证
72.在与理论、仿真同型号断路器下相同的位置进行实测测试，断路器如图11-12所示，实测结果如图13-14所示。
73.经实测验证，不同型号断路器在不同测试位置处随x坐标的变化趋势均呈现“m”型，ac相断路器是波峰位置，b相断路器是波谷位置，这一结论对于不同型号的敞开式断路器呈现通用性。
74.在确认电场强度“m”型特性曲线这一结论后，则可以监测断路器正常工作状态下的电场强度“m”型曲线，提取abc相断路器对应位置下的电场强度作为监测子量，一旦电场强度曲线不符合“m”型曲线的规律，则可以判定断路器存在故障，在线监测装置报警，从而有效监测和诊断断路器故障。
75.本文所提出的电场强度“m”型曲线这一结论可以较好地使用电场强度这一在线监测参数对断路器进行监测和故障诊断，可以为断路器在线监测提供新思路及理论指导。
76.实施例二：
77.一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测系统，可实现实施例一所述的一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测方法，包括：
78.提取模块：用于提取abc相断路器不同位置下的电场强度；
79.曲线构建模块：用于基于所提取的电场强度构建电场强度曲线；
80.判断模块：用于判断电场强度曲线是否符合特性曲线规律；
81.报警模块：用于当电场强度曲线不符合特性曲线规律时，判定断路器存在故障并报警，否则判定不存在故障。
82.实施例三：
83.本发明实施例还提供了一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测装置，可实现实施例一所述的一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测方法，包括处理器及存储介质；
84.所述存储介质用于存储指令；
85.所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行下述方法的步骤：
86.提取abc相断路器不同位置下的电场强度；
87.基于所提取的电场强度构建电场强度曲线；
88.判断电场强度曲线是否符合特性曲线规律；
89.当电场强度曲线不符合特性曲线规律时，判定断路器存在故障并报警，否则判定不存在故障。
90.实施例四：
91.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，可实现实施例一所述的一种应用电场强度的敞开式断路器在线监测方法，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现下述方法的步骤：
92.提取abc相断路器不同位置下的电场强度；
93.基于所提取的电场强度构建电场强度曲线；
94.判断电场强度曲线是否符合特性曲线规律；
95.当电场强度曲线不符合特性曲线规律时，判定断路器存在故障并报警，否则判定不存在故障。
96.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
97.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
98.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
99.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
100.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。