一种开关柜断路器分合闸电流在线监测分析系统的制作方法

1.本发明涉及电力设备保护技术领域，具体是一种开关柜断路器分合闸电流在线监测分析系统。


背景技术：

2.开关柜断路器是电力设备中最重要的保护装置，负担着接通和断开正常电流的工作，开关柜断路器可以通过检测其多种机械参数来完成，其中分合闸线圈的电流信号是重要参数之一，开关设备在每次分合闸过程中，线圈的电流是随时间变化的，通过监测分析分/合闸线圈电流波形可以判断出断路器异常情况，现有的开关柜断路器分合闸电流监测实施系统是在每个开关柜断路器对应的分合闸线圈处设置传感器收集电流信号，然后汇集各单元开关柜断路器分合闸监测装置的波形信息，通过建立分、合闸线圈电流的特征信息库，然后与实际检测到的分合闸线圈电流信号进行比较分析计算，根据分合闸电流波形的时延、幅值特征及控制电源电压波形平稳性，判断开关的分、合闸线圈的工作状态，同时结合开关机械特性参量、触头温度等数据，可以预测开关操作回路的某些故障趋势，及时发现开关动作特性异常缺陷，防止设备缺陷的扩大导致系统故障，但是设备运行在多重因素的影响下，故障发生机制也各有不同，现有监测系统虽然能够预测开关柜断路器分合闸故障趋势，但是无法判断出分合闸的故障原因，这对断路器的检修带来了一定困难，因此，如何通过监测分合闸电流信号分析得出分合闸故障原因对提高电力设备检修效率有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种开关柜断路器分合闸电流在线监测分析系统，通过结合分合闸故障历史数据与分合闸实时电流数据，利用分合闸运行频率将数据信号分为基波和谐波，对基波分析处理可以得出分合闸设备运行裕度，同时利用谐波的波形图的收敛性可有效对分合闸故障趋势进行预测，对比分析历史故障波形与实时电流波形的相似度能够预测得出分合闸故障原因可以有效解决背景技术中的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种开关柜断路器分合闸电流在线监测分析系统，包括电流采集单元、电流数据存储单元、电流特征分析单元、电流故障预警单元，所述电流采集单元用于采集开关柜断路器分合闸电流信号，所述电流数据存储单元用于保存所述电流采集单元收集的分合闸实时状态电流数据以及分合闸电流历史数据，包括电流历史数据存储单元、电流实时数据存储单元，所述电流特征分析单元用于分析处理分合闸实时状态电流数据，包括基波分析单元、谐波分析单元，所述基波分析单元用于处理分合闸运行过程中基波变化趋势，所述谐波分析单元用于处理分合闸运行过程中谐波变化趋势，所述谐波分析单元包括用于排除坏数据的异常值剔除模块以及用于评估谐波异常情况的谐波异常诊断模块，基于所述电流特征分析单元的电流数据处理结果，所述电流故障预警单元用于对分合闸的负荷裕度进行预警。
5.作为本发明再进一步的方案：所述电流采集单元选用霍尔电流传感器采集分合闸线圈工作电流，保证在分合闸线圈工作时电流变化速度过快的情况下能够及时捕获电流信号，提高了数据的精确度。
6.作为本发明再进一步的方案：基于所述电流采集单元收集的电流信号，所述电流数据存储单元可以将分合闸电流信号转换成时间-电流变化曲线图，所述电流历史数据存储单元包括以往发生过的分合闸电流故障波形图，根据故障类型对波形图进行分类，根据故障原因可以分为机械故障和电气故障，根据故障结果可以分为拒绝分闸、拒绝合闸、误分/合闸，通过对分合闸电流故障波形图多维度分类可以在数据处理时及时查询调取故障波形图进行对比，所述电流实时数据存储单元基于实时分合闸电流信号绘制时间-电流变化图，同时对实时电流信号数据做预处理，主要是对实时时间-电流变化图做降噪处理，将时间-电流变化图转换成数据处理所需的时间-电流变化曲线图，排除设备运行对传感器收集数据的噪声干扰，减少噪声对数据精确度的影响。
7.作为本发明再进一步的方案：所述电流特征分析单元以分合闸的运行频率为基准，可以将所述电流实时数据存储单元存储的电流数据中的基波、谐波分离开，分别对电流中的基波以及谐波做分析处理，包括基波分析单元、谐波分析单元，受设备运行频率影响，所述电流特征分析单元提取所得基波与真实运行基波存在偏差，由所述基波分析单元对提取所得基波进行修正，记分合闸理想运行频率为f0，则基波方程为x
（t）
=a
1 sin［2π（ f
1 ／ f0）t φ1］，a1、 f1、φ
1 分别为基波的幅值（v）、频率（hz）和 初相位（
°
），t为采样时刻，同时利用瞬时输出电压与瞬时输入电流以及瞬时输入电压和瞬时输出电流之间的差值，根据瞬时值与基波峰值的数值关系对基波进行修正，经所述基波分析单元修正后的基波更能贴近分合闸真实电流。
8.作为本发明再进一步的方案：所述异常值剔除模块用来对异常情况明显的数值进行处理，记谐波信号数据点为i（t），t为谐波上的某一时刻，将n个数据点i（t）看做为一个样本集，利用求均值公式可以求出样本均值i（t），以样本均值`i（t）为基准，根据公式[i（t）-`i（t）]/`i（t）＞ε判断极值点，ε为范围裕度，ε的数值选取可根据分合闸电流运行情况选取，剔除异常值能够保证谐波的稳定变化，使谐波更贴合分合闸正常使用情况。
[0009]
作为本发明再进一步的方案：所述谐波异常诊断模块用来评估谐波异常情况，利用谐波函数的收敛性，记谐波变化曲线上的点构成点列{pn},谐波变化曲线上的任意点p坐标为（an，bn），根据理想曲线变化设下一预测点m坐标为（a，b），利用公式判断点列{pn}是否收敛于预测点m，即=m，=a，=b，若点列{pn}收敛于预测点m，则分合闸电流处于正常情况范围，若点列{pn}与预测点m不收敛，则分合闸电流处于异常报警范围。
[0010]
作为本发明再进一步的方案：基于所述谐波异常诊断模块的谐波异常诊断结果，所述电流故障预警单元进行告警提示，所述电流故障预警单元提取所述电流历史数据存储单元中的分合闸故障电流谐波波形图，将所述谐波异常诊断模块分析所得的异常波形图与历史故障波形图对比，以波形图走势与波形图上点列重合度为判断依据，可根据相似度排列出历史故障波形图，进而能够检测出分合闸故障原因。
[0011]
作为本发明再进一步的方案，一种开关柜断路器分合闸电流在线监测分析系统，
包括如下分析步骤：步骤一：电流信号数据采集环节，有电流采集单元采集开关柜断路器分合闸电流信号，所述电流采集单元选用霍尔电流传感器采集分合闸线圈工作电流，保证在分合闸线圈工作时电流变化速度过快的情况下能够及时捕获电流信号，提高了数据的精确度。
[0012]
步骤二：电流信号数据预处理环节，基于实时分合闸电流信号有电流实时数据存储单元绘制时间-电流变化图，同时所述电流实时数据存储单元对实时电流信号数据做预处理，主要是对实时时间-电流变化图做降噪处理，将时间-电流变化图转换成数据处理所需的时间-电流变化曲线图，排除设备运行对传感器收集数据的噪声干扰，减少噪声对数据精确度的影响。
[0013]
步骤三：电流信号频波处理环节，电流特征分析单元以分合闸的运行频率为基准，可以将所述电流实时数据存储单元存储的电流数据中的基波、谐波分离开，分别对电流中的基波以及谐波做分析处理，包括以下步骤：步骤31：受设备运行频率影响，所述电流特征分析单元提取所得基波与真实运行基波存在偏差，由所述基波分析单元对提取所得基波进行修正，记分合闸理想运行频率为f0，则基波方程为x
（t）
=a
1 sin［2π（ f
1 ／ f0）t φ1］，a1、 f1、φ
1 分别为基波的幅值（v）、频率（hz）和 初相位（
°
），t为采样时刻，同时利用瞬时输出电压与瞬时输入电流以及瞬时输入电压和瞬时输出电流之间的差值，根据瞬时值与基波峰值的数值关系对基波进行修正，经所述基波分析单元修正后的基波更能贴近分合闸真实电流；步骤32：对谐波信号做分析处理，首先由异常值剔除模块来对异常情况明显的数值进行处理，记谐波信号数据点为i（t），t为谐波上的某一时刻，将n个数据点i（t）看做为一个样本集，利用求均值公式可以求出样本均值i（t），以样本均值`i（t）为基准，根据公式[i（t）-`i（t）]/`i（t）＞ε判断极值点，ε为范围裕度，ε的数值选取可根据分合闸电流运行情况选取，剔除异常值能够保证谐波的稳定变化，使谐波更贴合分合闸正常使用情况，然后由谐波异常诊断模块来评估谐波异常情况，利用谐波函数的收敛性，记谐波变化曲线上的点构成点列{pn},谐波变化曲线上的任意点p坐标为（an，bn），根据理想曲线变化设下一预测点m坐标为（a，b），利用公式判断点列{pn}是否收敛于预测点m，即=m，=a，=b，若点列{pn}收敛于预测点m，则分合闸电流处于正常情况范围，若点列{pn}与预测点m不收敛，则分合闸电流处于异常报警范围。
[0014]
步骤四：故障预警环节，基于所述谐波异常诊断模块的谐波异常诊断结果，所述电流故障预警单元进行告警提示，所述电流故障预警单元提取所述电流历史数据存储单元中的分合闸故障电流谐波波形图，将所述谐波异常诊断模块分析所得的异常波形图与历史故障波形图对比，以波形图走势与波形图上点列重合度为判断依据，可根据相似度排列出历史故障波形图，进而能够检测出分合闸故障原因。
[0015]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种开关柜断路器分合闸电流在线监测分析系统，通过结合分合闸故障历史数据与分合闸实时电流数据，利用分合闸运行频率将数据信号分为基波和谐波，对基波分析处理可以得出分合闸设备运行裕度，同时利用谐波的波形图的收敛性可有效对分合闸故障趋势进行预测，对比分析历史故障波形与实时电流波形的相似度能够预测得出分合闸故障原
因，在一定程度上解决了断路器检修的困难，提高了电力设备检修的效率。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]
图1为一种开关柜断路器分合闸电流在线监测分析系统的结构示意图。
[0018]
图中：1、电流采集单元；2、电流数据存储单元；21、电流历史数据存储单元；22、电流实时数据存储单元；3、电流特征分析单元；31、基波分析单元；32、谐波分析单元；321、异常值剔除模块；322、谐波异常诊断模块；4、电流故障预警单元。
具体实施方式
[0019]
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]
实施例1：请参阅图1，本发明实施例中，一种开关柜断路器分合闸电流在线监测分析系统，包括电流采集单元（1）、电流数据存储单元（2）、电流特征分析单元（3）、电流故障预警单元（4），电流采集单元（1）用于采集开关柜断路器分合闸电流信号，电流数据存储单元（2）用于保存电流采集单元（1）收集的分合闸实时状态电流数据以及分合闸电流历史数据，包括电流历史数据存储单元（21）、电流实时数据存储单元（22），电流历史数据存储单元（21）包括以往发生过的分合闸电流故障波形图，根据故障类型对波形图进行分类，根据故障原因可以分为机械故障和电气故障，根据故障结果可以分为拒绝分闸、拒绝合闸、误分/合闸，通过对分合闸电流故障波形图多维度分类可以在数据处理时及时查询调取故障波形图进行对比，电流实时数据存储单元（22）基于实时分合闸电流信号绘制时间-电流变化图，同时对实时电流信号数据做预处理，主要是对实时时间-电流变化图做降噪处理，将时间-电流变化图转换成数据处理所需的时间-电流变化曲线图，排除设备运行对传感器收集数据的噪声干扰，减少噪声对数据精确度的影响，电流特征分析单元（3）用于分析处理分合闸实时状态电流数据，包括基波分析单元（31）、谐波分析单元（32），基波分析单元（31）用于处理分合闸运行过程中基波变化趋势，基波分析单元（31）对基波进行修正，记分合闸理想运行频率为f0，则基波方程为x
（t）
=a
1 sin［2π（ f
1 ／ f0）t φ1］，a1、 f1、φ
1 分别为基波的幅值（v）、频率（hz）和 初相位（
°
），t为采样时刻，同时利用瞬时输出电压与瞬时输入电流以及瞬时输入电压和瞬时输出电流之间的差值，根据瞬时值与基波峰值的数值关系对基波进行修正，经基波分析单元（31）修正后的基波更能贴近分合闸真实电流，谐波分析单元（32）用于处理分合闸运行过程中谐波变化趋势，谐波分析单元（32）包括用于排除坏数据的异常值剔除模块（321）以及用于评估谐波异常情况的谐波异常诊断模块（322），异常值剔除模块（321）记谐波信号数据点为i（t），t为谐波上的某一时刻，将n个数据点i（t）看做为一个样本集，利用求均值公式可以求出样本均值i（t），以样本均值`i（t）为基准，根据公式[i（t）-`i（t）]/`i（t）
＞ε判断极值点并剔除极值点，谐波异常诊断模块（322）利用谐波函数的收敛性，记谐波变化曲线上的点构成点列{pn},谐波变化曲线上的任意点p坐标为（an，bn），根据理想曲线变化设下一预测点m坐标为（a，b），利用公式判断点列{pn}是否收敛于预测点m，即=m，=a，=b，若点列{pn}收敛于预测点m，则分合闸电流处于正常情况范围，若点列{pn}与预测点m不收敛，则分合闸电流处于异常报警范围，基于电流特征分析单元（3）的电流数据处理结果，电流故障预警单元（4）用于对分合闸的负荷裕度进行预警。
[0021]
通过采用上述技术方案：一种开关柜断路器分合闸电流在线监测分析系统，通过结合分合闸故障历史数据与分合闸实时电流数据，利用分合闸运行频率将数据信号分为基波和谐波，对基波分析处理可以得出分合闸设备运行裕度，同时利用谐波的波形图的收敛性可有效对分合闸故障趋势进行预测，对比分析历史故障波形与实时电流波形的相似度能够预测得出分合闸故障原因。
[0022]
实施例2：如图1所示，本发明还提供一种开关柜断路器分合闸电流在线监测分析系统的分析方法，所示具体步骤如下：步骤一：电流信号数据采集环节，有电流采集单元（1）采集开关柜断路器分合闸电流信号，电流采集单元（1）选用霍尔电流传感器采集分合闸线圈工作电流，保证在分合闸线圈工作时电流变化速度过快的情况下能够及时捕获电流信号，提高了数据的精确度。
[0023]
步骤二：电流信号数据预处理环节，基于实时分合闸电流信号有电流实时数据存储单元（22）绘制时间-电流变化图，同时电流实时数据存储单元（22）对实时电流信号数据做预处理，主要是对实时时间-电流变化图做降噪处理，将时间-电流变化图转换成数据处理所需的时间-电流变化曲线图，排除设备运行对传感器收集数据的噪声干扰，减少噪声对数据精确度的影响。
[0024]
步骤三：电流信号频波处理环节，电流特征分析单元（3）以分合闸的运行频率为基准，可以将电流实时数据存储单元（22）存储的电流数据中的基波、谐波分离开，分别对电流中的基波以及谐波做分析处理，包括以下步骤：步骤31：受设备运行频率影响，电流特征分析单元（3）提取所得基波与真实运行基波存在偏差，由基波分析单元（31）对提取所得基波进行修正，记分合闸理想运行频率为f0，则基波方程为x
（t）
=a
1 sin［2π（ f
1 ／ f0）t φ1］，a1、 f1、φ
1 分别为基波的幅值（v）、频率（hz）和 初相位（
°
），t为采样时刻，同时利用瞬时输出电压与瞬时输入电流以及瞬时输入电压和瞬时输出电流之间的差值，根据瞬时值与基波峰值的数值关系对基波进行修正，经基波分析单元（31）修正后的基波更能贴近分合闸真实电流；步骤32：对谐波信号做分析处理，首先由异常值剔除模块（321）来对异常情况明显的数值进行处理，记谐波信号数据点为i（t），t为谐波上的某一时刻，将n个数据点i（t）看做为一个样本集，利用求均值公式可以求出样本均值i（t），以样本均值`i（t）为基准，根据公式[i（t）-`i（t）]/`i（t）＞ε判断极值点，ε为范围裕度，ε的数值选取可根据分合闸电流运行情况选取，剔除异常值能够保证谐波的稳定变化，使谐波更贴合分合闸正常使用情况，然后由谐波异常诊断模块（322）来评估谐波异常情况，利用谐波函数的收敛性，记谐波变化曲线上的点构成点列{pn},谐波变化曲线上的任意点p坐标为（an，bn），根据理想曲线变化设下一
预测点m坐标为（a，b），利用公式判断点列{pn}是否收敛于预测点m，即=m，=a，=b，若点列{pn}收敛于预测点m，则分合闸电流处于正常情况范围，若点列{pn}与预测点m不收敛，则分合闸电流处于异常报警范围。
[0025]
步骤四：故障预警环节，基于谐波异常诊断模块（322）的谐波异常诊断结果，电流故障预警单元（4）进行告警提示，电流故障预警单元（4）提取电流历史数据存储单元（21）中的分合闸故障电流谐波波形图，将谐波异常诊断模块（322）分析所得的异常波形图与历史故障波形图对比，以波形图走势与波形图上点列重合度为判断依据，可根据相似度排列出历史故障波形图，进而能够检测出分合闸故障原因。
[0026]
本发明的工作原理是：通过结合分合闸故障历史数据与实时电流数据，对分合闸电流基波分析处理可以得出分合闸设备运行裕度，对电流谐波做异常值剔除处理，使谐波更贴合分合闸正常使用情况，进而验证谐波函数的收敛性可有效对分合闸故障谐波趋势进行预测，对比分析历史故障波形与实时电流波形的相似度能够预测得出分合闸故障原因。
[0027]
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。