一种低压配电回路电缆头松动故障诊断设备和诊断方法与流程

1.本发明属于故障诊断装置领域，尤其涉及一种用于低压配电设备的电缆头松动故障诊断设备和诊断方法。


背景技术：

2.在配电网运行中，经常发生0.4kv侧低压配电开关因为电缆头松动、运行温度上升导致的开关“超温降容”跳闸(指投入运行中的开关，由于温升超过预定值，致使其允许通过的工作电流下降，最终导致开关的最大工作电流/容量或允许工作电流/容量下降的现象)。
3.在这种工况下，电缆回路运行负荷与正常负荷相当，不能从负荷测量上判断开关跳闸原因。同时，由于电缆接头内部的松动不能被从外部直观地发现，而且电缆温升随时间缓慢变化。故此类故障非常难以判断，运检人员往往不能及时判断故障原因是否是开关本体机构原因故障。为了便于及时抢修，往往要携带备用开关，工作量大，响应速度慢。
4.此类事件的频繁发生，极大地增加了电网运行维护人员的工作压力，不能及时分析查找故障原因也会引起用户的满意度下降，从而影响供电企业的形象。
5.授权公告日为2016.01.20，授权公告号为cn 104052156 b的发明专利，公开了“一种低压配电柜故障告警及隔离方法”，其利用低压配电柜中控制器的内置判断程序，逐步筛选告警信息的数据核对，提高告警信息正确率；利用合理的判据，单和双判断的交叉使用，进一步在诊断过程中对突发事件的告警信息得到快速发送；采用逐步增加数据的方式，解决利用预设值进行对比的告警重复发送，达到故障诊断更正确，效率更高，另外，在发送告警信息后能将故障点自动隔离，避免出现事故。但是该技术方案是针对特定的、具有内置式控制器的低压配电柜，不能广泛地适用于通用的低压配电装置，使用场景受到一定的限制。
6.现在市面上现有的电能质量监测仪，具有一定的运行监测和录波分析能力，但也仅仅局限于电信号采集，无法同时采集温度信号量。而且此类“超温降容”跳闸故障发生时，故障开关的负荷运行水平正常，无法通过测量其负荷电流变化来判断故障原因。
7.如何能够在“超温降容”故障现象刚刚发生的状态下，且能够赶在开关发生跳闸动作之前，就及时发现存在此类故障现象的开关，是实际低压设备运行、管理工作中急待解决的一个技术问题。


技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题是提供一种低压配电回路电缆头松动故障诊断设备和诊断方法。其通过电压、电流、温度等多种信号输入，判断识别开关回路跳闸停电是否由电缆头松动超温引发，并提供就地故障指示，可安装在配电站、箱式变电站的低压配电回路上。
9.本发明的技术方案是：提供一种低压配电回路电缆头松动故障诊断设备，其特征是：
10.在待测开关的母线侧，在三相电源进线母线及中性线上，分别设置四个母线电压
传感器，各个母线电压传感器的输出端与故障诊断设备的母线侧电压采样输入端分别应连接；
11.故障诊断设备通过母线电压传感器监测待测开关回路母线侧的三相交流电压信号和中性线电压信号，作为故障诊断设备的电压采样输入；
12.在待测开关线路侧的任意一相上，设置一个线路侧电压传感器，线路侧电压传感器的输出端与故障诊断设备的线路侧电压采样输入端对应连接；故障诊断设备通过线路侧电压传感器监测待测开关回路线路侧的任意一相电压信号，作为故障诊断设备在开关回路停电时的故障判断触发信号；
13.在开关线路侧a、b、c、n四线电缆上，分别对应设置四个温度传感器，四个温度传感器的输出端与故障诊断设备的温度采样输入端分别对应连接；故障诊断设备通过温度传感器监测开关线路侧电缆的温度信号；
14.所述的故障诊断设备至少包括人机交互界面、参数管理模块、故障诊断模块及数据采样模块；
15.其中，数据采样模块通过外部传感器实现母线侧电压、线路侧电压、线路侧电流、线路侧电缆温度的监测数据采集；
16.参数管理模块用于设备定值参数的存储、监测数据采集的循环式存储；
17.用户通过人机界面设定设备的定值参数；
18.故障诊断模块获取实时采样参数，结合用户设定的定值参数，在开关停电时做故障诊断判断，并把判断结果返回给人机界面显示。
19.具体的，所述的故障诊断设备通过采集母线侧电压、线路侧电压、线路侧电流、线路侧电缆温度数据，在开关停电故障发生时，判断识别开关回路跳闸停电是否由电缆头松动超温引发，实现“超温降容”故障的及时发现。
20.进一步的，所述的定值参数至少包括开关回路的额定电流、过流跳闸动作电流、电缆温度限值、跳闸统计时间常数、过流统计时间常数以及超温统计时间常数。
21.进一步的，所述的故障诊断设备通过母线电压传感器接入待测开关回路母线侧的三相交流电压信号和中性线电压信号，作为设备的电压采样输入，同时也为设备提供工作电源。
22.本发明的技术方案，还提供了一种上述低压配电回路电缆头松动故障诊断设备的诊断方法，其特征是诊断方法包括下列步骤：
23.步骤1)设备启动；
24.步骤2)读入开关回路额定电流、过流跳闸定值、电缆温度限值、统计周期等参数；
25.步骤3)实时扫描待测开关及电缆的采样数据，并进行采样数据的循环式存储；
26.步骤4)通过读取采样数据，判断开关是否出现跳闸；如没有出现跳闸，则返回步骤3)；如出现跳闸，则进行下一步骤；
27.步骤5)通过读取采样数据，判断开关是否出现过流；如出现过流，返回步骤3)；如没有出现过流，则进行下一步骤；
28.步骤6)通过读取采样数据，判断电缆温度是否超限；如没有出现电缆温度超限，则返回步骤3)；如出现电缆温度超限，则进行下一步骤；
29.步骤7)判定开关跳闸的故障原因为电缆接头松动；
30.步骤8)记录故障原因；
31.步骤9)通过人机界面推送告警信息。
32.具体的，所述的统计周期包括跳闸统计时间、过流统计时间以及超温统计时间。
33.进一步的，所述判断开关是否出现跳闸的判据为：
34.在跳闸统计时间tn1内，母线侧三相电压的有效值均值》un*0.85，且在跳闸统计时间tn1内线路侧电压的有效值均值《un*0.1；
35.其中的跳闸统计时间tn1可设定，缺省为5秒；un为工作电压额定值，un＝220v。
36.进一步的，所述判断开关是否出现过流的判据为：
37.在开关跳闸前的过流统计时间tn2内，开关的三相电流有效值均值《icri；
38.其中的icri为用户设定的开关跳闸电流定值，过流统计时间tn2可设定，缺省为5秒。
39.进一步的，所述判断电缆是否出现温度超限的判据为：
40.在开关跳闸前的超温统计时间tn3内，三相电缆的温度均值》tcri；
41.其中的tcri为用户设定的电缆温度限值；超温统计时间tn3可设定，缺省为5分钟。
42.本发明技术方案所述的诊断方法，通过采集母线侧电压、线路侧电压、线路侧电流、线路侧电缆温度数据，判断识别开关回路跳闸停电是否由电缆头松动超温引发，实现“超温降容”现象的及时发现，提前预警。
43.与现有技术比较，本发明的优点是：
44.1.本发明的技术方案，只需通过采集母线侧电压、线路侧电压、线路侧电流、线路侧电缆温度数据，即可方便、简洁地在开关跳闸时，判断识别开关回路跳闸停电的原因是否由电缆头松动超温引发，并提供就地故障指示；
45.2.采用本发明的技术方案，能够实现“超温降容”现象的及时发现，提前预警，避免因“超温降容”故障导致更大事故的发生；
46.3.本发明技术方案中所涉及到的硬件构成，技术成熟稳定，易于实现，实施成本低廉，易于推广。
附图说明
47.图1是本发明的设备原理示意图；
48.图2是本发明的设备结构示意图；
49.图3是本发明的诊断方法流程示意图。
50.图中1为母线电压传感器，2为线路电压传感器，3为电流互感器，4为温度传感器。
具体实施方式
51.下面结合附图对本发明做进一步说明。
52.本发明的技术方案，提供了一种适用于0.4kv低压配电回路电缆头松动的故障诊断设备。
53.1、设备工作原理：
54.本发明技术方案中设备的工作原理图如图1中所示。
55.为统一描述，0.4kv三相开关进线侧(图1中三相开关的上方)称为母线侧，出线侧
(图1中三相开关的下方)称为线路侧。
56.故障诊断设备通过母线电压传感器接入待测开关回路母线侧的三相交流电压信号和中性线电压信号，作为设备的电压采样输入，同时也为设备提供工作电源。
57.设备接入待测开关回路线路侧的任意一相电压信号，作为开关回路停电时的故障判断触发信号。
58.设备通过温度传感器接入开关线路侧a、b、c、n四线电缆，采集电缆温度信号。
59.故障诊断设备根据输入的各种信号量和预设的设备参数做故障诊断逻辑算法判断，在开关跳闸停电时判断故障原因是否为电缆头松动温升引起的开关异常跳闸，并提供人机界面指示。
60.图1中所示的0.4kv三相开关为目标测量对象，母线侧电压传感器、线路侧电压传感器、电流互感器、线路侧温度传感器均采用常规技术实现，在此不再详述。
61.2、设备结构：
62.图2所示为设备结构图。设备由人机交互界面、参数管理、故障诊断、数据采样等模块构成。
63.其中，数据采样模块通过外部传感器实现母线侧电压、线路侧电压、线路侧电流、线路侧电缆温度数据采集。
64.用户通过人机界面设定设备参数，参数内容包括开关回路的额定电流、过流跳闸动作电流、电缆温度限值、跳闸/过流/超温统计时间常数等。
65.故障诊断模块获取实时采样参数，结合用户设定的定值参数，在开关停电时做故障诊断判断，把判断结果返回给人机界面显示。
66.由于现有市售产品中，均有各种人机交互界面、参数管理模块、故障诊断模块及数据采样模块的产品，故关于人机交互界面、参数管理模块、故障诊断模块及数据采样模块的具体构成和工作过程在此不再详述。
67.本发明技术方案的创造点在于上述人机交互界面、参数管理模块、故障诊断模块及数据采样模块的逻辑动作过程和诊断方法的具体诊断流程。
68.3、诊断方法的流程：
69.故障诊断的详细诊断流程如图3中所示。
70.步骤1)设备启动；
71.步骤2)读入开关回路额定电流、过流跳闸定值、电缆温度限值、统计周期等参数；
72.步骤3)实时扫描待测开关及电缆的采样数据，并进行采样数据的循环式存储；
73.步骤4)通过读取采样数据，判断开关是否出现跳闸；如没有出现跳闸，则返回步骤3)；如出现跳闸，则进行下一步骤；
74.步骤5)通过读取采样数据，判断开关是否出现过流；如出现过流，返回步骤3)；如没有出现过流，则进行下一步骤；
75.步骤6)通过读取采样数据，判断电缆温度是否超限；如没有出现电缆温度超限，则返回步骤3)；如出现电缆温度超限，则进行下一步骤；
76.步骤7)判定开关跳闸的故障原因为电缆接头松动；
77.步骤8)记录故障原因；
78.步骤9)通过人机界面推送告警信息。
79.其中：
80.(1)开关跳闸的判据为：在跳闸统计时间tn1内，母线侧三相电压的有效值均值》un*0.85，且在跳闸统计时间tn1内线路侧电压的有效值均值《un*0.1；
81.其中的跳闸统计时间tn1可设定，缺省为5秒；un为工作电压额定值，un＝220v。
82.(2)开关过流的判据为：在开关跳闸前的过流统计时间tn2内，开关的三相电流有效值均值《i
cri
；
83.其中的i
cri
为用户设定的开关跳闸电流定值，过流统计时间tn2可设定，缺省为5秒。
84.(3)电缆温度超限的判据为：在开关跳闸前的超温统计时间tn3内，三相电缆的温度均值》t
cri
，
85.其中的t
cri
为用户设定的电缆温度限值；超温统计时间tn3可设定，缺省为5分钟。
86.本发明的技术方案，只需通过采集母线侧电压、线路侧电压、线路侧电流、线路侧电缆温度数据，即可方便、简洁地在开关停电时，判断识别开关回路跳闸停电是否由电缆头松动超温引发，并提供就地故障指示，可安装在配电站、箱式变电站的低压配电回路上，实现“超温降容”现象的及时发现，提前预警，避免因“超温降容”故障导致更大事故的发生。
87.本发明可广泛用于配电站、箱式变电站0.4kv低压配电回路的故障监测或运行管理领域。