專利名稱：高壓斷路器分合閘時間的在線監測方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓斷路器的在線監測方法，特別是一種高壓斷路器 分合閘時間的在線監測方法。
技術背景電力系統的裝置中，高壓斷路器數量最多、^#量大、費用高。有關 統計數據表明，變電站維護費用的一半以上是用在高壓斷路器上，而其中60%又是用于斷路器的小修和例行檢修上。過去實行以周期(時間)為依據 的計劃^i務，據統計，10%的斷路器故障是由于不正確的^#所致，斷路器 在大修中要完全解體，既費時間，費用也很高，而且解體和重新裝配會引 起很多新的缺陷。為了提高檢修的針對性，需要對高壓斷路器實施狀態在 線監測，使計劃檢修向狀態檢修轉變，以在線監測數據為依據做出檢修決 策。高壓斷路器的分/合閘時間是斷路器在線監測的一項重要內容，也是衡 量斷路器狀態的一個重要指標，其有關參數定義如下合閘時間從接到合閘指令瞬間起到所有極觸頭都接觸瞬間為止的時間。分閘時間從接到分閘指令瞬間起到所有極觸頭都分離瞬間為止的時間。合閘不同期從首極觸頭合開始到所有極觸頭都合為止的時間。 分閘不同期從首極觸頭分開始到所有極觸頭都分為止的時間。 根據定義，斷路器的分/合閘時間就是斷路器分/合閘回路帶電的起始 時刻和斷路器觸頭分/合完畢時刻的時間差，時間的精度要求為1毫秒。整 個過程牽涉到兩個時刻的確定問題,第一就是斷路器分/合閘回路帶電的起
始時刻；第二就是斷路器觸頭分/合完畢的時刻。對于第一個問題，目前的做法是，在線監測裝置中普遍采用霍爾傳感 器釆樣斷路器分/合閘回路中線圈的電流，并以此作為分/合閘回路帶電的 判據，當分/合閘線圈帶電時，斷路器的分/合閘過程就開始了。在對電流 的監測中，必須設置一個電流的門檻值，當分/合閘線圏電流大于這個門檻 值時，就認為斷路器的分/合閘過程開始了，這點的時刻就作為斷路器分/合鬧開始的時刻。這種方法存在以下幾個缺點1:斷路器的分/合閘線圈 的電流本身就是斷路器在線監測的一個對象，分/合閘線圈電流的大小、持 續時間長短反映了斷路器的機械操作機構的好壞，體現了斷路器的機械特 性的優劣， 一旦操作機構性能不良，直接影響斷路器的分/合閘線圈電流的 大小；2:不同的斷路器的分/合閘線圈的電阻和電抗是不同的，相應的分 /合鬧線圈的電流也會不相同；3:不同的線圏不同的R-L參數影響電流上 升的陡度，"有流無流"閥值或門檻值船佳設定，增加了測量誤差的不確定 因素；4:斷路器分/合閘線圈電流具有一個變化的過程，不同的門檻值會 對應不同的時間點，因此，不同的門檻值的設置會產生分/合閘過程的不同 的起始時刻；5:斷路器的故障(包括操作機構的故障)會引起線圈電流的 變化。對于第二個問題，已有的不同的在線監測裝置釆用不同的方法。 1 )通常采用外部的電流互感器，取斷路器主回路最后一相電流有無的 時刻作為斷路器觸頭分/合完畢的時刻。實際上，合閘時，當斷路器動觸頭 還沒有達到合鬧位置點時主回路就已有預擊穿電流通過，因此電流的有無 并不能正確反映斷路器的觸頭的實際合閘時刻。這種方法還存在以下幾個 缺陷第一，必須要有負荷電流的存在， 一旦操作過程沒有負荷，就不能 監測到電流的存在，也就無法定位；第二，判斷電流存在的門檻值的大小影響著斷路器觸頭分/合完畢時刻的精度；第三，在線監測裝置中必須要設置電流互感器，如果與原來系統中存在的電流互感器合用，監測裝置的損 害很可能會影響使用電流互感器的其他裝置的性能，這有悖于增加的監測
裝置不能破壞原來裝置的性能的原則。2 )有的加設振動傳感器，釆用基于機械振動信號來判定斷路器觸頭分 /合完畢的時刻。振動信號的釆集一般使用加速度傳感器，加速度傳感器將觸頭振動信 號轉換成電荷信號，通過電荷放大器轉換成電壓信號，再通過共振解調器 獲得故障信號。但是，對斷路器觸頭振動信號的分析是機械特性監測的難 點1、由于斷路器結構復雜以及現場測量時各種環境噪聲的影響，使加速度傳感器獲取的振動信號存在干擾成分；2、斷路器的合操作或分操作都會產生若干次振動事件，實際的振動信號及振動信號的彌散、反射和折射使辨識更為困難，如振動信號小就更難辯識；3、當干擾信號的瞬時幅值和頻率大到與振動信號可比擬時，釆用傳統的方法很難有效區分噪聲和有用信 號。目前釆用時域法、頻域法和時頻聯合分析法對斷路器觸頭振動信號進 行分析。其中，時域法分析直觀、簡單，是振動信號分析的首選方法。頻 域法和時頻聯合分析法復雜，計算量大， 一般應用于上層的故障診斷軟件 中。文獻l(孟永鵬等.短時能量法在斷路器機械特性狀態監測中的應用.西安交通大學學報，2004年12月)提出了短時能量的時域分析方法，可 明顯地提高信噪比，具有較強的噪聲抑制能力，用于斷路器振動信號的事 件時間提取。通過選擇合適的傳感器測量位置，可準確得到斷路器的合閘 同期性和合閘時間等狀態參數，為斷路器 狀態檢測提供了相應的量化 依據。該方法的缺點是需多個加速傳感器放在不同的位置。頻域分析法， 常規的頻譜分析采用離散傅里葉變換(DFT)或快速傅里葉變換(FFT)方法實 現。由于FFT難以有效提高頻譜分辨率，文獻2(趙霞，熊小伏，郭珂等.用細化頻譜技術分析斷路器搡動機構振動信號m.電力系統自動 化,2003, 27 (12) :37-40, 80.)提出采用細化頻譜分析方法分析斷路器操動 機構振動信號的頻域特性和頻率結構。其缺點是反映的時間信號不夠。目 前，神經網絡、小波分析等信號分析及處理手段也在振動信號的識別中得 到廣泛應用，能從 振動信號中得到更多的斷路器狀態信號，但是很多
這些處理技術還只是局限在實驗、研究中。分析^U戒振動信號的方式從理論上考慮，對斷路器通過安裝振動傳感 器來釆集振動信號來判斷斷路器的狀態應該是一種簡便且行之有效的方 法。但在實際應用中，存在以下缺點首先，振動傳感器的安裝就是一個大問題。振動傳感器的應用數目和安裝位置的確定目前還沒有統一的說法;其次，振動信號中包含的干擾信號非常多，對于斷路器振動信號的處理方 法非常關鍵，目前這些還都在探索研究中。所以，真正在實際中應用此方 法的還不太多。3)利用輔助開關接點狀態信號來確定斷路器觸頭分/合完畢的時刻。 由于輔助開關是析j戎式觸點開關，轉換速変差，而且很不穩定，因此測量 結果有偏差；更何況斷路器的輔助觸點也是斷路器在線監測的一個參數之總之，現有的關于高壓斷路器分合閘時間的在線檢測方法都存在著各 自的缺點，實際應用成本高，準確性差，效果不理想。目前，與高壓斷路器一起安裝在開關柜上的高壓帶電顯示裝置在電力 系統中已經成為一個不可缺少的電器設備，它包括兩個部分帶電容傳感 器的高壓絕緣子和高壓帶電顯示器，電力線路的三相(A、 B、 C相)都有 一個帶電容傳感器的高壓絕緣子，高壓帶電顯示器直接與電容傳感器相連， 用來監測電容傳感器的電壓，當電力線路帶電時，電容傳感器就能通過電 場耦合，感應出電壓，并通過帶電顯示器顯示電壓信號的有無。當斷路器 通過外部的分/合閘觸點進行遙控分/合時，斷路器進行觸頭的分/合，線路 上的帶電顯示器就可以顯示出線路的分/合結果。 發明內容本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種簡便 易行、準確性高的高壓斷路器分合閘時間的在線監測方法，有效的進行斷 路器分合閘時間的在線監測。本發明解決其技術問題所釆用的技術方案如下 一種高壓斷路器分 合閘時間的在線監測方法，由在線監測裝置對斷路器分閘時間TO、合閘時間T1、分閘不同期時間TtqO、合閘不同期時間Ttql進行在線監測，其包 括如下步驟(1)、對斷路器分閘線圈、合閘線圈進行電壓信號的遙信采樣，記錄 遙信從無到有(從0變1: 0——代表無，沒有電壓，1 ——代表有，有電 壓)的變位時刻，該時刻即為電壓信號在分閘線圏、合閘線圈中建立的時刻 Tf、 Th，并將Tf、 Th作為斷路器分閘線圏、合閘線圈帶電的起始時刻；(2 )、先把電力線路上高壓帶電顯示裝置的電容傳感器的三相交流電 壓轉換成三相直流電壓，再進行三相電壓信號的遙信采樣，記錄三相遙信 從有到無(從1變0)的變位時刻以及從無到有(從0變1)的變位時刻， 三相遙信從有到無的變位時刻即為三相電壓信號的消失時刻Taf、 Tbf、 Tcf,三相遙信從無到有的變位時刻即為三相電壓信號的建立時刻Tah、 Tbh、 Tch，將最后一相電壓信號的消失時刻max (Taf， Tbf, Tcf)作為斷 路器觸頭分離完畢的時刻，將最后一相電壓信號的建立時刻max(Tah， Tbh， Tch)作為斷路器觸頭接合完畢的時刻；(3 )、計算斷路器分閘回路帶電的起始時刻Tf與斷路器觸頭分離完畢 時刻max(Taf， Tbf, Tcf)的時間差，即得斷路器的分閘時間TO: TO， (Taf， Tbf， Tcf) -Tf;計算斷斷路器合閘回路帶電的起始時刻Th與斷 路器觸頭接合完畢時刻max (Tah, Tbh, Tch)的時間差，即得斷路器的合 閘時間T1: Tl^max (Tah， Tbh， Tch) -Th;(4)、計算電容傳感器的三相電壓信號消失時刻Taf、 Tbf、 Tcf的最 大時間差，即得斷路器的分閘不同期時間TtqO: TtqO=max (Taf, Tbf， Tcf) -min(Taf， Tbf, Tcf);計算電容傳感器的三相電壓信號建立時刻 Tah、 Tbh、 Tch的最大時間差，即得斷路器的合閘不同期時間Ttql: Ttql =max (Tah， Tbh, Tch) -min (Tah, Tbh， Tch)。本發明的有益玄i^如下1、通過對高壓斷路器操作特性的分析，注意到電力系統中的直流控制 電源具有穩定的電壓(電力系統中規定直流控制電源的范圍在額定電壓的85% ~ 115%,額定電壓為直流220V，也就是說直流控制電源的生產廠家 出來的電壓必須控制在187V 253V,正常情況下，這個電壓要求維持在 220V左右)，從而充分利用提供給斷路器分/合閘線圈的穩定電壓這一有利 條件，通過對斷路器分/合閘線圈電壓信號的遙信釆樣，得到斷路器分/合 閘回路帶電的起始時刻，克服了以往基于電流信號進行釆樣所帶來的多種 弊端，使時間點的確定更加可靠、準確而且精度要求一致(精度要求由電 壓信號釆樣頻率決定)，在不增加任何成本的基礎上，實現了高壓斷路器分 /合閘回路帶電時刻的準確的確定。2、 充分利用現有電力線路上與高壓斷路器一起安裝在開關柜上的高壓 帶電顯示裝置，通:it^高壓帶電顯示裝置的電容傳感器進行三相電壓信號 的遙信釆樣，得到斷路器觸頭分/合完畢的時刻，克服了以往測量斷路器觸 頭分/合時刻的幾種不同方法的弊端，使觸頭分/合時間的確定變得非常簡 單、便捷、準確而且精度要求一致(精度要求由電壓信號釆樣頻率決定)， 在不增加任何裝置成本、不需進行復雜的數學運算的情況下，實現了斷路 器的觸頭的分/合閘完畢時刻的確定。3、 本發明方法基于電壓信號遙信釆樣,充分利用電力系統的運行設施， 使斷路器的在線監測技術更加精確、更加方便、成本更加低廉，為斷路器 的"狀態樹務"奠定了基礎，可以更好的節省電力系統的^#費用，為電 力系統安全運行提供技術保障。
圖1為本發明方法的流程圖。圖2為本發明實施例涉及的電路框圖。
具體實施方式
下面參照附圖并結合實施例對本發明作進一步詳細描述。但是本發明 不限于所給出的例子。如圖1所示，本發明高壓斷路器分合閘時間的在線監測方法的實施例，
由在線監測裝置CPU的定時器觸發對斷路器分/合閘線圈以及高壓帶電顯示裝置的三相電容傳感器進行電壓信號遙信釆樣，釆樣頻率為10000Hz, 使監測的時間精度為0.1毫秒1分/合閘線圈帶電時刻的確定對斷路器的分閘線圈、合閘線圈進行電壓遙信釆樣，記錄分閘/合閘搡 作時的分閘/合閘回路遙信變位時刻，也就是分閘線圈、合鬧線圈的電壓建 立時刻Tf、 Th,并將Tf、 Th作為斷路器分閘線圈、合閘線圈帶電的起始 時刻。2斷路器觸頭分/合閘時刻的確定對電力線路上高壓帶電顯示裝置的三相電容傳感器進行電壓遙信釆 樣，記錄三相電容傳感器電壓遙信變位時刻，也就是分閘操作時三相電容 傳感器電壓信號的消失時刻Taf、 Tbf、 Tcf和合閘操作時三相電容傳感器 電壓信號的建立時刻Tah、 Tbh、 Tch,將最后一相電容傳感器電壓信號消 失時刻max(Taf， Tbf, Tcf )作為斷路器分閘操作時觸頭分離完畢的時刻； 將最后一相電容傳感器電壓信號建立時刻max (Tah, Tbh, Tch)作為斷路器合閘搡作時觸頭接合完畢的時刻。3斷路器分/合閘時間和不同期時間的確定計算斷路器分閘回路帶電的起始時刻Tf與斷路器觸頭分離完畢時刻 max(Taf， Tbf, Tcf)的時間差，即得斷路器的分閘時間TO: TO，(Taf， Tbf, Tcf) -Tf;計算斷斷路器合閘回路帶電的起始時刻Th與斷路器觸頭 接合完畢時刻max(Tah， Tbh, Tch)的時間差，即得斷路器的合閘時間Tl: Tl=max (Tah， Tbh, Tch) -Th;計算電容傳感器的三相電壓信號消失時刻Taf 、 Tbf 、 Tcf的最大時間 差，即得斷路器的分閘不同期時間TtqO: TtqO-max (Taf， Tbf, Tcf)-min(Taf ， Tbf ， Tcf);計算電容傳感器的三相電壓信號建立時刻Tah、 Tbh、 Tch的最大時間差，即得斷路器的合閘不同期時間Ttql: Ttql-max (Tah, Tbh， Tch) 一min (Tah， Tbh， Tch)。
如圖2所示，實施例中，當外部對斷路器進行分/合操作時，首先通過 外部的遙控繼電器的分/合閘觸點對斷路器的分/合閘線圈送電，當線圏電 流上升到一定值時，推動線圈的磁鐵運動，使預先已儲能的扭力彈簧釋放, 轉動主軸，帶動斷路器的觸頭運動，實現分/合閘功能。線圏受電是整個過 程的開始，考慮到電力系統中的直流控制電源具有穩定的電壓，是一個穩 壓源，通過對斷路器分/合鬧線圈的電壓進行監測，就能夠有效的知道何時 對斷路器進行操作,線圏受電的瞬間就作為計算斷路器分/合閘時間的起始時刻，判斷線圈受電的方法是通過外部遙信來實現的在實施例中，根據圖2所示，把斷路器分/合閘線圈的正受電端分別接 入到在線監溯懷置的遙信輸入端，把外部直流控制電源的220V-端接入到 在線監測裝置的遙信負端；在沒有遙控分/合閘操作時，在線監測裝置監測 到的遙信為0,當外部遙控對斷路器進行分/合閘操作時，夕卜部的分/合閘 觸點導通，外部直流控制電源直接作用到分/合鬧線圈，只要直流控制電源 的電壓大于187伏，在線監測裝置在0.1亳秒(10000Hz的釆樣頻率)的 時間內檢測到遙信信號(為1),記tit信變位(從0到1)的時刻；為了 防止外部的電力系統磁場信號對在線監測裝置的干擾，引起錯誤的遙信變 位，對遙信信號設置了常規的軟件去抖處理。這樣，當斷路器進行分閘操 作時，得到了分閘線圈的電壓遙信變位時刻，也就是斷路器分閘回路的帶 電時刻Tf;當斷路器進行合閘搡作時，得到了合閘線圈的電壓遙信變位時 刻，也就是斷路器分閘回路的帶電時刻Th。在實施例中，結合電力系統的實際應用情況，高壓帶電顯示裝置在 電力系統中已經成為一個不可缺少的電器設備，電力線路的三相(A、 B、 C 相)都有一個帶電容傳感器的絕緣子，當電力線路帶電時，電容傳感器就 能感應出電壓，這個電壓就通過帶電顯示器顯示出來。當斷路器通過外部 的分/合閘觸點進行遙控分/合閘操作時，斷路器進行觸頭的分/合運動，線 路上的帶電顯示器就可以顯示出線路的分/合結果。本發明就是充分利用這 個有利條件，在不需要增加設施、不需要增加任何成本的情況下，實現對
斷路器分/合閘時刻的確定和分/合閘不同期時間的測量。具體實現如下根據圖2所示，以CG系列電容傳感器為實施例中的電容傳感器，該傳 感器在電力線路上的電壓作用下，感應出40 50V的交流電，這個交流電 接入到帶電顯示器后，就顯示出電壓的有無結果；由于電容傳感器的感應 原理，電容傳感器的電壓直接反應電力線路的電壓，幾乎沒有延時；把電 容傳感器的三相交流電接入到在線監測裝置中，經過在線監測裝置的整流、 濾波、光電隔離先把三相交流電壓轉換成三相直流電壓，再進行三相電壓 信號的遙信采樣，當電容傳感器電壓大于40伏時，在線監測裝置監測到的 遙信為1,否則為0;遙信信號(1或0)直接反應了電力線路上電壓的有 無，也就是說直接反應了斷路器觸頭的分/合狀態。當斷路器進行分閘操作時，斷路器的三相觸頭進行分離運動，在線監 測裝置以0.1亳秒的釆樣周期不斷的對電容傳感器的三路傳感器電壓的遙 信信號進行檢測，記 信從1變0的變位時刻Taf 、 Tbf、 Tcf，同樣， 遙信也經過了軟件去抖處理；也就是說斷路器三相觸頭分離的時刻分別為 Taf、 Tbf、 Tcf;斷路器觸頭分離完畢的時刻，即最后一相觸頭分離完畢的 時刻，為max (Taf, Tbf, Tcf )。當斷路器進行合閘操作時，斷路器的三相觸頭進行接合運動，在線監 測裝置以0.1亳秒的釆樣周期不斷的對電容傳感器的三路傳感器電壓的遙 信信號進行檢測，記錄遙信從0變1的變位時刻，Tah、 Tbh、 Tch,同樣， 遙信也經過了軟件去抖處理；也就是說斷路器三相觸頭接合的時刻分別為 Tah、 Tbh、 Tch;斷路器觸頭接合完畢的時刻，即最后一相觸頭接合的時刻， 為max (Tah, Tbh, Tch)。斷路器分閘時間TO: TO=max (Taf， Tbf， Tcf) -Tf; 斷路器分閘時間T1: Tl=max (Tah, Tbh, Tch) -Th;
斷路器的分閘不同期時間TtqO : TtqO - max (Taf, Tbf， Tcf) -min (Taf, Tbf, Tcf);斷路器的合閘不同期時間Ttql: Ttql - max (Tah， Tbh， Tch)-min (Tah, Tbh， Tch)。
權利要求
1、高壓斷路器分合閘時間的在線監測方法，由在線監測裝置對斷路器分閘時間T0、合閘時間T1、分閘不同期時間Ttq0、合閘不同期時間Ttq1進行在線監測，其包括如下步驟(1)、對斷路器分閘線圈、合閘線圈進行電壓信號的遙信采樣，記錄遙信從無到有的變位時刻，該時刻即為電壓信號在分閘線圈、合閘線圈中建立的時刻Tf、Th，并將Tf、Th作為斷路器分閘線圈、合閘線圈帶電的起始時刻；(2)、先把電力線路上高壓帶電顯示裝置的電容傳感器的三相交流電壓轉換成三相直流電壓，再進行三相電壓信號的遙信采樣，記錄三相遙信從有到無的變位時刻以及從無到有的變位時刻，三相遙信從有到無的變位時刻即為三相電壓信號的消失時刻Taf、Tbf、Tcf，三相遙信從無到有的變位時刻即為三相電壓信號的建立時刻Tah、Tbh、Tch，將最后一相電壓信號的消失時刻max(Taf，Tbf，Tcf)作為斷路器觸頭分離完畢的時刻，將最后一相電壓信號的建立時刻max(Tah，Tbh，Tch)作為斷路器觸頭接合完畢的時刻；(3)、計算斷路器分閘回路帶電的起始時刻Tf與斷路器觸頭分離完畢時刻max(Taf，Tbf，Tcf)的時間差，即得斷路器的分閘時間T0T0＝max(Taf，Tbf，Tcf)-Tf；計算斷斷路器合閘回路帶電的起始時刻Th與斷路器觸頭接合完畢時刻max(Tah，Tbh，Tch)的時間差，即得斷路器的合閘時間T1T1＝max(Tah，Tbh，Tch)-Th；(4)、計算電容傳感器的三相電壓信號消失時刻Taf、Tbf、Tcf的最大時間差，即得斷路器的分閘不同期時間Ttq0Ttq0＝max(Taf，Tbf，Tcf)-min(Taf，Tbf，Tcf)；計算電容傳感器的三相電壓信號建立時刻Tah、Tbh、Tch的最大時間差，即得斷路器的合閘不同期時間Ttq1Ttq1＝max(Tah，Tbh，Tch)-min(Tah，Tbh，Tch)。
2、根據權利要求l所述的高壓斷路器分合閘時間的在線監測方法，其特征是電壓信號遙信釆樣的釆樣頻率為10000Hz，使監測的時間精度為0.1亳秒。
全文摘要
高壓斷路器分合閘時間的在線監測方法，通過對斷路器分、合閘線圈進行電壓遙信采樣，得到斷路器分、合閘線圈帶電的起始時刻，通過對電力線路上高壓帶電顯示裝置的電容傳感器進行三相電壓遙信采樣，得到斷路器觸頭分離完畢、接合完畢的時刻，計算斷路器分閘線圈帶電的起始時刻與斷路器觸頭分離完畢時刻的時間差，即得斷路器的分閘時間，計算斷路器合閘線圈帶電的起始時刻與斷路器觸頭接合完畢時刻的時間差，即得斷路器的合閘時間。本發明方法基于電壓信號遙信采樣，充分利用電力系統的運行設施，克服以往在線監測方法的弊端，使時間點的確定更加方便、準確，成本低廉，有利于實現斷路器的“狀態檢修”。
文檔編號G01R31/333GK101118275SQ20071002540
公開日2008年2月6日 申請日期2007年7月30日 優先權日2007年7月30日
發明者瑾 喬, 但唐軍, 昆 余, 劉皓明, 吳文瑕, 侃 季, 季學軍, 輝 李, 李衛良, 冰 王, 陳興松, 陳星鶯, 顧欣欣 申請人:國網南京自動化研究院;南京南瑞集團公司