专利名称：断路器刚分刚合点的在线判断方法及其装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电工技术领域，尤其涉及一种断路器刚分刚合点的在线判断方法及其
>J-U装直。
背景技术：
断路器是电力系统中重要的控制和保护电器，在电网运行中起到控制电力线路和设备投入与退出、迅速切除故障线路、保护无故障线路正常运行等重要作用，保障断路器的正常工作是维持电力系统安全稳定运行的基础。传统的定期检修方式已不能满足现代大规模电力系统发展的要求，需要向状态检修转变。因此，能够显示断路器工作状况，具备故障诊断功能，可以为状态检修提供依据的在线监测技术就显得尤为重要。断路器在线监测所包含的监测对象主要有分合闸线圈电流、储能电机电流、三相触头电压电流、三相位移量、触头温度、局部放电、真空包真空度及断路器工作状态(分合、储能等)等。其中三相位移量的监测尤为重要，许多断路器的机械特性，包括触头开距、接触行程、分合闸时间、分合闸速度、合闸顺序及三相不同期性等参数都是由三相位移量数据计算得来。在这些机械特性参数的计算中，断路器刚分刚合点的判断起到了关键的作用，是确定触头开距、接触行程及三相不同期性的前提。为了提高断路器使用寿命，保障其稳定运行，降低日常的维护费用，就必须完善在线监测的内容和提高监测的精度。刚分刚合点的判断就是在线监测技术中的一个重要内容，其监测精度对于机械特征参数有着很大的影响，同时也决定着故障诊断的可信程度。传统上对于断路器的检测大都是在离线空载的状态下进行的，通过在三相触头上加辅助回路来完成检测。而当断路器工作在在线负载状态时，三相触头工作在高压状态，难以通过检测回路电流来确定刚分刚合点，因而不能在断路器在线监测系统中得到应用。所以，设计一种适用于在线监测，能准确判别断路器刚分刚合点的在线测量新算法成为亟需解决的课题。国内外对于断路器刚分刚合点的判别进行了一定的研究，也产生了一些成果应用于断路器在线监测系统中。传统的对于断路器分合闸刚分刚合点的检测主要是通过光电编码器来进行，将光电编码器安装于操动机构主轴上，通过检测转角换算为动触头的行程。利用数值微分求取各采样点速度，将速度零点认为是断路器刚合点。其缺陷在于只能检测断路器主轴的转角，无法将其转化为三相单独的位移量，给三相不同期性的计算带来困难。近年来还出现了一种通过检测三相合闸振动信号，提取振动信号特征量用来检测刚合点的方法。该方法有一定的检测精度，然而却并不适用于10-20KV真空断路器。总的来说，旧有的检测方案存在着检测精度不高，检测方案复杂等缺陷，不适应在线监测的要求。
发明内容
本发明提供了一种适用于在线监测的断路器刚分刚合点判断方法及其装置。本发明简单实用、计算精度相对较高；其装置成本较低、稳定可靠、能够连续运行，可满足在线监测关于刚分刚合点以及其他机械参数检测的要求。
本发明采用如下技术方案本发明所述的一种断路器刚分刚合点的在线判断方法，包括断路器刚合点在线判断方法和刚分点在线判断方法，其特征在于，利用断路器刚合点在线判断方法分别对A、
B、C三相实施断路器的刚合点进行在线判断，利用刚分点在线判断方法分别对A、B、C三相实施断路器的刚分点进行在线判断，所述断路器刚合点在线判断方法包括以下步骤步骤I按照采样点的采样时间顺序，利用位移传感器依次获取等时间间隔T的断
路器动触头合闸过程的位移模拟量disA(i)，i = 1、2、3.......，时间间隔T= l/f，f为采
样率，i为采样点的序号且为正整数， 步骤2配置算法参数选择断路器操动机构底面板作为测量基准面，并以测量基准面至分闸状态下动触头之间的距离作为动触头实际最小位移值Amin，以测量基准面至合闸状态下动触头之间的距离作为动触头实际最大位移值Amax，再通过测量获取动触头实际最大位移值Amax以及动触头实际最小位移值Amin,步骤3对步骤I采集的动触头位移信号预处理采用小波消噪算法进行一维降噪，
消除噪声干扰，消噪后数据为disAl(i)，i = 1、2、3........利用限幅滤波手段去除毛刺，
得到预处理后的离散位移数据为disA2(i)，i = 1、2、3........步骤4实际离散位移量disAs⑴、总行程strA、合闸起始时刻nhAl及离散合闸速度yA⑴的计算步骤4. I实际离散位移量disAs⑴计算首先计算总行程strA,总行程strA = Amax-Amin ；其次计算线性比例系数KK，所述线性比例系数KK表示实际位移量与所采集的信号电压值之间的线性比例，计算公式为KK= strA/ (av2-avl),其中av2表示合闸状态的位移传感器米样电压值，avl表不分闸状态的位移传感器米样电压值；最后得到实际离散位移量disAs (i)，实际离散位移量为disAs(i) = (disA2 (i)-avl) XKK步骤4. 2搜索起始时刻nhAl :向后逐个搜索disAs (i)，并以第一个大于合闸过程总行程strA的10%所对应时刻的点为nhAl，步骤4. 3实际离散位移量disAs (i)所对应的离散合闸速度yA(i)通过数值微分三点公式得到，将disAs (I)、disAs (1+1)、disAs (1+2)作为一组进行分段计算，I = 1、4、7........3n+l，n为自然数，其算法如下 yA{l) = \-3disAs{l) + AdisAsQ + 1)- disAs {I + 2)]y^(J +1) = ~~ ^—disAsil^ + disAs (I + 2)]
yA(l + 2) = \disAs{l) - AdisAsQ + 1) + 3disAs(l + 2)]I = 1、4、7、......、3n+l，n 为自然数，得到合闸过程离散合闸速度yA(i)，i = 1、2、3........步骤5合闸过程刚合点判断，其具体分步骤如下
步骤5. I以nhAl为起始点，向后搜索速度零点nhA2，其判断依据为disAs (k+1)-disAs (k) < 0 且 disAs (k)-disAs (k_l) >0其中，k依次取值为nhAl、nhAl+l、nhAl+2、......，直至出现满足条件的k并以满
足条件的第一个k点即为nhA2点，步骤5. 2以nhA2为起始点，向前搜索加速度零点nhA3，其判断依据为yA(j+l)-yA(j) < 0 且 yA (j)-yA (j_l) >0其中，j依次取值为nhA2、nhA2_l、nhA2_2、……，直至出现满足条件的j并以满足条件的第一个j点即为nhA3点，
步骤6以nhA3点作为刚合点，求取断路器接触行程ConA，ConA= strA-disAs (nhA3)；所述断路器刚分点在线判断方法包括以下步骤步骤7按照采样点的采样时间顺序，利用位移传感器依次获取等时间间隔T的断
路器动触头分闸过程的位移模拟量dispA(i)，i = 1、2、3.......，时间间隔T = l/f,f为
采样率，i为采样点的序号且为正整数，步骤8对步骤7采集的动触头位移信号预处理采用小波消噪算法进行一维降噪，消除噪声干扰，利用限幅滤波手段去除毛刺，得到预处理后的离散位移数据为dispA2(i)，i=1、2、3、......，步骤9 实际离散位移量 dispAs ⑴计算，dispAs(i) = (dispA2 (i)-avl) XKK,步骤10根据分合闸过程接触行程ConA相等的原则，按顺序向后搜索dispAs⑴，i = 1、2、3、......，并以第一个大于ConA所对应时刻的点为nfAl，即分闸过程刚分点。本发明所述的一种用于实施断路器刚分刚合点的在线判断方法的装置，包括设有断路器的操作机构，以操作机构的底板为测量基准面，且在操作机构上设有三相位移传感器，三相位移传感器与断路器中的绝缘拉杆通过“Z”形连接件连接。与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明利用加速度零点判断断路器合闸刚分点，具有较高的可信度，且该方法计算过程简单，运算量较小，适用于在线监测。利用三相位移传感器采集行程信号，可以计算得到断路器运行的绝大多数机械参数，不需要额外的数据通道，使得装置结构简单、成本较低、运行稳定可靠，满足在线监测的要求。利用小波消噪手段以及阈值限幅滤波去毛刺方法，消除了现场环境噪声及断路器本身机械振动所产生的干扰，提高了判断方法的准确度。
图I为本发明所述装置的结构示意图；图2为本发明的流程图；图3为加速度判据算法流程图；图4为三相合闸位移原始信号图及预处理后信号图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作更进一步的说明。为了分别得到断路器三相刚分刚合点的精确位置，首先就必须合理选择传感器的型号与安装位置。本发明选择微型位移传感器KTS-25，其特点是体积小巧，易于安装；结构简单，功耗较低；有较高的线性与重复精度，可以保证采样精度；采用电阻式传感器，响应较快，保证了数据的实时性，特别适用于10-20KV真空断路器在线监测系统。本发明采用三个独立的位移传感器分别测量三相分合闸位移，克服了以往采用光电编码器只能测量单相位移的缺陷。传感器安装在断路器动触头绝缘拉杆下方，传感器活动部件拉杆固定在断路器绝缘拉杆上，外壳固定在断路器基座上。安装方向使传感器与绝缘拉杆平行，故传感器的位移可以完全反映动触头本身的位移。具体安装位置如图I所示。本发明采用的采样率25KHz，采样长度为接收到分合信号前200ms到之后2s。三相位移传感器所得到的信号，通过信号调理滤波电路，由A/D转换电路将其转化为数字信号。经副处理器FPGA传输至主处理器ARM，ARM接收位移数据，将其与其他监测量的采样数据一起按照自定义报文格式打包，并通过以太网口发送至上位微机数据处理单元。上位机接收报文，解包并建立数据库存储数据。形成实时同步高速的数据流，能够保证数据的有效性和精确度。软件算法通过MATLAB软件实现，通过MATLAB Builder for COM编译器编译生成COM组件，断路器在线监测软件运行时调用COM组件完成数据计算，并将计算结果以数据及图形的形式显示。 如图2所示为一种适用于在线监测的断路器刚分刚合点判断方法与装置软件算法流程图。对A、B、C三相采用相同的算法流程如下(I)读取上位机存储的三相合闸过程位移数据disA(i)i = 1、2、3.......，以及
预先设定的配置数据，包括采样频率、动触头实际最大位移值Amax以及动触头实际最小位移值Amin。(2)原始数据预处理。数据在采集、传输、存储过程中不可避免会受到一些外界的干扰，有些采样点的干扰甚至相当严重，对算法的计算精度产生了很大的影响。为了排除这些干扰，需要采取一些消噪和滤波手段。小波作为信号处理中的重要手段，在信号消噪中得到了广泛的应用。采用一维小波降噪方式wden，其参数选择为选择sym5小波；阈处理方式采用软阈值方式，参数为Sorh = s ;阈值选择采用最大最小值原理产生阈值，参数为tptr=minimaxi ;根据每一层小波分解的噪声水平估计进行调整Seal = mln ；5层小波分解及重构。消噪后位移离散数据为disAl(i)，其位移曲线平滑，更加接近实际。为了消除一些较大的干扰所形成的大型突变，采用去毛刺限幅滤波算法如下比较相邻两采样点disAl(i)与diSAl(i+l)的数值，若他们之间的差值超过了所设定的阈值0. 1，则认为发生了突变干扰，需要舍弃该点的数值，用disAl(i)与diSAl(i+2)的线性插值来重构该点diSAl(i+l)=(disAl(i)+disAl(i+2))/20 预处理后离散数据为 disA2(i)。(3)合闸实际位移disAs(i)、合闸起始时刻nhAl、合闸离散速度yA⑴计算。由于位移传感器采集的模拟信号是电压值，所以必须利用配置数据将其转化为实际的位移值。算法如下首先计算线性比例系数KK，表示实际位移量与所采集的信号电压值之间的线性比例。KK = strA/ (av2-avl),其中av2表示A相合闸状态的位移传感器采样电压值,avl表示A相分闸状态的位移传感器采样电压值，总行程strA = Amax-Amin0再利用比例系数KK将所有的采样数据都转化为实际离散位移量disAs (i)，disAs (i) = (disA2(i)-avl) XKK。由此得到实际离散位移disAs(i)。在机械参数的计算中，通常会以10%总行程作为起始点。因此，需要求取10%行程点nhAl。可以通过向后逐个搜索实际离散位移量，如disAs (i)，并以第一个大于合闸过程总行程strA的10%所对应时刻的点为nhAl。本算法是基于断路器合闸过程加速度零点判据，因此必须求出每一采样点处的离散速度值。实际离散位移量disAs (i)所对应的离散合闸速度yA(i)通过数值微分三点公式得到，将
disAs (I)、disAs (1+1)、disAs (1+2)作为一组进行分段计算，I = 1、4、7、......、3n+l, n 为
自然数，其算法如下
权利要求
1.ー种断路器刚分刚合点的在线判断方法，包括断路器刚合点在线判断方法和刚分点在线判断方法，其特征在于，利用断路器刚合点在线判断方法分别对A、B、C三相实施断路器的刚合点进行在线判断，利用刚分点在线判断方法分别对A、B、C三相实施断路器的刚分点进行在线判断， 所述断路器刚合点在线判断方法包括以下步骤 步骤I按照采样点的采样时间顺序，利用位移传感器依次获取等时间间隔T的断路器动触头合闸过程的位移模拟量disA(i)，i = 1、2、3.......，时间间隔T = 1/f，f为采样率，i为采样点的序号且为正整数， 步骤2配置算法參数选择断路器操动机构底面板作为测量基准面，并以测量基准面至分闸状态下动触头之间的距离作为动触头实际最小位移值Amin，以测量基准面至合闸状态下动触头之间的距离作为动触头实际最大位移值Amax，再通过测量获取动触头实际最大位移值Amax以及动触头实际最小位移值Amin, 步骤3对步骤I采集的动触头位移信号预处理采用小波消噪算法进行ー维降噪，消除噪声干扰，消噪后数据为disAl(i)，i = 1、2、3.......，利用限幅滤波手段去除毛刺，得到预处理后的离散位移数据为disA2(i), i = 1、2、3、......, 步骤4实际离散位移量disAs(i)、总行程strA、合闸起始时刻nhAl及离散合闸速度yA⑴的计算 步骤4. I实际离散位移量disAs(i)计算 首先计算总行程strA,总行程strA = Amax-Amin ； 其次计算线性比例系数KK，所述线性比例系数KK表示实际位移量与所采集的信号电压值之间的线性比例，计算公式为KK = strA/(av2-avl),其中av2表示合闸状态的位移传感器米样电压值，avl表不分闸状态的位移传感器米样电压值； 最后得到实际离散位移量disAs (i)，实际离散位移量为 disAs(i) = (disA2 (i)-avl) XKK 步骤4. 2捜索起始时刻nhAl 向后逐个搜索disAs (i)，并以第一个大于合闸过程总行程strA的10%所对应时刻的点为nhAl， 步骤4.3实际离散位移量也^8(1)所对应的离散合闸速度yA(i)通过数值微分三点公式得到，将disAs (I)、disAs (1+1)、disAs (1+2)作为ー组进行分段计算，I = 1、4、.7........3n+l，n为自然数，其算法如下I = 1、4、7........3n+l，n 为自然数， 得到合闸过程离散合闸速度yA(i)，i = 1、2、3........ 步骤5合闸过程刚合点判断，其具体分步骤如下 步骤5. I以nhAl为起始点，向后搜索速度零点nhA2，其判断依据为disAs (k+1)-disAs (k) < O 且 disAs (k)-disAs(k_l) > O 其中，k依次取值为nhAl、nhAl+1、nhAl+2,……，直至出现满足条件的k并以满足条件的第一个k点即为nhA2点， 步骤5. 2以nhA2为起始点，向前搜索加速度零点nhA3，其判断依据为 yA(j+l)-yA(j) < O 且 yA (j)-yA (j_l) >0 其中，j依次取值为nhA2、nhA2-l、nhA2_2、……，直至出现满足条件的j并以满足条件的第-个j点即为nhA3点， 步骤6以nhA3点作为刚合点，求取断路器接触行程ConA，ConA = strA-disAs(nhA3)； 所述断路器刚分点在线判断方法包括以下步骤 步骤7按照采样点的采样时间顺序，利用位移传感器依次获取等时间间隔T的断路器动触头分闸过程的位移模拟量dispA(i)，i = 1、2、3........时间间隔T = 1/f, f为采样率，i为采样点的序号且为正整数， 步骤8对步骤7采集的动触头位移信号预处理采用小波消噪算法进行ー维降噪，消除噪声干扰，利用限幅滤波手段去除毛刺，得到预处理后的离散位移数据为dispA2(i)，i =·1、2、3、......， 步骤 9 实际离散位移量 dispAs (i)计算，dispAs(i) = (dispA2 (i)-avl) XKK, 步骤10根据分合闸过程接触行程ConA相等的原则,按顺序向后搜索dispAs (i), i =·I、2、3.......，并以第一个大于ConA所对应时刻的点为nfAI，即分闸过程刚分点。
2.根据权利要求I所述的断路器刚分刚合点的在线判断方法，其特征在于，所述小波消噪算法是利用Matlab对动触头位移信号进行ー维小波降噪，其方式为wden，參数选择为选择sym5小波；阈处理方式采用软阈值方式,參数为Sorh = s ;阈值选择采用最大最小值原理产生阈值，參数为tptr = minimaxi ;根据姆ー层小波分解的噪声水平估计进行调整Seal = mln ；5层小波分解及重构。
3.根据权利要求I所述的断路器刚分刚合点的在线判断方法，其特征在于，所述去毛刺算法如下:比较相邻两采样点dis al(i)与disAl(i+l)的数值，i = 1、2、3、......，若他们之间的差值超过了所设定的阈值0.1，则认为发生了突变干扰，需要舍弃该点的数值，阈值可通过手工设定，用disAl(i)与disAl(i+2)的线性插值来重构该点disAl(i+l)，disAl (i+1) = (disAl (i)+disAl (i+2))/2。
4.一种用于实施权利要求I所述断路器刚分刚合点的在线判断方法的装置，包括设有断路器(11)的操作机构(I)，其特征在于，以操作机构(I)的底板为测量基准面(4)，且在操作机构(I)上设有三相位移传感器(2)，三相位移传感器(2)与断路器(11)中的绝缘拉杆(111)通过“Z”形连接件(3)连接。
全文摘要
本发明公开了一种适用于在线监测的断路器刚分刚合点判断方法及其装置。装置包括传感器单元、数据采集单元与数据处理单元。方法为(1)位移信号数据采集及传输、存储，并进行消噪、去毛刺平滑处理。(2)断路器合闸过程三相位移量、起始时刻、离散合闸速度计算。(3)根据加速度判据确定三相合闸过程刚合点。(4)根据刚合点求取三相合闸过程接触行程。(5)根据三相分合闸接触行程相等的原则计算分闸过程刚分点。本发明通过选用三相位移传感器直接测量位移，利用加速度判据得到刚分刚合点，提高了三相测量精度，实现了在线状态下三相机械特性的监测。
文档编号G01M13/00GK102778346SQ20121010060
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月6日 优先权日2012年4月6日
发明者戴永正, 杨赛男, 梅军, 梅飞, 郑建勇, 金炎, 钱雨, 顾宇锋 申请人:东南大学, 江苏泰事达电气有限公司