高压断路器机构故障在线监测装置及其监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高压断路器故障检测技术，尤其设及一种高压断路器机构故障在线监 测装置及其监测方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统变电站每年都会发生10kV、35kV高压断路器机构故障引起的拒分或拒 合现象导致故障越级，扩大停电范围，给单位和社会带来了大量经济损失和不良社会影响。 由于该故障具有设备在运行中发展速度较快的特点，一般为1到2年就会出现，而现有技术 中采用的断路器周期性预防试验，一般为3到6年进行，因此不能够完全控制该类故障的发 生。另外，在各网区220kV断路器的BLK型弹黃操动机构频繁出现合后即分故障，在事件调 查过程中因为由合到分的时间差相当短，一般只有十几毫秒，现有技术在调取测控报文时 发现存在时差问题，导致保护及开关动作情况顺序颠倒，造成不能正确判断故障原因，进而 引起故障的重复发生。由于各变电站的直流系统分布较广，时常出现因在断路器间隔中直 流接地引起断路器拒动现象，可能引起电磁铁线圈通电时间过长，导致线圈应间短路故障。 而上述运些故障，在现有技术中没有得到解决。另外，现有的断路器在线监测装置只针对 分、合闽速度、时间、同期性及真空度进行监测，且所用霍尔电流传感器抗干扰能力差，测量 数据极不稳定，完全不能达到监测断路器故障的目的。
【发明内容】
：
[0003] 本发明要解决的技术问题：提供一种高压断路器机构故障在线监测装置及其监测 方法，W解决现有技术的不足，不能有效监测高压断路器机构故障等技术问题。
[0004] 本发明技术方案：
[0005] -种高压断路器机构故障在线监测装置，它包括控制器，分闽霍尔电流互感器、合 闽霍尔电流互感器和高压断路器辅助开关的常开触点与控制器导线连接，控制器与显示终 端连接。
[0006] 所述控制器为STC12C5A60S2型采样计算单片机，所述显示终端为19264液晶显示 屏。
[0007] 所述分闽霍尔电流互感器和合闽霍尔电流互感器的穿屯、孔分别穿过分闽回路连 接线和合闽回路连接线；所述分闽霍尔电流互感器和合闽霍尔电流互感器外部均采用金属 屏蔽层覆盖。
[0008] 所述的高压断路器机构故障在线监测装置的监测方法，它包括：
[0009] 步骤1、数据采集，采样计算单片机通过分、合闽霍尔电流互感器分别对分、合闽线 圈流过的电流信号W0. 5ms的采样周期进行采样并存储电流数据；
[0010] 步骤2、对基础数据进行计算；
[0011] 步骤3、对高压断路器机构直流接地故障和电磁铁线圈应间短路故障进行判断；
[0012] 步骤4、对高压断路器机构分闽脱扣器不能合闽保持引起的断路器"合后即分"故 障进行判断；
[0013] 步骤5、对高压断路器机构复位弹黃变形导致铁忍不能复位的故障进行判断；
[0014] 步骤6、对高压断路器机构脱扣器卡涩故障进行判断；
[0015] 步骤7、对电磁铁铁忍卡涩故障进行判断。
[0016] 步骤2所述基础数据进行计算，它包括：
[0017] 铁忍动作时刻t。的计算：
[0018] 第一步、针对一次监测获得的电流数据计算出电磁铁线圈最大电流Im。、；
[0019] 第二步、在获得的电流数据中，捜寻出第一个大于等于0. 1A的电流值，其序号记 为n〇，
[0020] 第Ξ步、从η。开始向后选取5个电流值，利用正比例形式的回归方程进行回归得 到：
[00引]y = 0 (η-η〇)
[0022] 式中：y表示回归方程的预报值，对应于
β表示回归系数；η表示电 流数据的序号；
[0023] 第四步、从储存器中提取电流值Ii，12，，，Iw(N表示电流值的总个数），找出使 L-Mn-n。）I> 0. 3成立的最小η值，I。表示储存器中的第η个电流值，记为η1。那么
[0024] tc= (η ι_η。）Δ τ，
[00巧]式中Δτ表示采样间隔时间；
[0026] 电流归零时刻的计算：从存储的电流数据中按IW，Iw1，...Ii的顺序找到最后 一个小于0. 1A的电流值所对应的序号rud，根据公式tc"d=(nc"d-n")A τ得到电流归零时 刻tsnd的值；
[0027] 铁忍碰着脱口板时刻td的计算：
[002引第一步、按Iw，Iw1，...Ii的顺序，捜寻使得11mex-i」<0.1成立的第一个电流值，I。 表示储存器中的第η个电流值，其序号记为Π2;
[0029] 第二步、捜寻序号从ni+3,ni为t。时刻电流值对应的序号；到η2之间的最小电流 值，其序号记为叫；
[0030] 第Ξ步、通过公式td=(η3-η。）Δτ，计算出铁忍碰着脱口板时刻td的值。
[0031] 步骤3所述对高压断路器机构直流接地故障和电磁铁线圈应间短路故障进行判 断，其判断方法包括：
[0032] 第一步、计算电磁铁线圈最大电流Im。、
[0033]
[0034] 式中：1似表示电流采样值中第k个最大值；
[0035] 第二步、收集1000次W上无故障情况下的电流波形数据，得到电磁铁线圈最大电 流im。、的统计特征：均值μ，、标准差0和分布函数，然后通过概率公式
[003引 ρ(Ιι《Imax《If) = 1-α，
[0037] 得到：
[0038] Ii=μ+ζ。/2。
[0039] If=μ+ζ1。々〇 '
[0040]
[00川式中：1康示最大电流Imax的下阔值；I廣示最大电流Imax的上阔值； P(Ii《Imax《Ir)表示最大电流Imax的概率；α是置信水平；Z。/2表示正态分布的-^分位 L 数；Zi。/2表示正态分布的I分位数；
[0042] 第Ξ步、监测一个完整的动作电流波形数据得到的电磁铁线圈最大电流Im。、，当 Im。对1则判定为直流接地故障；当1。。、〉1,则判定为线圈应间短路故障；
[0043] 第四步、在直流接地故障下根据公式Uhtt=RJm。、计算出电磁铁线圈两端实际输 入电压，式中：R。为线圈铭牌上的阻值；
[0044] 第五步、当电磁铁线圈两端实际输入电压Uf。。,小于143V则为严重直流接地故障， 发出紧急停电检修报警；当电磁铁线圈两端实际输入电压Uf。。,大于等于143V则为轻度直 流接地故障，发出允许在运行状态下进行检修的报警信息；
[0045] 第六步、在应间短路故障下，根据公式Rhtt=U/Im。、计算出电磁铁线圈实际电阻， 式中：U=DC220V表示通入线圈的直流电压；
[004引第屯步、当电磁铁线圈实际电阻Rf。。,小于0. 8R。，则发出电磁铁线圈严重短路报 警，需要停电更换电磁铁线圈；当电磁铁线圈实际电阻Rf。。,大于等于0.8R。，则发出电磁铁 线圈异常报警，提示需要加强监视。
[0047] 步骤4所述对高压断路器机构分闽脱扣器不能合闽保持引起的断路器"合后即 分"故障进行判断，其判断方法为：在合闽线圈电流出现后的100msW内未检测到分闽线圈 电流；且在合闽线圈电流出现后的100msW内检测到断路器辅助开关的开关量信号有合和 分信号，且合信号在分信号之前出现，则判定为高压断路器机构分闽脱扣器不能合闽保持 引起的断路器"合后即分"故障。步骤5所述对高压断路器机构复位弹黃变形导致铁忍不 能复位的故障进行判断，其判断方法包括：
[004引第一步、通过公式
计算电能指标E，式中：Δτ是采样时 间间隔，
良示从t。到t拥刻中记录的电流值个数；I似表示采样器中储存 的第k个电流值，t。为铁忍动作时刻，td为铁忍碰着脱口板时刻；
[0049] 第二步、通过收集1000次W上无故障情况下的电流波形数据，得到电能指标E的 统计特征：均值μ3,标准差0 3和分布函数，通过概率公式
[0050] Ρ化《巧=1-口，
[005。 得到：
[0052]Ει=μ3+Ζ。σ3，
[005引式中：El表示电能指标Ε的下阔值；Ρ巧1《巧表示电能指标Ε的概率；α是置信 水平；Ζ。表示正态分布的α分位数；
[0054] 第Ξ步、收集1000次W上无故障情况下的电流波形数据，得到电流归零的时刻 的统计特征：均值μ2,标准差0 2和分布函数，然后通过概率公式
[005引 P(tlend《tend《化end) = 1- 口，
[005引 得到：
[0057] tlend=μ2+Z0/2 0 2
[0058] 1：rend=y2+Zi。/2〇 2 '
[0059]
[0060] 式中：tlend表示电流归零的时刻tend的下阔值；tTe。康示电流归零的时刻tend上阔 值；P(tl。。d《t。。d《tr。。d)表示电流归零的时刻t。。d的概率；α是置信水平；z。/2表示正态 分布的^分位数；Zi。/2表不正态分布的1-7^·分位数； ''厶' jL
[006。 第四步、对于一次监测数据中得到的E和t。。,，当E〉Ei且t。。/化。4则断路器具有复 位弹黃不能复位的故障，并发出复位弹黃不能复位的报警。
[0062] 步骤6所述对高压断路器机构脱扣器卡涩故障进行判断，其判断方法包括：
[0063]第一步、利用统计方法回归出电流归零时刻和分、合闽最小动作电压Umi。之间 的回归方程：
[0064] Umin-U〇=βi(ten<rtend〇) + 0〇
[00财式中：β。，e1为回归系数；U。为非故障情况下的分、合闽最小动作电压；tend。为非 故障情况下的电流归零时刻；
[0066] 第二步、对于一次监测数据得到的电流归零时刻t。。,，当tr。。/*。。拥，则断路器未 发生高压断路器机构脱扣器卡涩故障；
[0067] 第Ξ步、当脱扣器卡涩故障时，通过回归方程山。=βi(te"d-te"J+P〇+U。得到此 时的分、合闽最低动作电压；第四步、合闽最低动作电压山。大于176V则发出合闽最低动作 电压超标报警，提示检修；当分闽最低动作电压山。大于143V则发出分闽最低动作电压超 标报警，提示检修。
[0068] 步骤7所述对电磁铁铁忍卡涩故障进行判断，其判断方法包括：第一步、计算电能 指标E;
[006引第二步、利用统计方法回归出分、合闽最小动作电压山。和电能指标E之间的回归 方程：
[0070]山。-11。=β2炬斗。)+ 0 3，
[00