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一种高压断路器梅花触头老化诊断方法.pdf

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一种 高压 断路器 梅花 老化 诊断 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910038627

申请日:

20190116

公开号:

CN109613426A

公开日:

20190412

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: G01R31/327 主分类号: G01R31/327
申请人: 厦门理工学院
发明人: 刘美俊
地址: 361024 福建省厦门市集美区理工路600号
优先权:
专利代理机构: 35221 代理人: 麻艳
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910038627

授权公告号:

法律状态公告日:

20190412

法律状态类?#20572;?/td>

公开

摘要

本发明公开了一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,该诊断方法根据触头上温度传感器和电流互感器实时获得的温度值和电流值,可获得梅花触头处温度变化率,并基于温度变化率实现对梅花触头老化?#28525;?#23454;时诊断,采用上述方案后,可实时确定梅花触头的老化?#28525;?#21450;设备是否异常,为设备维护提供数据基础,该诊断方法成?#38236;?#19988;准确度高;开关柜内部基于无线传输对数据进行发送可有效解决高电位隔离问题,基于温度数据的无线传输控制可?#26723;?#30005;路板能耗,保证该诊断方式稳定可行。

权利要求书

1.一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,其特征在于包括以下步骤: 步骤一,在高压断路器触头的触臂末端安装有梅花触头,所述触臂靠近梅花触头部分安装有温度传感器,所述温度传感器获取梅花触头工作时的温度信号; 步骤二,所述触臂上套接有电流互感器,所述电流互感器获取触臂内电流信号; 步骤三,确定检测周期,定时获取流经所述触臂的电流值 It=I(t),t=1,2,3,4… 以及该时?#28525;?#24212;的梅花触头的温度值 Tt=T(t),t=1,2,3,4…; 步骤四:从数组Tt和It中获取用于分析数据的数组Tn和In,其中, Tn和In为同一时?#28525;?#24212;的温度值和电流值; 步骤五:取相邻的两组电流值和对应温度值,求得梅花触头的温度变化率 步骤六?#21644;?#36807;对温度变化率的判断,诊断断路器梅花触头老化情况是否?#29616;亍?2.根据权利要求1所述的一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,其特征在于:所述步骤六之后还设有, 步骤七,对?#30830;?#39318;次测得梅花触头的温度变化率与高压开关柜首次测量时梅花触头的温度变化率,获取二者差值 步骤八,通过对温度变化率差值的判断,诊断断路器梅花触头老化情况是否?#29616;亍?3.根据权利要求1所述的一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,其特征在于:所述温度传感器采用NTC热敏电阻。 4.根据权利要求1所述的一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,其特征在于:所述触臂上还装有ZigBee芯片与CT取电电源,装有所述ZigBee芯片的电路板上集成有微处理器,所述电路板和所述CT取电电源通过浇铸?#36153;?#26641;脂封装成一体式结构,所述一体式结构通过电缆线信号连接所述温度传感器和所述电流互感器。 5.根据权利要求4所述的一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,其特征在于:安装有所述高压断路器的开关柜上装有协调器,所述ZigBee芯片通过所述协调器和上位机服务器信号连接。 6.根据权利要求4所述的一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,其特征在于:所述一体式结构为环状结构,所述一体式结构套接?#28525;?#22312;触头的触臂上且和所述电流互感器同轴靠近在一起,所述一体式结构内环上设有用于安装温度传感器的缺口。 7.根据权利要求4所述的一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,其特征在于:所述电路板上同时设有比较电路,所述比较电路的输出与发射模块连接,发射模块启动与否取决于所述比较电路输出结果。 8.根据权利要求7所述的一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,其特征在于:所述比较电路的输入电压取决于温度传感器周边温度。

说明书


一种高压断路器梅花触头老化诊断方法
技术领域


本发明属于高压断路器零部件老化诊断技术领域,尤其涉及一种基于温度在线探
测的高压断路器梅花触头老化诊断方法。


背景技术


高压断路器作为电力?#20302;?#20013;的重要设备之一,其可靠性直接影响电网运?#26800;?#23433;全
与稳定。静触头、动触头是高压断路器中一组基本元件,静触头和动触头接触时,二者之间
存在接触电阻,当电流流过触头,由于接触电阻的存在,电流会引起触头的发热,发热的结
果即可能使动、静触头接触处发生氧化,接触点的氧化将导致金属触头表面形成金属氧化
物,金属氧化物电阻往往高于金属,电流作用于金属氧化物会产生更多的热量,更高的热量
?#21482;?#36827;一步加速接触点的氧化,因此久而久之,接触点的金属氧化物含量越来越高、电阻随
之增加,发热量同样与日俱增。根据焦耳定律,高压断路器可能在经过长期运行后,因老化、
接触电阻升高而不再符合使用要求。


梅花触头是手车式开关柜断路器常用的触头,梅花触头包括触片、支撑架、拉簧、
弹簧触?#31119;?#25903;撑架为环形,若干触片装配在支撑架上通过一扎紧弹簧构成环形体。梅花触头
一般安装在动触头触臂端部,该触头在流经短路大电流时,由于接触电阻的存在,接触部分
的温度会?#26412;?#19978;升,在?#35813;?#38047;的时间内,触头可能就会因为过热而出现局部熔化和?#38468;?#30340;
情况。另外,手车式高压开关柜在长期运行过程中,开关柜中真空断路器的梅花触头和柜体
静触头连接处会因老化或接触电阻过大而发热,?#28909;?#21457;热量过大,可能直接影响设备的安
全稳定运行,这种现象已成为开关柜使用中的常见问题,且若不加以控制,随着过热的不断
积累,甚?#37327;?#33021;引起火?#21482;?#22823;面积停电事故,因此需要及时检查梅花触头和静触头接触点
的老化?#28525;?#26469;确定是否要对高压断路器进行处理。由于开关柜体的密闭性,梅花触头接触
点的老化?#28525;?#26816;测较为不易,而且,接触点过热是一个不断发展的过程,接触电阻的变化是
缓慢进?#26800;模?#33509;采用?#20013;?#23450;期离线检修,存在盲目?#28304;蟆?#36153;用高的不足,且检查过程会影响
电力?#20302;?#30340;正常运营,高压断路器运?#26800;?#23454;?#26159;?#20917;不?#24066;?#36890;过直接测出接触电阻的大小来
鉴别这些渐变性?#25910;希?#29616;有梅花触头老化诊断方式尚待改进。


发明内容


本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于温度变化,可实时便捷的获取梅花
触头老化状态的高压断路器梅花触头老化诊断方法。


为解决上述技术问题,本发明的技术解决方案是:


一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,其特征在于包括以下步骤:


步骤一,在高压断路器触头的触臂末端安装有梅花触头,所述触臂靠近梅花触头
部分安装有温度传感器,所述温度传感器获取梅花触头工作时的温度信号;


步骤二,所述触臂上套接有电流互感器,所述电流互感器获取触臂内电流信号;


步骤三,确定检测周期,定时获取流经所述触臂的电流值


I
t=I(t),t=1,2,3,4…


以及该时?#28525;?#24212;的梅花触头的温度值


T
t=T(t),t=1,2,3,4…;


步骤四:从数组T
t和I
t中获取用于分析数据的数组T
n和I
n,其中,










T
n和I
n为同一时?#28525;?#24212;的温度值和电流值;


步骤五:取相邻的两组电流值和对应温度值,求得梅花触头的温度变化率






步骤六?#21644;?#36807;对温度变化率的判断,诊断断路器梅花触头老化情况是否?#29616;亍?br>

较佳的,所述步骤六之后还设有:


步骤七,对?#30830;?#39318;次测得梅花触头的温度变化率与高压开关柜首次测量时梅花触
头的温度变化率,获取二者差值






步骤八,通过对温度变化率差值的判断,诊断断路器梅花触头老化情况是否?#29616;亍?br>

较佳的,所述温度传感器采用NTC热敏电阻。


较佳的,所述触臂上还装有ZigBee芯片与CT取电电源,装有所述ZigBee芯片的电
路板上集成有微处理器,电路板和所述CT取电电源通过浇铸?#36153;?#26641;脂封装成一体式结构,
所述一体式结构通过电缆线信号连接所述温度传感器和所述电流互感器。


较佳的,安装有所述高压断路器的开关柜上装有协调器,所述ZigBee芯片通过所
述协调器和上位机服务器信号连接。


较佳的,所述一体式结构为环状结构,所述一体式结构套接?#28525;?#22312;触头的触臂上
且和所述电流互感器同轴靠近在一起,所述一体式结构内环上设有用于安装温度传感器的
缺口。


较佳的,所述电路板上同时设有比较电路,所述比较电路的输出与发射模块连接,
发射模块启动与否取决于所述比较电路输出结果。


较佳的,所述比较电路的输入电压取决于温度传感器周边温度。


采用上述方案后,由于本发明可实时获取开关柜内部断路器触点的电流值与温度
值,因此可实时确定梅花触头的老化?#28525;?#21450;设备是否异常,为设备维护提供数据基础,该诊
断方法不影响电力?#20302;?#27491;常运行且无需对设备进行拆解,实施成本较低,同时,由于检测结
果是基于?#25910;?#32780;产生异常,因?#24605;?#27979;准确度较传统方式要高;开关柜内部基于无线传输对
数据进行发送可有效解决高电位隔离问题,基于温度数据的无线传输控制可?#26723;?#30005;路板能
耗,保证该诊断方式稳定可行。


附图说明


图1是梅花触头及触臂上传感结构组合示意图;


图2是本发明一体式结构示意图。


标号说明:


触臂-1,梅花触头-2,温度传感器-3,电流互感器-4,一体式结构-5,缺口-6。


具体实施方式


下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。


本发明所揭?#38236;?#26159;一种高压断路器梅花触头老化诊断方法,该诊断方法主要基于
老化的梅花触头将产生更多热量这一原理,通过对梅花触头温度及触臂中电流的在线监
测,实时诊断梅花触头是否老化。


第一步,需要在开关柜的高压断路器上设置获取温度数据和电流数据的传感结
构。具体的,首先在开关柜内的高压断路器动触头的触臂末端安装梅花触头,梅花触头与静
触头接触,接触点存在接触电阻,之所以选择梅花触头是因为当接触点通过电流而产生热
量时,静触头受热膨?#20572;?#32780;梅花触头通过外侧的扎紧弹簧,将?#28304;?#20110;相对接触位置的静触头
形成一个反作用力,这样随着运行温度的升高,梅花触头触指与静触头的接触力更大,接触
将更加可靠,在一定?#28525;?#19978;?#26723;土私?#35302;电阻,有利于设备的长期运行。如图1-图2所示,然后
在动触头触臂1靠近梅花触头2部分安装温度传感器3,温度传感器3可以采用NTC热敏电阻,
温度传感器3获取梅花触头2工作时准确的温度信号;电流数据方面,动触头触臂1上套接有
电流互感器4,电流互感器4获取触臂1内电流信号。触臂1上还装有ZigBee芯片与CT取电电
源,装有ZigBee芯片的电路板上集成有微处理器,电路板和CT取电电源通过浇铸?#36153;?#26641;脂
封装成一体式结构5,本实施例中一体式结构5为环状结构,其同样套接?#28525;?#22312;触头的触臂1
上且和上述电流互感器4同轴靠近在一起,该一体式结构5内环上设有缺口6,温度传感器3
即可安装在该缺口6上,一体式结构5通过经绝缘处理的高温电缆线信号连接温度传感器3
和电流互感器4。电路板上还集成有温度信号处理电路和电流信号处理电路,由于采用的是
NTC热敏电阻,该温度传感器会因为环境温度的变化而输出电阻变化值,电路板即可以获得
与电阻变化值对应的电流变化值,并通过温度信号处理电路将变化信息形成温度变化数字
信息进行发送。电流互感器则基于动触头内电流变化输出对应的电流变化值,电路板获得
该电路值后并通过电流信号处理电路形成动触头触臂内电流变化数?#20013;?#24687;进行发送,以上
电流互感器采值、将模拟信号转换为数?#20013;?#21495;、CT取电电源具体电路均为现有技术且非本
案重点,在此不做拓展说明。


第二步,实?#32440;?#19978;述两种传感结构获取数据进行汇集。由于开关柜的密闭结构,本
发明设计传感结构获取的数据将基于无线传输进行汇集上报。安装有高压断路器的开关柜
上装有协调器,协调器安装在开关柜柜门上,其包括有多个外围接口,主要实现组建并维护
ZigBee网络。开关柜内每个动触头触臂上的ZigBee芯片通过协调器和上位机服务器信号连
接,ZigBee芯片将温度变化数?#20013;?#21495;和电流变化数?#20013;?#21495;通过ZigBee网络上报给协调器,
协调器分时接收各相触头接触点发送来的数据,并根据节点序号将不同触头得到的数据经
网络连接上报给上位机服务器,基于ZigBee网络的信号传输解决了高电位隔离问题,低功
耗设计的无线传输模块,很好地解决了梅花触头温度测量问题,为梅花触头老化情况进行
判断提供数据基础,满足现场运行需要,具有实际工程应用价值。


第三步,上位服务器基于获得的温度值数据和电流值数据对梅花触头是否老化进
行诊断。具体的,?#28909;?#23450;上述两种传感结构的检测周期,检测周期根据实?#24066;?#35201;进行确定,
一般可以?#35813;?#33719;取一次数据,本实施例中可以5s采集一次数据,由电路板控制定时获取流
经触臂的电流值


I
t=I(t),t=1,2,3,4…


以及该时?#28525;?#24212;的梅花触头的温度值


T
t=T(t),t=1,2,3,4…;


其中,t的单位为一个检测周期,即5s时采集数据为T
1,10s时采集数据为T
2,?#28304;?#31867;
推。


随后电路板通过ZigBee芯片将上述数据中的部分典型数据发?#36879;?#21327;调器,再由协
调器汇集到上位机服务器。或者也可以将所有采集的数据发?#36879;?#21327;调器,待协调器将数据
汇集到上位机服务器后,上位机服务器对所有数据或根据规则从采集的数据中获取部分数
据作为典型数据用于分析。从数组T
t和I
t中获取用于分析数据的数组T
n和I
n,即典型数据,
其中,










T
n和I
n为同一时?#28525;?#24212;的温度值和电流值。


典型数据的判定规则可以是?#28525;?#26102;间间隔,定期从批量数据中采集样本数据进行
分析,也可以是设定温度阈值,当采集的温度值高于温度阈值时,该温度值及对应时间点的
电流值记为一个有效数值。


上位机服务器获得典型数据的数组T
n和I
n后,


取相邻的两组电流值和对应温度值,求得梅花触头的温度变化率






通过对温度变化率的判断,判定断路器触点老化情况是否?#29616;兀?#20363;如,可以在上位
机服务器上设定温度变化率阈值,一旦温度变化?#39135;?#36807;变化率阈值,则诊断梅花触头老化
?#29616;兀?#30001;于对温度变化率的判断是在上位机服务器上进行,因此阈值可以根据实际应用进
行人工设定。其中,T
n为单次测量的温度值,I
n为单次采集的电流值(三相电流有效值),且T
n
和I
n为同一时刻分别获得的温度值与电流值,ΔT为温度差值,其消除环境温度的影响,ΔI
为电流差值,其消除不同负荷电流的影响,此时温度变化率的变化情况仅跟梅花触头触点
处的接触电阻有关,温度变化?#35797;?#22823;就表明触头的接触电阻越大。事实上,温度变化?#35797;?#22823;
并不代表都是梅花触头老化所致,梅花触头的磨损、弹簧松动或局部放电熔焊均可能引起
温度变化?#35797;?#22823;,且上述情况均需要及时处理以排除?#25910;希?#20445;证设备稳定运行。


进一步,上位机服务器可以通过设定温度变化率差值阈值来对温度变化率进行实
时在线监控。由于不同断路器其可能运行环境也有所不同,有时直接采用温度变化率并不
能较为直观的?#31169;?#35774;备是否?#25910;希?#22240;此,也可以选择温度变化?#26102;?#21270;量来确定设备是否老
化?#29616;?#25110;?#25910;稀?#26412;实施例中,可以对?#30830;?#39318;次测得梅花触头的温度变化率与高压开关柜首
次测量时梅花触头的温度变化率,获取二者差值






在上位机服务器上设定适用性较广的温度变化率差值的差值阈值,当温度变化率
差值ΔT
R大于差值阈值时,则诊断梅花触头老化?#29616;亍?br>

针对上述电路板通过ZigBee芯片仅将部分典型数据发?#36879;?#21327;调器,具体的,电路
板因长期?#20013;?#21521;协调器发送数据将消耗大量电能,为?#31169;档?#30005;路板能耗,可设定电路板基
于温度事件向协调器发送数据。具体的,电路板上还设有比较电路,比较电路的输出与发射
模块连接,本实施例中发射模块即上述与协调器信号连接的ZigBee芯片,比较电路可将随
温度变化的电阻变化值转换成电压信号。发射模块启动与否取决于比较电路输出结果,即
温度传感器可将随温度变化的电阻变化数值通过高温导线及比较电路与电路板上发射模
块连接。假如预先设定对比电压信号代表温度100℃,即比较器的翻转电压代表温度100℃,
当温度传感器周边温度大于100℃时,比较器的输入电压低于翻转电压,此时比较器的输出
由低变高,即发射模块的输入为高电平,发射模块处于工作状态,将温度信号处理电路处理
的数据发射出去。而当温度传感器周边温度小于100℃时,比较器的输出由高变低,即发射
模块的输入为低电平,发射模块停止工作,?#26723;?#30005;路板能耗。比较电路通过温度比较仅将触
发?#23435;?#24230;事件的电阻值进行发送,因此转换成电压信号是离散化后进行转化的,得到的处
理后的离散数据被发送到上位机服务器,由上位机服务器上根据上述步骤对梅花触头老化
?#28525;?#36827;行实时诊断。


以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的技术范围作任何限制,
?#23454;?#20961;依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰,皆应属于本发明专利涵盖的范围
之内。


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