CN104330724A - 10kv开关柜剩余开关次数检测方法及其检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供10KV开关柜剩余开关次数检测方法及其检测装置，通过天线阵列对开关投切时产生的瞬态电磁信号进行检测，实现对10KV开关柜的剩余开关次数的检测，一方面能够对开关柜的开关的剩余投切次数作出量化监测，不需要检测参数与理论参数进行比较，消除实际检测参数与理论参数比较的偏差，大大提高检测的准确性，利于工作人员对开关柜的工作状态进行把控，准确地作出状态判断，另一方面，不用打开开关柜就能进行准确监测，并且检测设备不会对开关的投切动作造成影响，提高检测的准确性。

Description

10KV开关柜剩余开关次数检测方法及其检测装置

技术领域

本发明涉及电网配电领域，尤其涉及一种10KV开关柜剩余开关次数检测方法及其检测装置。 

背景技术

10kV金属封闭式开关柜在变电站和大型用户得到广泛应用，其运行安全直接影响整个变电站供电的可靠性。因此对开关柜运行状态的监测、预判和合理检修是保证开关柜安全运行的关键。 

10kV开关柜应用范围巨大，运行环境各异，由于长期的开关投切过程，了解其老化过程所处的阶段对电力***安全运行有重要意义。在现有技术中对于开关柜的状态检测均是通过定性检测，比如检测开关柜内的温度、湿度以及开关偷窃时的电流、电压，然后通过检测的值与理论设定值进行比较，得出检测当前开关柜内的开关的运行状态，并判断开关柜是否检修，这种监测方式，由于开关柜的制造以及装配过程中的偏差，因此运行中检测到的参数与理论值比较偏差很大，使得监测结果非常不可靠，而且，上述的检测方式需要再开关柜内安装检测设备，根据开关柜的工作特性及行业管理规定，开关柜是不允许被打开的，而且检测设备设置在开关柜内，对开关的投切动作以会产生影响，因而会进一步影响监测结果的准确性。 

因此，需要提出一种新的开关柜的检测方法和检测装置，一方面能够对开关柜的开关的剩余投切次数作出量化监测，利于工作人员对开关柜的工作状态进行把控，准确地作出状态判断，另一方面，不用打开开关柜就能进行准确监测，并且检测设备不会对开关的投切动作造成影响，提高检测的准确性。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种10KV开关柜剩余开关次数检测方法，一方面能够对开关柜的开关的剩余投切次数作出量化监测，利于工作人员对开关柜的工作状态进行把控，准确地作出状态判断，另一方面，不用打开开关柜就能进行准确监测，并且检测设备不会对开关的投切动作造成影响，提高检测的准确性。 

本发明提供的一种10KV开关柜剩余开关次数检测方法，包括如下步骤： 

a.在10KV的开关柜外侧布置m个天线并形成天线阵列； 

b.在10kv的开关柜动作时，获取10KV开关柜的动作次数N并以采样频率f采集各天线的电流信号和电压信号； 

c.根据从天线获取的电流及电压信号，以公式计算天线的接收能量，其中△t_i=1/f； 

d.根据天线的接收能量计算10KV开关柜的绝缘放电强度系数K1和K2，其中k₁=(W₁-W₀)/N₁,k₂=(W₂-W₁)/N₂； 

其中，W₀为设定的时点T0的天线接收能量，W₁为开关柜工作一段时间T1之内的天线接收的能量，W₂为开关柜在T1后的一端时间T2内天线接收的能量，N₁为时间T1内开关柜动作次数，N₂为时间T2内开关柜动作的次数； 

e.根据天线阵列的布置于开关柜的位置，以开关柜的断路器高压测触头为原点建立球坐标系(r,θ,φ)，并根据公式W=∫Pdt计算开关柜动作一次天线阵列接收的能量W_c； 

其中： $P=\∫\stackrel{\→}{S_{\mathrm{av}}}d\stackrel{\→}{S},$

$d\stackrel{\→}{S}=\mathrm{rd\θ}r\sin \mathrm{\θd\φ}{\stackrel{\→}{e}}_r,$

${\stackrel{\→}{S}}_{\mathrm{av}}=\mathrm{Re}[\stackrel{.}{E}\×{\stackrel{.}{H}}^{*}]=Z_0{I}^2\left(\frac{\mathrm{\Δl}}{\mathrm{\λ}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}{\stackrel{\→}{e}}_r,$

P为辐射功率，r为天线阵列与球形坐标原点距离，从球形坐标系原点指向天线阵列的单位矢量，表示天线阵列接收辐射功率的辐射面矢量，为坡印廷矢量，为电场强度矢量，为磁场强度矢量，Z₀为自由空间的波阻抗，I为开关柜断路器切断电流，△l为开关柜断路器高压侧触头与低压侧触头的距离，λ为电磁波波长； 

d.根据公式N_c=(W_c-W₂)/k_c=(W_c-W₂)/(2k₂-k₁)计算开关柜剩余开关次数Nc，其中kc为开关柜动作一次的绝缘放电强度系数。 

进一步，步骤a中，所述天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置，并形成正m边形，所述各天线位于正m边形的各顶点。 

相应地，本发明还提供了一种10KV开关柜剩余次数检测装置，包括由布置于开关柜外侧并多个天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置并形成正m边形的天线阵列、电压信号采集电路、电流信号采集电路以及用于计算开关柜剩余次数的中央处理电路，所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输入端与所述天线阵列电连接，所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输出端与所述中央处理电路输出端电连接。 

进一步，所述中央处理电路包括：具有两路处理信号通路的带通滤波器、具有至少两路电压信号处理电路的可变增益放大器、具有双通道的A/D转换电路以及微控制器，所述带通滤波器的输入端分别与所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输出端电连接，所述带通滤波器的输出端与所述可变增益放大器的输入端电连接，可变增益放大器的输出端与所述A/D转换电路的输入端电连接，所述A/D转换电路的输出端与所述微控制器的输入端电连接。 

进一步，所述电压信号采集电路为电压跟随器。 

进一步，所述电流信号采集电路为电流信号变换电压信号电路 

进一步，所述检测装置还包括存储器和通信模块，所述通信模块为RS485 总线。 

进一步，所述微控制器为复杂可编程逻辑器件CPLD或者现场可编程逻辑器件FPGA。 

本发明的有益效果：本发明通过天线阵列对开关投切时产生的瞬态电磁信号进行检测，实现对10KV开关柜的剩余开关次数的检测，一方面能够对开关柜的开关的剩余投切次数作出量化监测，不需要检测参数与理论参数进行比较，消除实际检测参数与理论参数比较的偏差，大大提高检测的准确性，利于工作人员对开关柜的工作状态进行把控，准确地作出状态判断，另一方面，不用打开开关柜就能进行准确监测，并且检测设备不会对开关的投切动作造成影响，提高检测的准确性。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述： 

图1为本发明的检测装置原理示意图。 

图2为本发明的可变增益放大电路原理图。 

图3为本发明的电流信号采集电路原理图。 

具体实施方式

图1为本发明的检测装置原理示意图，图2为本发明的可变增益放大电路原理图，图3为本发明电流信号变电压信号电路原理图，如图所示，本发明提供的一种10KV开关柜剩余开关次数检测方法，包括如下步骤： 

a.在10KV的开关柜外侧布置m个天线并形成天线阵列； 

b.在10kv的开关柜动作时，获取10KV开关柜的动作次数N并以采样频率f采集各天线的电流信号和电压信号； 

c.根据从天线获取的电流及电压信号，以公式计算天线的接收能量，其中△t_i=1/f； 

d.根据天线的接收能量计算10KV开关柜的绝缘放电强度系数K1和K2，其中k₁=(W₁-W₀)/N₁,k₂=(W₂-W₁)/N₂； 

其中，W₀为设定的时点T0的天线接收能量，W₁为开关柜工作一段时间T1之内的天线接收的能量，W₂为开关柜在T1后的一端时间T2内天线接收的能量，N₁为时间T1内开关柜动作次数，N₂为时间T2内开关柜动作的次数，由于开关柜的断路器的绝缘老化总是存在，因此使得开关柜的开关动作时天线接收的能量W₂>W₁； 

e.根据天线阵列的布置于开关柜的位置，以开关柜的断路器高压测触头为原点建立球坐标系(r,θ,φ)，并根据公式W=∫Pdt计算开关柜动作一次天线阵列接收的能量W_c； 

其中： $P=\∫\stackrel{\→}{S_{\mathrm{av}}}d\stackrel{\→}{S},$

$d\stackrel{\→}{S}=\mathrm{rd\θ}r\sin \mathrm{\θd\φ}{\stackrel{\→}{e}}_r,$

${\stackrel{\→}{S}}_{\mathrm{av}}=\mathrm{Re}[\stackrel{.}{E}\×{\stackrel{.}{H}}^{*}]=Z_0{I}^2\left(\frac{\mathrm{\Δl}}{\mathrm{\λ}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}{\stackrel{\→}{e}}_r,$

P为辐射功率，r为天线阵列与球形坐标原点距离，从球形坐标系原点指向天线阵列的单位矢量，表示天线阵列接收辐射功率的辐射面矢量，为坡印廷矢量，为电场强度矢量，为磁场强度矢量，Z₀为自由空间的波阻抗，I为开关柜断路器切断电流，△l为开关柜断路器高压侧触头与低压侧触头的距离，λ为电磁波波长； 

d.根据公式N_c=(W_c-W₂)/k_c=(W_c-W₂)/(2k₂-k₁)计算开关柜剩余开关次数Nc，其中kc为开关柜动作一次的绝缘放电强度系数；本发明通过天线阵列对开关投切时产生的瞬态电磁信号进行检测，实现对10KV开关柜的剩余开关次数的检测，一方面能够对开关柜的开关的剩余投切次数作出量化监测，不需要检测参数与理论参数进行比较，消除实际检测参数与理论参数比较的偏差，大 大提高检测的准确性，利于工作人员对开关柜的工作状态进行把控，准确地作出状态判断，另一方面，不用打开开关柜就能进行准确监测，并且检测设备不会对开关的投切动作造成影响，提高检测的准确性。 

本实施例中，步骤a中，所述天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置，并形成正m边形，所述各天线位于正m边形的各顶点，并且使开关柜的短路器高压侧触头的垂直投影位于m个天线的形成的正m边形的中心位置，能够保证在坐标系建立过程中不会引入不必要的附加参数，保证对开关投切的剩余次数进行准确的量化计算。 

相应地，本发明还提供了一种10KV开关柜剩余开关次数检测装置，包括由布置于开关柜外侧并多个天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置并形成正m边形的天线阵列、电压信号采集电路、电流信号采集电路以及用于计算开关柜剩余次数的中央处理电路，所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输入端与所述天线阵列电连接，所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输出端与所述中央处理电路输出端电连接，本发明通过天线阵列对开关投切时产生的瞬态电磁信号进行检测，实现对10KV开关柜的剩余开关次数的检测，一方面能够对开关柜的开关的剩余投切次数作出量化监测，不需要检测参数与理论参数进行比较，消除实际检测参数与理论参数比较的偏差，大大提高检测的准确性，利于工作人员对开关柜的工作状态进行把控，准确地作出状态判断，另一方面，不用打开开关柜就能进行准确监测，并且检测设备不会对开关的投切动作造成影响，提高检测的准确性，在图1中，开关柜甚至在天线阵列的中央实际上是指开关柜的断路器的高压侧触头的垂直投影位于天线阵列的中央。 

本实施例中，所述中央处理电路包括：具有两路处理信号通路的带通滤波器、具有至少两路电压信号处理电路的可变增益放大器、具有双通道的A/D转换电路以及微控制器，所述带通滤波器的输入端分别与所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输出端电连接，所述带通滤波器的输出端与所述可变增益放大器的输入端电连接，可变增益放大器的输出端与所述A/D转换电路的输入端电连接，所述A/D转换电路的输出端与所述微控制器的输入端电连接，所 述电压信号采集电路为电压跟随器；所述电流信号采集电路为电流信号变换电压信号电路，所述电压跟随器为现有技术，在此不再赘述，所述电流信号变电压信号电路如图3所示，所述电流信号采集电路为电流信号变电压信号电路，所述电流信号变电压信号电路由亚德诺半导体公司生产的ADA4841-2集成电路组成，增益稳定、噪声低、失真小，并且在AD4841-2集成电路后再设置有一个电压跟随器进行处理，信号稳定可靠，并且便于对开关柜的剩余开关次数进行计算，所述可变增益放大器如图2所示，可变增益放大器采用亚德诺半导体公司的AD8330ACP芯片，该芯片的基本增益函数为线性，受引脚VDBS上所施加电压的控制，增益范围为0dB至50dB，相应控制电压为0V至1.5V，斜率为30mV/dB。 

本实施例中，所述检测装置还包括存储器和通信模块，所述通信模块为RS485总线，通过存储器，可以将检测的参数及运算过程进行存储，便于数据的追溯和查验，通过通信模块，便于对本发明进行设备扩展以及数据交互。 

本实施例中，所述微控制器为复杂可编程逻辑器件CPLD或者现场可编程逻辑器件FPGA。 

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (8)

1.一种10KV开关柜剩余开关次数检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

a.在10KV的开关柜外侧布置m个天线并形成天线阵列；

b.在10kv的开关柜动作时，获取10KV开关柜的动作次数N并以采样频率f采集各天线的电流信号和电压信号；

c.根据从天线获取的电流及电压信号，以公式计算天线的接收能量，其中△t_i=1/f；

d.根据天线的接收能量计算10KV开关柜的绝缘放电强度系数K1和K2，其中k₁=(W₁-W₀)/N₁,k₂=(W₂-W₁)/N₂；

其中，W₀为设定的时点T0的天线接收能量，W₁为开关柜工作一段时间T1之内的天线接收的能量，W₂为开关柜在T1后的一端时间T2内天线接收的能量，N₁为时间T1内开关柜动作次数，N₂为时间T2内开关柜动作的次数；

e.根据天线阵列的布置于开关柜的位置，以开关柜的断路器高压测触头为原点建立球坐标系(r,θ,φ)，并根据公式W=∫Pdt计算开关柜动作一次天线阵列接收的能量W_c；

其中：

$d\stackrel{\→}{S}=\mathrm{rd\θ}r\sin \mathrm{\θd\φ}{\stackrel{\→}{e}}_r,$

${\stackrel{\→}{S}}_{\mathrm{av}}=\mathrm{Re}[\stackrel{.}{E}\×{\stackrel{.}{H}}^{*}]=Z_0{I}^2\left(\frac{\mathrm{\Δl}}{\mathrm{\λ}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}{\stackrel{\→}{e}}_r,$

P为辐射功率，r为天线阵列与球形坐标原点距离，从球形坐标系原点指向天线阵列的单位矢量，表示天线阵列接收辐射功率的辐射面矢量，为坡印廷矢量，为电场强度矢量，为磁场强度矢量，Z₀为自由空间的波阻抗，I为开关柜断路器切断电流，△l为开关柜断路器高压侧触头与低压侧触头的距离，λ为电磁波波长；

d.根据公式N_c=(W_c-W₂)/k_c=(W_c-W₂)/(2k₂-k₁)计算开关柜剩余开关次数Nc，其中kc为开关柜动作一次的绝缘放电强度系数。

2.根据权利要求1所述的10KV开关柜剩余开关次数检测方法，其特征在于：步骤a中，所述天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置，并形成正m边形，所述各天线位于正m边形的各顶点。

3.一种10KV开关柜剩余开关次数检测装置，其特征在于：包括由布置于开关柜外侧并多个天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置并形成正m边形的天线阵列、电压信号采集电路、电流信号采集电路以及用于计算开关柜剩余次数的中央处理电路，所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输入端与所述天线阵列电连接，所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输出端与所述中央处理电路输出端电连接。

4.根据权利要求3所述的10KV开关柜剩余开关次数检测装置，其特征在于：所述中央处理电路包括：具有两路处理信号通路的带通滤波器、具有至少两路电压信号处理电路的可变增益放大器、具有双通道的A/D转换电路以及微控制器，所述带通滤波器的输入端分别与所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输出端电连接，所述带通滤波器的输出端与所述可变增益放大器的输入端电连接，可变增益放大器的输出端与所述A/D转换电路的输入端电连接，所述A/D转换电路的输出端与所述微控制器的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的10KV开关柜剩余开关次数检测装置，其特征在于：所述电压信号采集电路为电压跟随器。

6.根据权利要求5所述的10KV开关柜剩余开关次数检测装置，其特征在于：所述电流信号采集电路为电流信号变换电压信号电路。

7.根据权利要求6所述的10KV开关柜剩余开关次数检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括存储器和通信模块，所述通信模块为RS485总线。

8.根据权利要求7所述的10KV开关柜剩余开关次数检测装置，其特征在于：所述微控制器为复杂可编程逻辑器件CPLD或者现场可编程逻辑器件FPGA。