CN104407286B - 一种高压隔离开关机械状态监测及预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压隔离开关机械状态监测及预警方法，属于变电设备在线监测技术领域。本发明的高压隔离开关机械状态监测及预警方法，通过实时监测高压隔离开关分闸或合闸操作时的表征操作阻力大小的驱动电机工作电流，实现对整个操作过程中操作阻力变化情况的全面监测，从而及时发现设备卡涩、拒动等缺陷，为设备状态检修或状态评估提供有效支持。本发明方法实现简单，原理简明可靠，实施时不增加原设备复杂度；对高压隔离开关的机械状态的实时诊断和缺陷类型的智能判定，及时发出预警，有效避免设备严重故障发生，减少经济损失和社会影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压隔离开关机械状态监测及预警方法，属于变电设备在线监测技术领域。
背景技术
高压隔离开关作为电力***重要开关设备之一，在***一次设备中使用数量最大，主要起到隔离电压的作用，保证其他电气设备在检修工作时的安全。由于制造、安装、使用环境以及运行维护等原因，高压隔离开关经常存在导流部分过热、传动机构卡涩、拒动、操作瓷瓶断裂等缺陷，严重影响电网***安全稳定运行。
我国电网设备全面实施状态检修以来，对高压隔离开关状态检测手段进行了一系列研究，如利用红外测温技术及时发现导流部分过热缺陷，采用绝缘子超声波探伤技术检测操作瓷瓶内部缺陷。但对于高压隔离开关机械方面存在的缺陷，如操作卡涩、拒动等，目前尚无有效的监测和评估手段，只能在设备定期检修时通过人工手动分合闸开关来发现，导致上述缺陷无法及时发现。
在目前国内大部分变电站采用无人值守集控运行模式下，当通过集控中心远程控制高压隔离开关电动分闸或合闸操作时，由于现场无有效监测及预警手段，隔离开关机械缺陷无法及时发现，当缺陷设备强制电动操作时可能导致操作瓷瓶断裂等严重故障，造成电网大面积停电事故。
中国专利号为ZL200920063880.1公开的用于高压隔离开关的扭矩力在线检测装置及方法，采用在高压隔离开关操作机构和操作瓷瓶之间加装扭矩传感器的方法，实时检测隔离开关分/合闸操作过程中操作瓷瓶上的阻力，以此判断隔离开关是否因安装调试不当存在卡涩、拒动等缺陷。该方法需对原设备结构进行改动，可能对原设备设计性能指标造成影响。加装的扭矩传感器在户外环境下运行时，易受低温、严寒等恶劣天气影响，造成输出数据失真，无法保证长期可靠运行。此外，该方法需对转矩曲线进行人工分析判断，不具备智能诊断与实时预警功能。
发明内容
本发明的目的是提出一种高压隔离开关机械状态监测及预警方法，通过实时监测分析设备分闸或合闸操作时表征操作阻力大小的驱动电机工作电流值，智能判定设备机械状态及缺陷类型，当设备处于注意或异常状态时及时预警。
本发明提出的高压隔离开关机械状态监测及预警方法，包括以下步骤：
(1)根据高压隔离开关的驱动电机运行工作电流，获取高压隔离开关正常分闸操作时驱动电机的工作电流曲线或正常合闸操作时驱动电机的工作电流曲线；
(2)对上述工作电流曲线进行处理变换，得到判定阈值，具体过程包括以下步骤：
(2-1)利用低通滤波方法，对上述工作电流曲线进行去噪处理；
(2-2)对上述去噪处理后的工作电流曲线进行希尔伯特变换，得到工作电流曲线的幅值包络曲线；
(2-3)将上述幅值包络曲线划分为两个时间区间，其中第一时间区间的长度为x％×T，第二时间区间的长度则为(100－x)％×T，从两个时间区间中分别提取电流峰值，并将第一时间区间的电流峰值定义为启动电流峰值，第二时间区间的电流峰值定义为运行电流峰值，其中T为幅值包络曲线的总时长，x的取值范围为5～15；
(2-4)根据上述启动电流峰值和运行电流峰值作为参考值，设定阈值如下：启动电流峰值×(1.2～1.5)为启动电流峰值注意值，启动电流峰值×(2～3)为启动电流峰值异常值，运行电流峰值×(1.2～1.5)为运行电流峰值注意值，运行电流峰值×(2～3)为运行电流峰值异常值；
(3)获取与步骤(1)相对应的当前高压隔离开关分闸操作的驱动电机工作电流曲线或当前高压隔离开关合闸操作的驱动电机工作电流曲线；
(4)重复步骤(2-1)～步骤(2-3)，对步骤(3)的工作电流曲线进行处理，得到高压隔离开关的当前启动电流峰值和当前运行电流峰值；
(5)将上述高压隔离开关的当前启动电流峰值和当前运行电流峰值分别与步骤(2-4)的四个阈值进行比较，判定高压隔离开关当前的机械状态以及缺陷类型，具体判定规则如下：
若当前启动电流峰值＜启动电流峰值注意值，且当前运行电流峰值＜运行电流峰值注意值，则高压隔离开关当前的机械状态为正常状态，缺陷类型为无；
若当前启动电流峰值＜启动电流峰值注意值，且运行电流峰值注意值≤当前运行电流峰值＜运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为注意状态，缺陷类型为轻微卡涩；
若当前启动电流峰值＜启动电流峰值注意值，且当前运行电流峰值≥运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为严重卡涩；
若启动电流峰值注意值≤当前启动电流峰值＜启动电流峰值异常值，且当前运行电流峰值＜运行电流峰值注意值，则高压隔离开关当前的机械状态为注意状态，缺陷类型为轻微卡涩；
若启动电流峰值注意值≤当前启动电流峰值＜启动电流峰值异常值，且运行电流峰值注意值≤当前运行电流峰值＜运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为注意状态，缺陷类型为轻微卡涩；
若启动电流峰值注意值≤当前启动电流峰值＜启动电流峰值异常值，且当前运行电流峰值≥运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为严重卡涩；
若当前启动电流峰值≥启动电流峰值异常值，且当前运行电流峰值＜运行电流峰值注意值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为拒动；
若当前启动电流峰值≥启动电流峰值异常值，且运行电流峰值注意值≤当前运行电流峰值＜运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为拒动；
若当前启动电流峰值≥启动电流峰值异常值，且当前运行电流峰值≥运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为拒动；
(6)将上述高压隔离开关当前的机械状态以及缺陷类型判定结果写入数据库，并在判定结果为注意状态或异常状态时，将机械状态及缺陷类型判定结果作为告警信号输出。
本发明提出的高压隔离开关机械状态监测及预警方法，其优点是：
(1)本发明的高压隔离开关机械状态监测及预警方法，原理简明可靠，通过实时监测高压隔离开关分闸或合闸操作时的驱动电机工作电流，实现对整个操作过程中操作阻力变化情况的全面监测，从而及时发现设备卡涩、拒动等缺陷，为设备状态检修或状态评估提供有效支持；
(2)本发明方法实现简单，实施时不需对原设备结构进行改动，也不增加原设备复杂度；
(3)本发明方法具备智能诊断及预警功能，高压隔离开关当前分闸或合闸操作结束后，即可完成机械状态的实时诊断和缺陷类型的智能判定，及时发出预警，有效避免设备严重故障发生，减少经济损失和社会影响。
附图说明
图1是本发明方法中涉及的电流幅值包络曲线特征量提取原理图。
图2是本发明方法中涉及的高压隔离开关当前机械状态及缺陷类型判定规则表。
具体实施方式
本发明提出的高压隔离开关机械状态监测及预警方法，包括以下步骤：
(1)根据高压隔离开关的驱动电机运行工作电流，获取高压隔离开关正常分闸操作时驱动电机的工作电流曲线或正常合闸操作时驱动电机的工作电流曲线；
(2)对上述工作电流曲线进行处理变换，得到判定阈值，具体过程包括以下步骤：
(2-1)利用低通滤波方法，对上述工作电流曲线进行去噪处理，由于驱动电机工作电流曲线通常为频率小于1kHz的交流信号，低通滤波的频率上限一般取1kHz-10kHz；
(2-2)对上述去噪处理后的工作电流曲线进行希尔伯特变换，得到工作电流曲线的幅值包络曲线；
(2-3)将上述幅值包络曲线划分为两个时间区间，如图1所示，其中第一时间区间的长度为x％×T，表征高压隔离开关暂态启动阶段，如图中的T0，第二时间区间的长度则为(100－x)％×T，表征高压隔离开关稳态运行阶段，如图中的T1，从两个时间区间中分别提取电流峰值，并将第一时间区间的电流峰值定义为启动电流峰值，如图中的I0，第二时间区间的电流峰值定义为运行电流峰值，如图中的I 1，其中T为幅值包络曲线的总时长，x的取值范围为5～15，x的取值一般根据高压隔离开关的结构形式和驱动电机的输出功率确定，一般情况下，高压隔离开关结构形式越简单，驱动电机输出功率越大，驱动电机启动时间越短，则x取值应适当减小；
(2-4)根据上述启动电流峰值和运行电流峰值作为参考值，设定阈值如下：启动电流峰值×(1.2～1.5)为启动电流峰值注意值，启动电流峰值×(2～3)为启动电流峰值异常值，运行电流峰值×(1.2～1.5)为运行电流峰值注意值，运行电流峰值×(2～3)为运行电流峰值异常值，上述阈值相对参考值的设定比例取值，依据对常见型号高压隔离开关模拟卡涩和拒动缺陷情况下试验测得的驱动电机工作电流值而定，对于特定型号高压隔离开关，应根据实际试验测试值确定；
(3)获取与步骤(1)相对应的当前高压隔离开关分闸操作的驱动电机工作电流曲线或当前高压隔离开关合闸操作的驱动电机工作电流曲线；
(4)重复步骤(2-1)～步骤(2-3)，对步骤(3)的工作电流曲线进行处理，得到高压隔离开关的当前启动电流峰值和当前运行电流峰值；
(5)将上述高压隔离开关的当前启动电流峰值和当前运行电流峰值分别与步骤(2-4)的四个阈值进行比较，判定高压隔离开关当前的机械状态以及缺陷类型，如图2所示，具体判定规则如下：
若当前启动电流峰值I0＜启动电流峰值注意值，且当前运行电流峰值I 1＜运行电流峰值注意值，则高压隔离开关当前的机械状态为正常状态，缺陷类型为无；
若当前启动电流峰值I0＜启动电流峰值注意值，且运行电流峰值注意值≤当前运行电流峰值I 1＜运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为注意状态，缺陷类型为轻微卡涩；
若当前启动电流峰值I0＜启动电流峰值注意值，且当前运行电流峰值I 1≥运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为严重卡涩；
若启动电流峰值注意值≤当前启动电流峰值I0＜启动电流峰值异常值，且当前运行电流峰值I 1＜运行电流峰值注意值，则高压隔离开关当前的机械状态为注意状态，缺陷类型为轻微卡涩；
若启动电流峰值注意值≤当前启动电流峰值I0＜启动电流峰值异常值，且运行电流峰值注意值≤当前运行电流峰值I 1＜运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为注意状态，缺陷类型为轻微卡涩；
若启动电流峰值注意值≤当前启动电流峰值I0＜启动电流峰值异常值，且当前运行电流峰值I 1≥运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为严重卡涩；
若当前启动电流峰值I0≥启动电流峰值异常值，且当前运行电流峰值I 1＜运行电流峰值注意值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为拒动；
若当前启动电流峰值I0≥启动电流峰值异常值，且运行电流峰值注意值≤当前运行电流峰值I 1＜运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为拒动；
若当前启动电流峰值I0≥启动电流峰值异常值，且当前运行电流峰值I 1≥运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为拒动；
(6)将上述高压隔离开关当前的机械状态以及缺陷类型判定结果写入数据库，且在判定结果为注意状态或异常状态时，将机械状态及缺陷类型判定结果作为告警信号输出，若高压隔离开关属于智能变电站内设备，通常需将上述告警信号以IEC61850标准规约远程输出到变电站综合监控***。
Claims (1)
1.一种高压隔离开关机械状态监测及预警方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)根据高压隔离开关的驱动电机运行工作电流，获取高压隔离开关正常分闸操作时驱动电机的工作电流曲线或正常合闸操作时驱动电机的工作电流曲线；
(2)对上述工作电流曲线进行处理变换，得到判定阈值，具体过程包括以下步骤：
(2-1)利用低通滤波方法，对上述工作电流曲线进行去噪处理；
(2-2)对上述去噪处理后的工作电流曲线进行希尔伯特变换，得到工作电流曲线的幅值包络曲线；
(2-3)将上述幅值包络曲线划分为两个时间区间，其中第一时间区间的长度为x％×T，第二时间区间的长度则为(100－x)％×T，从两个时间区间中分别提取电流峰值，并将第一时间区间的电流峰值定义为启动电流峰值，第二时间区间的电流峰值定义为运行电流峰值，其中T为幅值包络曲线的总时长，x的取值范围为5～15；
(2-4)根据上述启动电流峰值和运行电流峰值作为参考值，设定阈值如下：启动电流峰值×(1.2～1.5)为启动电流峰值注意值，启动电流峰值×(2～3)为启动电流峰值异常值，运行电流峰值×(1.2～1.5)为运行电流峰值注意值，运行电流峰值×(2～3)为运行电流峰值异常值；
(3)获取与步骤(1)相对应的当前高压隔离开关分闸操作的驱动电机工作电流曲线或当前高压隔离开关合闸操作的驱动电机工作电流曲线；
(4)重复步骤(2-1)～步骤(2-3)，对步骤(3)的工作电流曲线进行处理，得到高压隔离开关的当前启动电流峰值和当前运行电流峰值；
(5)将上述高压隔离开关的当前启动电流峰值和当前运行电流峰值分别与步骤(2-4)的四个阈值进行比较，判定高压隔离开关当前的机械状态以及缺陷类型，具体判定规则如下：
若当前启动电流峰值＜启动电流峰值注意值，且当前运行电流峰值＜运行电流峰值注意值，则高压隔离开关当前的机械状态为正常状态，缺陷类型为无；
若当前启动电流峰值＜启动电流峰值注意值，且运行电流峰值注意值≤当前运行电流峰值＜运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为注意状态，缺陷类型为轻微卡涩；
若当前启动电流峰值＜启动电流峰值注意值，且当前运行电流峰值≥运行电流峰值异常值，则高压隔离开关当前的机械状态为异常状态，缺陷类型为严重卡涩；
若启动电流峰值注意值≤当前启动电流峰值＜启动电流峰值异常值，且当前运行电流峰值＜运行电流峰值注意值，则高压隔离开关当前的机械状态为注意状态，缺陷类型为轻微卡涩；
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| 电动隔离开关机械故障状态监测的设想;王黎明，何建明;《浙江电力》;20061231(第3期);第56-59页 * |
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