CN113156306A - 一种断路器操作机构缺陷多维度诊断方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器操作机构缺陷多维度诊断方法及***，涉及电气设备诊断技术领域。方法包括：根据线圈电流得到电流波形图，并对电流波形图进行特征值提取，获得线圈电流特征值并与标准波形图的特征值进行比较，以判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型；通过在线监测的方式，实时监测分合闸线圈的电流信号，并保存电流波形数据，从多维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势；根据断路器操作机构的运行状态与缺陷类型和断路器操作机构关键性能的变化趋势，综合判断断路器的运行状态。本发明能够通过分合闸线圈电流波形与标准波形的对比分析、时间维度的分析、空间维度的分析，实现多维度综合判断断路器的运行状态和发展趋势。

Description

一种断路器操作机构缺陷多维度诊断方法及***

技术领域

本发明涉及电气设备诊断技术领域，尤其涉及一种断路器操作机构缺陷多维度诊断方法及***。

背景技术

高压断路器既能够开断、关合及承载运行线路的正常工作电流，也能在规定的时间内承载、关合及开断规定的短路电流，是电力***中最重要的控制和保护设备。高压断路器不仅是独立的关键变电设备，同时也是GIS、开关柜的核心组成部件，其安全稳定运行具有十分重要的实际意义。断路器操作机构电气或机械故障造成的断路器拒分、拒合或误动现象，是断路器故障、紧急重大缺陷的关键组成部分，严重影响电网安全稳定运行。因此，准确诊断断路器操作机构缺陷和隐患、及时消除缺陷是电网亟待解决的问题。

现有技术中，判断断路器操作机构的运行状态包括测量分合闸电磁铁的动作电压以及测试断路器的机械特性，但是在诊断过程中都需要停电才能进行测试，定期检修中采用停电停工手段对断路器进行诊断，需要耗费大量时间。

发明内容

本发明目的在于，提供一种断路器操作机构缺陷多维度诊断方法及***，通过分合闸线圈电流波形与标准波形的对比分析、时间维度的分析、空间维度的分析，实现多维度综合判断断路器的运行状态和发展趋势。

为实现上述目的，本发明提供一种断路器操作机构缺陷多维度诊断方法，包括：获取流经分合闸线圈的电流信号，得到线圈电流；根据所述线圈电流得到电流波形图，并对所述电流波形图进行特征值提取，获得线圈电流特征值；将所述线圈电流特征值与标准波形图的特征值进行比较，以判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型；通过在线监测的方式，实时监测分合闸线圈的电流信号，并保存电流波形数据，从时间维度和空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势；根据所述断路器操作机构的运行状态与缺陷类型和所述断路器操作机构关键性能的变化趋势，综合判断断路器的运行状态，在断路器被诊断为故障状态时，发出报警信号。

进一步地，流经分合闸线圈的所述电流信号包括线圈通电初期电流、铁芯动作期电流、触头和弹簧动作期电流、稳定期电流和下降期电流；根据所述线圈通电初期电流判断控制电源和线圈电阻缺陷；根据所述铁芯动作期电流判断铁芯机构缺陷；根据所述触头和弹簧动作期电流判断触头和弹簧缺陷。

进一步地，根据所述时间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势，包括对断路器的分合闸线圈的历史电流波形图进行对比分析。

进一步地，根据所述空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势，包括对同一型号的不同断路器的分合闸线圈的电流波形图进行对比分析。

进一步地，所述将所述线圈电流特征值与标准波形图的特征值进行比较，以判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型，包括：通过瞬态波形比较法对所述线圈电流特征值和标准波形图的特征值进行比较。

本发明还包括一种断路器操作机构缺陷多维度诊断***，包括：线圈电流获取模块，用于获取流经分合闸线圈的电流信号，得到线圈电流；电流特征值获取模块，用于根据所述线圈电流得到电流波形图，并对所述电流波形图进行特征值提取，获得线圈电流特征值；电流特征值分析模块，用于将所述线圈电流特征值与标准波形图的特征值进行比较，以判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型；监测分析模块，用于通过在线监测的方式，实时监测分合闸线圈的电流信号，并保存电流波形数据，从时间维度和空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势；运行状态诊断告警模块，用于根据所述断路器操作机构的运行状态与缺陷类型和所述断路器操作机构关键性能的变化趋势，综合判断断路器的运行状态，在断路器被诊断为故障状态时，发出报警信号。

进一步地，所述监测分析模块包括时间预测模块，用于根据所述时间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势，包括对断路器的分合闸线圈的历史电流波形图进行对比分析。

进一步地，所述监测分析模块包括空间预测模块，用于根据所述空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势，包括对同一型号的不同断路器的分合闸线圈的电流波形图进行对比分析。

本发明还提供一种计算机终端设备，包括一个或多个处理器和存储器。存储器与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任一实施例所述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法和***，诊断过程无需停电，通过在线监测分合闸线圈电流来进行断路器操作机构故障诊断，有利于及时发现缺陷；

(2)本发明提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法和***，断路器分合闸线圈电流与断路器机构的机械运动密切相关，线圈电流波形中包含了多种机构缺陷信息，因此通过分合闸线圈电流判断机构状态准确度高；

(3)本发明提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法和***，充分利用分合闸线圈电流波形反应出的机构状态，精确识别故障部位与类型，有利于针对性制定整改方案；

(4)本发明提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法和***，通过与标准波形的对比分析、时间维度的分析、空间维度的分析，实现多维度综合判断该断路器的运行状态和发展趋势，给出相应的结论，可信度高；

(5)本发明提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法和***，具备预警功能，若诊断出缺陷类型，根据缺陷严重程度发送告警信息，及时通知工作人员处理缺陷，以免引发设备停运风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明某一实施例提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法的流程示意图；

图2是本发明另一实施例提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法的流程示意图；

图3是本发明某一实施例提供的分合闸线圈电流的标准波形图；

图4是本发明某一实施例提供的分合闸线圈电流的标准波形和实测的线圈电流波形结合对比图；

图5是本发明某一实施例提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断***的结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断***的结构示意图；

图7是本发明某一实施例提供的计算机终端设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1是本发明某一实施例提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法的流程示意图。在本实施例中，断路器操作机构缺陷多维度诊断方法，包括以下步骤：

步骤S110，获取流经分合闸线圈的电流信号，得到线圈电流。

其中，为了获取流经分合闸线圈的电流信号，得到线圈电流，需要在分合闸线圈引线上安装电流监测装置，可采用小型电流互感器，能够实现分合闸线圈电流的在线监测。当断路器正常运行时，流经分合闸线圈的电流很小，可忽略不计；当断路器合闸、分闸操作时，流经分合闸线圈的电流呈现双峰波形。此时，***检测到线圈电流超过设置的阈值，则发出控制信号，开始录制线圈电流波形，当线圈电流低于阈值，则停止录制。关于阈值设置：太小会频繁启动，无法准确判断断路器是否操作；太大会导致录波数据缺失，无法准确识别故障。此处，阈值建议设置为50mA，或根据实际情况进行修正。

步骤S120，根据线圈电流得到电流波形图，并对电流波形图进行特征值提取，获得线圈电流特征值。

步骤S130，将线圈电流特征值与标准波形图的特征值进行比较，以判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型。

步骤S140，通过在线监测的方式，实时监测分合闸线圈的电流信号，并保存电流波形数据，从时间维度和空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势。

步骤S150，根据断路器操作机构的运行状态与缺陷类型和断路器操作机构关键性能的变化趋势，综合判断断路器的运行状态，在断路器被诊断为故障状态时，发出报警信号。

请参阅图2，图2是本发明另一实施例提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法的流程示意图。在本实施例中，在线监测分合闸线圈电流，并引入瞬态波形比较法，通过实测电流波形与标准波形进行比较，来判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型。还可通过与历史波形的对比，从时间维度判断操作机构关键性能的变化趋势；通过与同厂家、同型号设备的分合闸线圈电流波形进行对比分析，从空间维度对断路器操作机构进行分析与评价。最终，通过与标准波形的对比分析、时间维度的分析、空间维度的分析，综合判断该断路器的运行状态。若断路器操作机构存在缺陷，及时根据缺陷类型与严重程度发送告警信息。

分合闸线圈电流的标准波形图为“双峰波形”，对其特征值进行定义，典型波形如图3所示。图中，O(X0，Y0)为零点，电流开始增长的起点；A(X1，Y1)表示第一个峰值；B(X2，Y2)表示谷值；C(X3，Y3)和D(X4，Y4)表示第二个峰值，E(X5，Y5)表示线圈电流降为0。

流经分合闸线圈的电流信号包括线圈通电初期电流、铁芯动作期电流、触头和弹簧动作期电流、稳定期电流和下降期电流；根据线圈通电初期电流判断控制电源和线圈电阻缺陷；根据铁芯动作期电流判断铁芯机构缺陷；根据触头和弹簧动作期电流判断触头和弹簧缺陷。

上述步骤S130，将线圈电流特征值与标准波形图的特征值进行比较，以判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型。引入瞬态波形比较法，通过实测电流波形与标准波形进行比较，主要是对比上述特征值，来判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型。根据上述定义，OA段表示线圈通电初期，AB段表示铁芯动作期，BC段表示触头/弹簧动作期，CD段表示电流稳定期，DE段表示电流下降期。OA段电流波形能够反应控制电源和线圈电阻缺陷，AB段电流波形能够反应铁芯机构卡涩、变形和脱扣等缺陷，BC段电流波形能够反应触头卡涩、弹簧卡涩、弹簧疲软、连接件松动等缺陷。

例如，请参阅图4，对标准波形和实测的线圈电流波形进行对比分析。由于A(X1，Y1)特征值无明显变化，b(x2，y2)相对标准值B(X2，Y2)向右侧偏移，其它特征值随之向右偏移，无其他明显变化，因此判断AB段持续时间延长；AB段表示铁芯动作期，将缺陷锁定于分合闸线圈铁芯；由于AB段电流波形能够反应铁芯机构卡涩、变形和脱扣失灵等缺陷，根据AB段持续时间延长的特征，初步判断该断路器存在分合闸线圈铁芯卡涩的缺陷。

标准波形可通过如下方式获取但不限于此：一是断路器出厂/交接时，将出厂试验/交接试验结果进行保存，作为该台断路器的标准波形进行存储；二是对断路器三相进行测试，若发现其中两相接近并符合典型波形特征，则这两相可作为标准波形，对另外一相进行诊断。

通过在线监测的方式，实时监测分合闸线圈电流，并保存电流波形数据，从时间维度和空间维度判断操作机构关键性能的变化趋势。时间维度：将同一台断路器的历史分合闸线圈电流波形进行对比分析，对其开展断路器操作机构变化趋势的分析与评价。空间维度：将与某台断路器同厂家、同型号设备的分合闸线圈电流波形进行对比分析，对其开展断路器操作机构变化趋势的分析与评价。上述两种维度的核心方法同上述“断路器操作机构缺陷诊断与定位”，在此不再赘述。

通过某断路器与标准波形的对比分析、时间维度的分析、空间维度的分析，综合判断该断路器的运行状态，给出相应的结论，若未发现缺陷，则保存历次分合闸线圈电流波形数据，等待记录下一次数据；若发现缺陷，则及时发送告警信号。通过后台告警或者短信告警等方式，可根据实际情况设定。

请参阅图5，图5是本发明某一实施例提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断***的结构示意图。在本实施例中与上述实施例相同的部分，在此不再赘述。本实施例提供的断路器操作机构缺陷多维度诊断***，包括：

线圈电流获取模块210，用于获取流经分合闸线圈的电流信号，得到线圈电流。通过在分合闸线圈引线上安装电流监测装置，可采用小型电流互感器，能够实现分合闸线圈电流的在线监测。

电流特征值获取模块220，用于根据线圈电流得到电流波形图，并对电流波形图进行特征值提取，获得线圈电流特征值。通过设定相应的启动阈值，当分合闸动作时，对分合闸线圈电流进行采集。

电流特征值分析模块230，用于将线圈电流特征值与标准波形图的特征值进行比较，以判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型。通过光纤将分合闸线圈电流波形数据进行传输。断路器动作时，分合闸线圈电流数据的特征值进行提取，包含零点O(X0，Y0)、第一个峰值A(X1，Y1)、谷值B(X2，Y2)、第二个峰值C(X3，Y3)和D(X4，Y4)、结束点E(X5，Y5)。

监测分析模块240，用于通过在线监测的方式，实时监测分合闸线圈的电流信号，并保存电流波形数据，从时间维度和空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势。将整个片区分合闸线圈电流波形数据统一进行存储。整个片区指某电网公司、省级电网、地市局或某变电站，根据实际情况进行统一规划。

运行状态诊断告警模块250，用于根据断路器操作机构的运行状态与缺陷类型和断路器操作机构关键性能的变化趋势，综合判断断路器的运行状态，在断路器被诊断为故障状态时，发出报警信号。通过与标准波形的对比分析、时间维度的分析、空间维度的分析，综合判断该断路器的运行状态，给出相应的结论，若未发现缺陷，则保存历次分合闸线圈电流波形数据，等待记录下一次数据；若发现缺陷，则及时发送告警信号。通过后台告警或者短信告警等方式，可根据实际情况设定。

监测分析模块240包括时间预测模块241，用于根据时间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势，包括对断路器的分合闸线圈的历史电流波形图进行对比分析。监测分析模块240还包括空间预测模块242，用于根据空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势，包括对同一型号的不同断路器的分合闸线圈的电流波形图进行对比分析。

请参阅图7，本发明实施例提供一种计算机终端设备，包括一个或多个处理器和存储器。存储器与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任意一个实施例中的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法。

处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random AccessMemory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

在一示例性实施例中，计算机终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific 1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述任意一个实施例中的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由计算机终端设备的处理器执行以完成上述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种断路器操作机构缺陷多维度诊断方法，其特征在于，包括：

获取流经分合闸线圈的电流信号，得到线圈电流；

根据所述线圈电流得到电流波形图，并对所述电流波形图进行特征值提取，获得线圈电流特征值；

将所述线圈电流特征值与标准波形图的特征值进行比较，以判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型；

通过在线监测的方式，实时监测分合闸线圈的电流信号，并保存电流波形数据，从时间维度和空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势；

根据所述断路器操作机构的运行状态与缺陷类型和所述断路器操作机构关键性能的变化趋势，综合判断断路器的运行状态，在断路器被诊断为故障状态时，发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法，其特征在于，流经分合闸线圈的所述电流信号包括线圈通电初期电流、铁芯动作期电流、触头和弹簧动作期电流、稳定期电流和下降期电流；

根据所述线圈通电初期电流判断控制电源和线圈电阻缺陷；

根据所述铁芯动作期电流判断铁芯机构缺陷；

根据所述触头和弹簧动作期电流判断触头和弹簧缺陷。

3.根据权利要求1所述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法，其特征在于，根据所述时间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势，包括对断路器的分合闸线圈的历史电流波形图进行对比分析。

4.根据权利要求1所述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法，其特征在于，根据所述空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势，包括对同一型号的不同断路器的分合闸线圈的电流波形图进行对比分析。

5.根据权利要求1所述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法，其特征在于，所述将所述线圈电流特征值与标准波形图的特征值进行比较，以判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型，包括：

通过瞬态波形比较法对所述线圈电流特征值和标准波形图的特征值进行比较。

6.一种断路器操作机构缺陷多维度诊断***，其特征在于，包括：

线圈电流获取模块，用于获取流经分合闸线圈的电流信号，得到线圈电流；

电流特征值获取模块，用于根据所述线圈电流得到电流波形图，并对所述电流波形图进行特征值提取，获得线圈电流特征值；

电流特征值分析模块，用于将所述线圈电流特征值与标准波形图的特征值进行比较，以判断断路器操作机构的运行状态与缺陷类型；

监测分析模块，用于通过在线监测的方式，实时监测分合闸线圈的电流信号，并保存电流波形数据，从时间维度和空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势；

运行状态诊断告警模块，用于根据所述断路器操作机构的运行状态与缺陷类型和所述断路器操作机构关键性能的变化趋势，综合判断断路器的运行状态，在断路器被诊断为故障状态时，发出报警信号。

7.根据权利要求6所述的断路器操作机构缺陷多维度诊断***，其特征在于，所述监测分析模块包括时间预测模块，用于根据所述时间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势，包括对断路器的分合闸线圈的历史电流波形图进行对比分析。

8.根据权利要求6所述的断路器操作机构缺陷多维度诊断***，其特征在于，所述监测分析模块包括空间预测模块，用于根据所述空间维度判断断路器操作机构关键性能的变化趋势，包括对同一型号的不同断路器的分合闸线圈的电流波形图进行对比分析。

9.一种计算机终端设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至5任一项所述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的断路器操作机构缺陷多维度诊断方法。

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