CN113325303A - 一种高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，属于高压断路器故障检测技术领域。其包括高压脉冲信号输出单元和控制检测单元，所述高压脉冲信号输出单元和控制检测单元信号互联，所述高压脉冲信号输出单元通过连接导线连接高压断路器分合闸线圈的两端；所述控制检测单元包括CPU模块、对比模板曲线调用模块、输入电压设定模块和I/t特性曲线输出对比模块，所述对比模板曲线调用模块和所述输入电压设定模块均与所述CPU模块的输入信号端连接，所述I/t特性曲线输出对比模块与所述CPU模块的输出信号端连接。本发明能够直观、准确、快速的发现高压断路器内部的潜在故障；并对可能出现的故障类型进行分析判断,进行故障定位。

Description

一种高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置

技术领域

本发明涉及高压断路器故障检测技术领域，具体是一种高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置。

背景技术

目前变电站高压断路器控制回路为电磁铁机械联动机构，由于运行年限或机械特性原因存在电磁铁线圈性能下降导致电磁铁线圈实际匝数降低而使电磁铁吸合力下降,进而导致断路器控制失败。由于断路器电磁铁回路应用直流220kV 电源供电，其实际控制操作时间为70ms，即利用瞬间电磁铁吸力实现断路器分合控制，由于某种原因若导致控制失败，电磁铁控制回路将不能实现电磁铁线圈控制回路联动断电，导致电磁铁线圈长时间通电而烧毁。

目前电力***中，对高压断路器控制线圈检测的方法主要有3种：1.断路器的在线监测***；2.分合闸线圈的电流带电检测；3.分合闸线圈的电流停电检测。第一种方法为高压断路器的在线监测***，其利用分合闸线圈处的电流检测模块(霍尔线圈)来对线圈电流进行实时检测，其缺点是断路器分合闸次数较少，该方法暂时只能作数据采集，如果想在实际中进行应用，还需要大量数据的支持。第二种方为依据国家电网发布的《开关设备分合闸线圈电流波形带电检测技术现场应用导则》采用带电检测的方式对分合闸线圈进行检测。第三种方法为在设备停电的情况下，使用仪器设备对断路器线圈进行检测的方式。三种检测方式都有各自的优缺点，目前第一种方法在电网中已经有所应用，第二种已在研究应用阶段，第三种还未有相关标准，应用较少。

公布号为CN 108051698 A的专利文献公开了一种线圈匝间绝缘故障检测方法、装置及***，该方法包括：获取被测电抗式线圈的特性信息，并根据所述被测电抗式线圈的特性信息绘制被测电抗式线圈的特性曲线；根据所述被测电抗式线圈的特性曲线与标准特性波形，通过面积法，计算被测电抗式线圈的特性曲线与所述标准特性波形的误差；若所述误差超过第一阈值，则判断所述被测电抗式线圈存在匝间绝缘故障。该发明提供的线圈匝间绝缘故障检测方法、装置及***实现了高压断路器控制回路中的电抗式线圈匝间短路缺陷的检测，能够检测电抗式线圈匝间绝缘状态，实现高压断路器安全运行。但是，该发明不能解决高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障的快速、准确检测。

公告号为CN 106124946 B的专利文献公开了一种高压断路器的控制线圈匝间绝缘故障检测装置，包括高频高压信号输出装置、控制检测输出装置和连接导线；所述控制检测输出装置用于控制检测信号的输入和测量结果的检测输出；所述控制检测输出装置的控制端与高频高压信号输出装置的受控端相连接，所述连接导线的一端连接高频高压信号输出装置输出端，其另一端连接在被测电磁铁线圈的两端。该发明操作方便，精度高，根据在相同条件下所测量的被测电磁铁线圈的V/A特性曲线与标准规格的电磁铁线圈的V/A特性曲线对比，能够提前检测被测电磁铁线圈匝间绝缘状态，避免由于变电站高压断路器控制线圈匝间绝缘故障而导致的控制失败的事故，保证了高压断路器安全运行。但是，该发明未采用I/t特性曲线进行波形比，故障检测的准确性不够；而且，该发明故障检测装置在测得高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线时不能及时调用对比模板曲线，检测不够直观、快速；另外，该发明也无法对故障类型进行分析判断、定位。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供的一种高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，能够直观、准确、快速的发现高压断路器内部的潜在故障；并对可能出现的故障类型进行分析判断,进行故障定位。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，包括高压脉冲信号输出单元和控制检测单元，所述高压脉冲信号输出单元和控制检测单元信号互联，所述高压脉冲信号输出单元通过连接导线连接高压断路器分合闸线圈的两端；所述控制检测单元包括CPU模块、对比模板曲线调用模块、输入电压设定模块和I/t特性曲线输出对比模块，所述对比模板曲线调用模块和所述输入电压设定模块均与所述CPU模块的输入信号端连接，所述I/t特性曲线输出对比模块与所述CPU模块的输出信号端连接。

进一步的，所述高压脉冲信号输出单元包括两组脉冲输出模块，两所述脉冲输出模块分别与所述高压断路器分合闸线圈的两端连接，所述脉冲输出模块包括高压脉冲发生器和可调电阻，所述可调电阻的左端与所述高压脉冲发生器连接，右端与所述高压断路器分合闸线圈的端部连接，而且右端通过电容器与所述控制检测单元连接，所述可调电阻上端连接电阻器，所述电阻器接地。

进一步的，其检测方法为：对于单个高压断路器分合闸线圈,在线圈两端分别施加标定电压和试验电压进行试验，标定电压不超过试验电压的35%；通过比较标准电压和试验电压测得的电压波形，观察过零点的变化和衰减速度的快慢来判断绝缘是否完好；对于两个相同的高压断路器分合闸线圈，通过对它们之间的电压波形变化来判别绝缘是否完好。

进一步的，通过比较单个高压断路器分合闸线圈在额定电压下某点的电压波形变化图，判断出分合闸线圈是否存在匝间绝缘下降的缺陷。

进一步的，采用高压脉冲直流控制技术实现被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线的绘制，并通过与标准规格的电磁铁线圈的I/t特性线圈进行对比,所测量高压断路器分合闸线圈所在相同频率、电压下的I/t特性曲线与标准电磁铁线圈的I/t特性曲线进行对比出现异常时,进而判断出被测高压断路器分合闸线圈整体磁通、磁阻变小,即可判断存在匝间绝缘故障,进而能够提前预控站端高压断路器遥控失败的故障。

进一步的，所述CPU模块根据所述输入电压设定模块设置的电压值控制所述高压脉冲信号输出单元发出高压脉冲，并且采集被测高压断路器分合闸线圈的电流信息，并且绘制I/t特性曲线。

进一步的，所述对比模板曲线调用模块将标准电磁铁线圈的I/t特性曲线调出。

进一步的，所述I/t特性曲线输出对比模块将被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线与标准电磁铁线圈的I/t特性曲线进行对比。

进一步的，将被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线利用二次B样条小波函数尺度变换对波形进行变换，然后从分析结果中得到波形的畸变点。

在变电站内，高压断路器是重要的切除电网故障的元件，而高压断路器中的二次回路控制线圈又是高压断路器的关键部件之一，其中控制线圈匝间绝缘老化问题是其比较脆弱的环节。本行业技术人员在对高压断路器分合闸线圈匝间绝缘进行检测时，本行业技术人员容易想到采用线圈的特性曲线与标准特性波形对比，通过面积法计算被测电抗式线圈的特性曲线与所述标准特性波形的误差。例如公布号为CN 108051698 A的专利文献公开了一种线圈匝间绝缘故障检测方法、装置及***；又如公告号为CN 106124946 B的专利文献公开了一种高压断路器的控制线圈匝间绝缘故障检测装置。该两项专利文献公开的线圈匝间绝缘故障检测方案分别采用面积法、V/A特性曲线对比法来对绝缘故障进行检测，能够满足检测要求，因此，本申请采用I/t特性曲线进行波形对比，并且在测得高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线时及时调用对比模板曲线，另外对故障类型进行分析判断、定位的技术方案对本领域技术人员来说是不容易想到的。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，通过在高压断路器分合闸线圈两端施加脉冲电压，比较断路器分合闸线圈在额定电压下某点的电压波形变化图，判断出分合闸线圈是否存在匝间绝缘下降的缺陷。对于单个断路器分合闸线圈，在线圈两端分别施加标定电压和试验电压进行试验，通过比较标准电压和试验电压测得的电压波形，观察过零点的变化和衰减速度的快慢来判断绝缘是否完好；对于两个相同的断路器分合线圈，可以通过对他们之间的电压波形变化来判别绝缘是否完好。通过控制线圈的电流波形检测技术，能够直观、准确、快速的发现高压断路器内部的潜在故障，并对可能出现的故障类型进行分析判断，进行故障定位。

另外，本发明采用高压脉冲直流控制技术实现被测电磁铁线圈的 I/t特性曲线的绘制并通过与标准规格的电磁铁线圈的I/t特性线圈进行对比，所测量线圈所在相同频率、电压下的I/t特性曲线与标准电磁铁线圈的 I/t特性曲线进行对比出现异常时，进而判断出被测电磁铁线圈整体磁通、磁阻变小，即可判断存在匝间绝缘故障，进而能够提前预控站端高压断路器遥控失败的故障。由此本发明提供了一种高压断路器分合闸线圈老化程度准确评估手段。

另外，对比模板曲线调用模块在测得高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线时将标准电磁铁线圈的I/t特性曲线调出，I/t特性曲线输出对比模块将被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线与标准电磁铁线圈的I/t特性曲线进行对比，对比模板曲线调用模块和I/t特性曲线输出对比模块相互配合，并在CPU模块的控制下自动进行检测，从而及时、快速地查找出绝缘故障；此外，在被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线上，利用二次B样条小波函数尺度变换对波形进行变换，然后从分析结果中得到波形的畸变点，从而得到断路器分合闸线圈各事件变化的准确时刻，故障检测精确度高。

附图说明

图1是本发明实施例一的原理图；

图2 是本发明实施例一中分合闸回路的电磁铁电路等值电路图；

图3是本发明实施例二的结构连接框图；

图4是本发明实施例三中高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线图；

图5是本发明实施例四中二次B样条小波函数尺度变换后的波形图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例一

如图1所示，一种高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，包括高压脉冲信号输出单元5和控制检测单元，所述高压脉冲信号输出单元5和控制检测单元信号互联，所述高压脉冲信号输出单元5通过连接导线连接高压断路器分合闸线圈6的两端；所述控制检测单元包括CPU模块3、对比模板曲线调用模块1、输入电压设定模块2和I/t特性曲线输出对比模块4，所述对比模板曲线调用模块1和所述输入电压设定模块2均与所述CPU模块3的输入信号端连接，所述I/t特性曲线输出对比模块4与所述CPU模块3的输出信号端连接。

所述CPU模块根据所述输入电压设定模块设置的电压值控制所述高压脉冲信号输出单元发出高压脉冲，并且采集被测高压断路器分合闸线圈的电流信息，并且绘制I/t特性曲线。

所述对比模板曲线调用模块将标准电磁铁线圈的I/t特性曲线调出。

所述I/t特性曲线输出对比模块将被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线与标准电磁铁线圈的I/t特性曲线进行对比。

电磁铁是高压断路器操动机构的重要原件之一。当线圈中通过电流时，在电磁铁内产生磁通，铁心受到电磁力作用吸合,使高压断路器分闸或合闸。在高压断路器中都会有相应的分合闸线圈电流波形，它包含很多信息，反映了电磁铁本身以及所控制的锁门或阀门以及连锁触头在操作过程中的工作情况，分合闸回路的电磁铁电路等值电路图如图2所示。

本发明高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置技术参数：

使用范围：变电站高压断路器分合闸线圈

电源：锂电子电池充电器

输出脉冲幅度：1~12V

脉冲频率：1kHz~100kHz

输出阻抗：10~10008

空载通道电压偏差：任一点不大于30mV

输出波形：上升沿时间 1 s

自检功能：内置转子模拟电路实现分析仪主机自检

采样频率：1GHz

信号采集周期：100 s

输入带宽：60MHz

分辨率：12位

通道数：2

功能特点

(1)操作界面简单,仪器校准精确

(2)是无损检测,诊断过程安全,不会对断路器线圈造成任何影响

(3)测试结果及数据直接显示在仪器中,判断故障直观

(4)便捷式外形,体积小、重量轻,方便携带和使用

(5)相对传统主机,本仪器集成脉冲发生和数据采集功能

(6)仅需3条测试线即可进行试验,接线简单

(7)内置激励信号在转子绕组传播过程的标定算法,定位准确

(8)简体中文软件,软件安装简单、方便

(9)软件交互图像化,操作步骤简单化

实施例二

本发明实施例的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，作为实施例一进一步的改进，其与实施例一的不同之处在于：

如图3所示，所述高压脉冲信号输出单元包括两组脉冲输出模块，两所述脉冲输出模块分别与所述高压断路器分合闸线圈的两端连接，所述脉冲输出模块包括高压脉冲发生器8和可调电阻7，所述可调电阻7的左端与所述高压脉冲发生器8连接，右端与所述高压断路器分合闸线圈6的端部连接，而且右端通过电容器11与所述控制检测单元10连接，所述可调电阻7上端连接电阻器9，所述电阻器9接地。

实施例三

一种高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，包括高压脉冲信号输出单元和控制检测单元，所述高压脉冲信号输出单元和控制检测单元信号互联，所述高压脉冲信号输出单元通过连接导线连接高压断路器分合闸线圈的两端；所述控制检测单元包括CPU模块、对比模板曲线调用模块、输入电压设定模块和I/t特性曲线输出对比模块，所述对比模板曲线调用模块和所述输入电压设定模块均与所述CPU模块的输入信号端连接，所述I/t特性曲线输出对比模块与所述CPU模块的输出信号端连接。

所述高压脉冲信号输出单元包括两组脉冲输出模块，两所述脉冲输出模块分别与所述高压断路器分合闸线圈的两端连接，所述脉冲输出模块包括高压脉冲发生器和可调电阻，所述可调电阻的左端与所述高压脉冲发生器连接，右端与所述高压断路器分合闸线圈的端部连接，而且右端通过电容器与所述控制检测单元连接，所述可调电阻上端连接电阻器，所述电阻器接地。

所述CPU模块根据所述输入电压设定模块设置的电压值控制所述高压脉冲信号输出单元发出高压脉冲，并且采集被测高压断路器分合闸线圈的电流信息，并且绘制I/t特性曲线。

所述对比模板曲线调用模块将标准电磁铁线圈的I/t特性曲线调出。

所述I/t特性曲线输出对比模块将被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线与标准电磁铁线圈的I/t特性曲线进行对比。

如图4所示，本发明实施例的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，与实施例二的不同之处在于：

其检测方法为：对于单个高压断路器分合闸线圈,在线圈两端分别施加标定电压和试验电压进行试验，标定电压不超过试验电压的35%；通过比较标准电压和试验电压测得的电压波形，观察过零点的变化和衰减速度的快慢来判断绝缘是否完好；对于两个相同的高压断路器分合闸线圈，通过对它们之间的电压波形变化来判别绝缘是否完好。

本发明通过比较单个高压断路器分合闸线圈在额定电压下某点的电压波形变化图，判断出分合闸线圈是否存在匝间绝缘下降的缺陷。

采用高压脉冲直流控制技术实现被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线的绘制，并通过与标准规格的电磁铁线圈的I/t特性线圈进行对比,所测量高压断路器分合闸线圈所在相同频率、电压下的I/t特性曲线与标准电磁铁线圈的I/t特性曲线进行对比出现异常时,进而判断出被测高压断路器分合闸线圈整体磁通、磁阻变小,即可判断存在匝间绝缘故障,进而能够提前预控站端高压断路器遥控失败的故障。

高压脉冲法是对测试线圈直接施加脉冲电压的一种方法。在LC的振荡电路中，如果断路器分合闸线圈有匝间短路的现象，则由于分合闸线圈的匝数会随之变化，这就会影响整个分合闸线圈的电感值,反映出 LC振荡电路的振荡频率也会随之变化，而断路器分合闸线圈短路匝内的环流也会造成改分合闸线圈的损耗增加，使整个LC振荡电路的电压和电流衰减速度变快。

实施例四

本发明实施例的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，与实施例三的不同之处在于：在被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线上，将被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线利用二次B样条小波函数尺度变换对波形进行变换，然后从分析结果中得到波形的畸变点。

线圈电流波形对应的特征参数有：时间量(以t0为时间零点)t1、 t2、t3、t4、t5和电流量I1、I2、I3。由前述波形分析可知,波形中的时间参数对应着铁心的运动事件。

如图5所示，某状态的断路器合闸线圈电流波形。以线圈开始通电为时间原点，该断路器在其他情况下的合闸线圈的电流波形。首先利用二次B样条小波函数尺度变换对各波形进行变换，然后从分析结果中很容易得到波形的畸变点。从图5中可以看到畸变点位置的一致性,从而得到断路器分合闸线圈各事件变化的准确时刻。

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，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，其特征在于：包括高压脉冲信号输出单元和控制检测单元，所述高压脉冲信号输出单元和控制检测单元信号互联，所述高压脉冲信号输出单元通过连接导线连接高压断路器分合闸线圈的两端；所述控制检测单元包括CPU模块、对比模板曲线调用模块、输入电压设定模块和I/t特性曲线输出对比模块，所述对比模板曲线调用模块和所述输入电压设定模块均与所述CPU模块的输入信号端连接，所述I/t特性曲线输出对比模块与所述CPU模块的输出信号端连接。

2.如权利要求1所述的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，其特征在于：所述高压脉冲信号输出单元包括两组脉冲输出模块，两所述脉冲输出模块分别与所述高压断路器分合闸线圈的两端连接，所述脉冲输出模块包括高压脉冲发生器和可调电阻，所述可调电阻的左端与所述高压脉冲发生器连接，右端与所述高压断路器分合闸线圈的端部连接，而且右端通过电容器与所述控制检测单元连接，所述可调电阻上端连接电阻器，所述电阻器接地。

3.如权利要求1所述的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，其特征在于：其检测方法为：对于单个高压断路器分合闸线圈,在线圈两端分别施加标定电压和试验电压进行试验，标定电压不超过试验电压的35%；通过比较标准电压和试验电压测得的电压波形，观察过零点的变化和衰减速度的快慢来判断绝缘是否完好；对于两个相同的高压断路器分合闸线圈，通过对它们之间的电压波形变化来判别绝缘是否完好。

4.如权利要求3所述的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，其特征在于：通过比较单个高压断路器分合闸线圈在额定电压下某点的电压波形变化图，判断出分合闸线圈是否存在匝间绝缘下降的缺陷。

5.如权利要求4所述的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，其特征在于：采用高压脉冲直流控制技术实现被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线的绘制，并通过与标准规格的电磁铁线圈的I/t特性线圈进行对比,所测量高压断路器分合闸线圈所在相同频率、电压下的I/t特性曲线与标准电磁铁线圈的I/t特性曲线进行对比出现异常时,进而判断出被测高压断路器分合闸线圈整体磁通、磁阻变小,即可判断存在匝间绝缘故障,进而能够提前预控站端高压断路器遥控失败的故障。

6.如权利要求5所述的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，其特征在于：所述CPU模块根据所述输入电压设定模块设置的电压值控制所述高压脉冲信号输出单元发出高压脉冲，并且采集被测高压断路器分合闸线圈的电流信息，并且绘制I/t特性曲线。

7.如权利要求6所述的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，其特征在于：所述对比模板曲线调用模块将标准电磁铁线圈的I/t特性曲线调出。

8.如权利要求7所述的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，其特征在于：所述I/t特性曲线输出对比模块将被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线与标准电磁铁线圈的I/t特性曲线进行对比。

9.如权利要求8所述的高压断路器分合闸线圈匝间绝缘故障检测装置，其特征在于：将被测高压断路器分合闸线圈的I/t特性曲线利用二次B样条小波函数尺度变换对波形进行变换，然后从分析结果中得到波形的畸变点。

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