CN113341307B - 一种开放式接地开关的短路关合能力测试平台和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开放式接地开关的短路关合能力测试平台和方法，该方法首先搭建开放式接地开关的短路关合能力试验平台，通过试验平台对开放式接地开关进行老化，通过电流互感器获取开放式接地开关在关合短路电流时的电流信号，连接示波器进行信号采集，采集老化前后开放式接地开关关合时短路电流信号，然后对电流信号进行小波变换，从原始信号波形及变换后信号波形提取特征参数，并计算开放式接地开关的关合能力评价数值，通过开放式接地开关老化前后的评价数值对比，得到老化对开放式接地开关的短路关合能力影响，最终得出开放式接地开关短路关合能力综合评价数值，对开放式接地开关的短路关合能力进行评价。

Description

一种开放式接地开关的短路关合能力测试平台和方法
技术领域
本发明属于开关状态性能评估领域，具体涉及一种开放式接地开关的短路关合能力测试平台和方法。
背景技术
开放式接地开关是电力***中最重要的电力设备之一，在线路需检修时，接地开关合闸，用于正常工作接地，以保证设备和检修人员的安全；在短路情况下进行关合，可在规定时间内承载指定的额定短路电流和相应的峰值电流，以保证线路安全。
开放式接地开关在长期运行过程中受到热、电等物理化学因素作用下不断老化，机械及电气等性能发生变化，影响开关设备的正常运行。老化是一个复杂的物理、化学变化过程，主要分为热氧老化和电气老化两种。
开放式接地开关在投入使用期间承受较大电流，主要受到电老化的影响，导致开放式接地开关的短路关合能力降低。现如今判断接地开关性能优劣是按照标准进行试验，但仍未有一种***的方法对开放式接地开关短路关合能力进行评价，也就难以做到实时准确的判断开放式接地开关在老化后能否满足性能要求，因此亟需一种用于开放式接地开关的短路关合能力评价方法。
发明内容
为了能够有效地评估开放式接地开关的短路关合能力，本发明提供了一种开放式接地开关的短路关合能力测试平台和方法。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种开放式接地开关的短路关合能力测试平台，包括高压发生装置、电流互感器、示波器装置、开放式接地开关、综合接地及保护电阻；其中：
高压发生装置、开放式接地开关和保护电阻组成电气主回路，模拟短路情况，开放式接地开关与综合接地端连接，保护电阻与开放式接地开关之间的电器主回路中设有电流互感器，电流互感器的两输出端口连接至示波器装置的探针上；
通过开放式接地开关老化前后的评价数值对比，得到老化对开放式接地开关的短路关合能力影响，最终得出开放式接地开关短路关合能力综合评价数值。
本发明还涉及的一种开放式接地开关的短路关合能力测试方法，包括如下步骤：
第一步：搭建测试平台
第二步：测量电流信号波形
第三步：获取特征参数
波形x(t)在时间间隔内所出现的最大瞬间值为峰值
Figure BDA0003027358930000028
单位为A；波形x(t)超过其稳态值后达到第一个峰值所需要的时间为峰值时间Tp，单位ms；波形x(t)从稳态值的10％上升到稳态值90％所需时间为上升时间Tr，单位ms；波形x(t)的瞬时最大偏差值与稳态值之比为超调量P.O.，即：
Figure BDA0003027358930000021
其中，
Figure BDA0003027358930000022
为波形x(t)的峰值，fv为波形x(t)的稳态值；
波形x(t)从原稳定状态回复到新的平衡状态的±5％的范围，且不再越出时为止所经历的最短时间为调节时间Ts，单位ms，即：
Figure BDA0003027358930000023
其中，x表示为***的阻尼比，ωn为***的自然频率；
对此信号进行小波变换：
Figure BDA0003027358930000024
其中，ψ为母小波，a为尺度算子，τ为位移算子，*表示复共轭；
选用Morlet小波函数作为母小波函数，其数学表达式为：
Figure BDA0003027358930000025
在进行小波变换后，对小波谱特征进行分析，提取出描述图谱特征的幅频特性特征参量F1、 F2：
Figure BDA0003027358930000026
Figure BDA0003027358930000027
第四步：计算关合能力评价数值
首先对新的开放式接地开关进行短路电流关合测试试验，通过波形x(t)及小波变换得到特征参数后，采用关合能力评价数值K对其进行评价：
Figure BDA0003027358930000031
通过电老化对开放式接地开关进行老化，得到老化处理i小时后的接地开关；采用与老化前相同大小的短路电流，在相同输入条件下，得到老化后的开放式接地开关关合短路电流的波形x'(t)及进行小波变换，得到其特征参数
Figure BDA0003027358930000032
Tp′、Tr′、P.O.′、Ts′、F1′及F2′，计算老化后的评价数值Ki′：
Figure BDA0003027358930000033
第五步：对开放式接地开关进行短路关合能力综合评价
通过开放式接地开关老化前后的评价数值对比，得到老化对开放式接地开关的短路关合能力影响，最终得出开放式接地开关短路关合能力综合评价数值Ki：
Figure BDA0003027358930000034
其中，β为开放式接地开关短路关合能力综合评价数值的修正系数，根据不同的开放式短路开关型号，需要对综合评价数值进行修正。
进一步地，第二步中，测量电流信号波形的具体步骤如下：
开放式接地开关(4)首先处于开断状态，使用高压发生装置(1)产生高压，电压稳定后闭合开放式接地开关(4)，通过调整示波器装置(3)的垂直输入灵敏度选择开关和时基扫描速率选择开关，得到开放式接地开关(4)在关合短路电流时的电流波形x(t)，完成波形测量后，改变高压发生装置(1)产生的电压，使得开放式接地开关(4)上始终保持3倍额定电流流过，通过电老化的方式完成开放式接地开关(4)的老化过程，并记录老化时间i，之后再进行老化后的电流波形x′(t)测量；
进一步地，电流波形x(t)中，t≤10s；老化时间i的值取500，单位为h。
进一步地，尺度算子a大于0。
进一步地，第五步中：
当Ki值处于0到b之间时，开放式接地开关能对此短路电流进行正常关合；当Ki值大于 b时，则表明开放式接地开关对该情况下的短路电流难以正常进行关合，b是判定开放式接地开关对短路电流能否正常进行关合的临界值。
本发明还涉及的一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明还涉及的一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
本发明通过试验平台对开放式接地开关进行老化，通过电流互感器获取开放式接地开关在关合短路电流时的电流信号，连接示波器进行信号采集，采集老化前后开放式接地开关关合时短路电流信号，然后对电流信号进行小波变换，从原始信号波形及变换后信号波形提取特征参数，并计算开放式接地开关的关合能力评价数值，通过开放式接地开关老化前后的评价数值对比，得到老化对开放式接地开关的短路关合能力影响，最终得出开放式接地开关短路关合能力综合评价数值，对开放式接地开关的短路关合能力进行评价。从多个角度提取描述电流波形信号特征参数，然后通过综合能力评价数值直观判断开放式接地开关是否能对短路电流进行正常关合。
附图说明
图1是本发明的平台的结构示意图；
图2是本发明的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对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。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
如图1所示，本实施例的开放式接地开关的短路关合能力测试平台，由高压发生器1、电流互感器2、示波器装置3、开放式接地开关4、综合接地5及保护电阻6。高压发生器1、电流互感器2、示波器装置3均为现有设备。
高压发生器1、开放式接地开关4和保护电阻6组成电气主回路，模拟短路情况，开放式接地开关4与综合接地5端连接，保护电阻6与开放式接地开关4之间的电器主回路中设有电流互感器2，电流互感器2的两输出端口连接至示波器装置3的探针上。
图2为开放式接地开关的短路关合能力评价研究试验平台的结构示意图，由图2可以看出，本实施例的方法包括以下步骤：
第一步：搭建试验平台
搭建开放式接地开关的短路关合能力评价研究试验平台，主要由高压发生器1、电流互感器2、示波器装置3、开放式接地开关4、综合接地5及保护电阻6组成，高压发生器1、开放式接地开关4和保护电阻6组成电气主回路，模拟短路情况，使用综合接地5和保护电阻 6以保护装置，在电器主回路中安装电流互感器2，将其两输出端口连接至示波器装置3的探针上；
第二步：测量电流信号波形
开放式接地开关4首先处于开断状态，使用高压发生器1产生110kV的高压，电压稳定后闭合开放式接地开关4，通过调整示波器装置3的垂直输入灵敏度选择开关和时基扫描速率选择开关，得到开放式接地开关4在关合短路电流时的电流波形x(t)，(t≤10s)，完成波形测量后，改变高压发生装置1产生的电压，使得开放式接地开关4上始终保持3倍额定电流流过，通过电老化的方式完成开放式接地开关4的老化过程，并记录老化时间i，i的值取500，单位为h，之后再进行老化后的电流波形x′(t)测量；
第三步：获取特征参数
波形x(t)在时间间隔内所出现的最大瞬间值为峰值
Figure BDA0003027358930000051
单位为A；波形x(t)超过其稳态值后达到第一个峰值所需要的时间为峰值时间Tp＝2.73，单位ms；波形x(t)从稳态值的10％上升到稳态值90％所需时间为上升时间Tr＝2.34，单位ms；波形x(t)的瞬时最大偏差值与稳态值之比为超调量P.O.，即：
Figure BDA0003027358930000052
其中，
Figure BDA0003027358930000053
为波形x(t)的峰值，fv为波形x(t)的稳态值；
波形x(t)从原稳定状态回复到新的平衡状态的±5％的范围，且不再越出时为止所经历的最短时间为调节时间Ts，单位ms，即：
Figure BDA0003027358930000061
其中，x表示为***的阻尼比，ωn为***的自然频率；
对此信号进行小波变换：
Figure BDA0003027358930000062
其中，ψ为母小波，a(a>0)为尺度算子，τ为位移算子，*表示复共轭；
选用Morlet小波函数作为母小波函数，其数学表达式为：
Figure BDA0003027358930000063
在进行小波变换后，对小波谱特征进行分析，提取出描述图谱特征的幅频特性特征参量F1、 F2：
Figure BDA0003027358930000064
Figure BDA0003027358930000065
第四步：计算关合能力评价数值
首先对新的开放式接地开关进行短路电流关合测试试验，通过波形x(t)及小波变换得到特征参数后，采用关合能力评价数值K对其进行评价：
Figure BDA0003027358930000066
通过电老化对开放式接地开关进行老化，得到老化处理500小时后的接地开关；采用与老化前相同大小的短路电流，在相同输入条件下，得到老化后的开放式接地开关关合短路电流的波形x'(t)及进行小波变换，得到其特征参数
Figure BDA0003027358930000067
Tp′＝2.19、Tr′＝1.71、P.O.′＝8.64、 Ts′＝49.67、F1′＝7.44及F2′＝5.18，计算老化后的评价数值Ki′：
Figure BDA0003027358930000071
第五步：对开放式接地开关进行短路关合能力综合评价
通过开放式接地开关老化前后的评价数值对比，得到老化对开放式接地开关的短路关合能力影响，最终得出开放式接地开关短路关合能力综合评价数值Ki：
Figure BDA0003027358930000072
其中，β为开放式接地开关短路关合能力综合评价数值的修正系数，此处取1，根据不同的开放式短路开关型号，需要对综合评价数值进行修正；
当Ki值处于0到2之间时，开放式接地开关能对此短路电流进行正常关合；当Ki值大于 2时，则表明开放式接地开关对该情况下的短路电流难以正常进行关合，b是判定开放式接地开关对短路电流能否正常进行关合的临界值。
该开放式接地开关在加速老化i＝500h小时后，其短路关合能力综合评价数值Ki＝1.33，处于0到2之间，开放式接地开关能对短路电流进行正常关合，仍处于正常工作范围。
可选的，本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述所示实施例的方法。
可选的，本申请实施例还提供一种运行指令的芯片，所述芯片用于执行上述所示实施例的方法。
本申请实施例还提供一种程序产品，所述程序产品包括计算机程序，所述计算机程序存储在存储介质中，至少一个处理器可以从所述存储介质读取所述计算机程序，所述至少一个处理器执行所述计算机程序时可实现上述实施例的方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在可读存储介质中，或者从一个可读存储介质向另一个可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(SSD))等。
可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。
可以理解的是，在本申请的实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请的实施例的实施过程构成任何限定。

Claims (7)

1.一种开放式接地开关的短路关合能力测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：搭建测试平台
所述测试平台包括高压发生装置(1)、电流互感器(2)、示波器装置(3)、开放式接地开关(4)、综合接地(5)及保护电阻(6)；其中：
高压发生装置(1)的高压部分连接保护电阻(6)，高压发生装置(1)的接地部分与综合接地(5)端连接，保护电阻(6)另一端连接开放式接地开关(4)，开放式接地开关(4)与综合接地(5)端连接，保护电阻(6)与开放式接地开关(4)之间设有电流互感器(2)，电流互感器(2)的两输出端口连接至示波器装置(3)的探针上；
第二步：测量电流信号波形；
第三步：获取特征参数
波形x(t)在时间间隔内所出现的最大瞬间值为峰值
Figure FDA0003864896160000011
单位为A；波形x(t)超过其稳态值后达到第一个峰值所需要的时间为峰值时间Tp，单位ms；波形x(t)从稳态值的10％上升到稳态值90％所需时间为上升时间Tr，单位ms；波形x(t)的瞬时最大偏差值与稳态值之比为超调量P.O.，即：
Figure FDA0003864896160000012
其中，
Figure FDA0003864896160000013
为波形x(t)的峰值，fv为波形x(t)的稳态值；
波形x(t)从原稳定状态回复到新的平衡状态的±5％的范围，且不再越出时为止所经历的最短时间为调节时间Ts，单位ms，即：
Figure FDA0003864896160000021
其中，ξ表示为***的阻尼比，ωn为***的自然频率；
对波形x(t)进行小波变换：
Figure FDA0003864896160000022
其中，为母小波，a为尺度算子，为位移算子，*表示复共轭；
选用Morlet小波函数作为母小波函数，其数学表达式为：
Figure FDA0003864896160000023
在进行小波变换后，对小波谱特征进行分析，提取出描述图谱特征的幅频特性特征参量F1、F2：
Figure FDA0003864896160000024
Figure FDA0003864896160000025
第四步：计算关合能力评价数值
首先对新的开放式接地开关进行短路电流关合测试试验，通过波形x(t)及小波变换得到特征参数后，采用关合能力评价数值K对其进行评价：
Figure FDA0003864896160000026
通过电老化对开放式接地开关进行老化，得到老化处理i小时后的接地开关；采用与老化前相同大小的短路电流，在相同输入条件下，得到老化后的开放式接地开关关合短路电流的波形x'(t)及进行小波变换，得到其特征参数M′Pt、Tp′、Tr′、P.O.′、Ts′、F1′及F2′，计算老化后的评价数值Ki′：
Figure FDA0003864896160000031
第五步：对开放式接地开关进行短路关合能力综合评价
通过开放式接地开关老化前后的评价数值对比，得到老化对开放式接地开关的短路关合能力影响，最终得出开放式接地开关短路关合能力综合评价数值Ki：
Figure FDA0003864896160000032
其中，β为开放式接地开关短路关合能力综合评价数值的修正系数，根据不同的开放式短路开关型号，需要对综合评价数值进行修正。
2.根据权利要求1所述的开放式接地开关的短路关合能力测试方法，其特征在于：第二步中，测量电流信号波形的具体步骤如下：
开放式接地开关(4)首先处于开断状态，使用高压发生装置(1)产生高压，电压稳定后闭合开放式接地开关(4)，通过调整示波器装置(3)的垂直输入灵敏度选择开关和时基扫描速率选择开关，得到开放式接地开关(4)在关合短路电流时的电流波形x(t)，完成波形测量后，改变高压发生装置(1)产生的电压，使得开放式接地开关(4)上始终保持3倍额定电流流过，通过电老化的方式完成开放式接地开关(4)的老化过程，并记录老化时间i，之后再进行老化后的电流波形x′(t)测量。
3.根据权利要求2所述的开放式接地开关的短路关合能力测试方法，其特征在于：电流波形x(t)中，t≤10s；老化时间i的值取500，单位为h。
4.根据权利要求1所述的开放式接地开关的短路关合能力测试方法，其特征在于：尺度算子a大于0。
5.根据权利要求1所述的开放式接地开关的短路关合能力测试方法，其特征在于：第五步中：
当Ki值处于0到b之间时，开放式接地开关能对此短路电流进行正常关合；当Ki值大于b时，则表明开放式接地开关对此短路电流难以正常进行关合，b是判定开放式接地开关对短路电流能否正常进行关合的临界值。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至5中任一所述方法的步骤。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一所述方法的步骤。
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