CN115051328A - 一种配网直流断路器运行评估***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及断路器技术领域，公开了一种配网直流断路器运行评估***及方法，其***通过采集直流断路器的关键特征量，所述关键特征量包括储能电容的电压值、储能电容的放电电流值、断路器分合闸动作时序和机械特性参数，将各个关键特征量与对应的预设特征量阈值进行比较，从而判断断路器是否出现故障，从而大大提高直流断路器的检修效率。

Description

一种配网直流断路器运行评估***及方法

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，尤其涉及一种配网直流断路器运行评估***及方法。

背景技术

随着能源战略结构的不断调整和完善，多端柔性直流输电逐渐成为解决新能源并网的重要技术手段。直流断路器作为多端柔性直流输电***中的保护元件，其工作可靠性与稳定性异常重要。直流断路器运维检修，作为直流断路器工作可靠性与稳定性的监督和管理环节，其重要性和重大意义不言而喻。但是随着直流断路器使用的增多，直流断路器在日常工作时的故障率也有了显著的上升，而排查故障所耗费的时间，人力成本也大大提高，产品的后期维护成本也会有了相应的提升，而针对直流断路器工作状态的评价可以削减此项支出，控制产品的维护成本。

直流断路器的整机及组成部件，包括快速机械开关、主支路电力电子阀组、控制保护***和水冷***等，对于高压柔直工程用直流断路器，由于其尺寸巨大，组件众多，正常的运维检修工作十分困难，这将导致直流断路器的检修效率大大降低。

发明内容

本发明提供了一种配网直流断路器运行评估***及方法，解决了直流断路器的检修效率较低的技术问题。

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种配网直流断路器运行评估***，包括：采集模块、处理模块和评估模块；

所述采集模块用于采集直流断路器的关键特征量，将所述关键特征量发送至所述处理模块，所述关键特征量包括储能电容的电压值、储能电容的放电电流值、断路器分合闸动作时序和机械特性参数；

所述处理模块用于获取在预设时间段内的储能电容的电压值的最大电压浮动差值，还用于获取在预设时间段内的储能电容的放电电流值的最大电流浮动差值，还用于将所述断路器分合闸动作时序与预设的分合闸触发动作时序进行比较，得到分合闸动作时序差值，还用于根据所述机械特性参数拟合出机械特性参数时序曲线；

所述评估模块用于将所述最大电压浮动差值与预设的电压浮动阈值进行比较，根据比较结果判断所述储能电容是否出现故障；还用于将所述最大电流浮动差值与预设的电流浮动阈值进行比较，根据比较结果判断所述储能电容是否出现故障；还用于将所述分合闸动作时序差值与预设的动作时序阈值进行比较，根据比较结果判断分合闸动作是否出现故障；还用于将所述机械特性参数时序曲线与预设的时序曲线进行比较，根据比较结果判断机械特性是否出现故障。

优选地，所述机械特性参数包括断路器的机械开关的开关行程、超程、分合闸速度、分合闸时间、绝缘建立时间、绝缘建立开距和回路电阻。

优选地，本***还包括专家数据库模块，所述专家数据库模块包括评价指标数据库、测试历史数据库和专家数据库，所述评价指标数据库用于存储不同型号的断路器对应的评价指标阈值，所述评价指标阈值包括电压浮动阈值、电流浮动阈值和动作时序阈值；所述测试历史数据库用于存储不同型号的断路器对应的历史采集的关键特征量数据，所述专家数据库用于存储机械特性的时序曲线。

优选地，本***还包括时间获取模块和状态评估模块，所述时间获取模块用于根据断路器的工作时长和待机时长计算可工作总时长，所述状态评估模块用于根据可工作总时长和出厂总时长计算断路器状态系数。

优选地，本***还包括：故障采集模块，用于采集断路器的故障代码信息，将所述故障代码信息发送至所述处理模块，所述处理模块还用于将所述故障代码信息在预设的故障类型数据库中进行匹配，得到相应的故障类型。

优选地，本***还包括：报告生成模块，用于根据所述评估模块输出的故障判断结果生成断路器运行评估报告。

优选地，本***还包括：预警模块，用于当所述评估模块输出的故障判断结果为故障时，则生成故障预警信号进行告警。

第二方面，本发明还提供了一种配网直流断路器运行评估方法，应用上述的配网直流断路器运行评估***，包括以下步骤：

采集直流断路器的关键特征量，所述关键特征量包括储能电容的电压值、储能电容的放电电流值、断路器分合闸动作时序和机械特性参数；

获取在预设时间段内的储能电容的电压值的最大电压浮动差值，获取在预设时间段内的储能电容的放电电流值的最大电流浮动差值，将所述断路器分合闸动作时序与预设的分合闸触发动作时序进行比较，得到分合闸动作时序差值，根据所述机械特性参数拟合出机械特性参数时序曲线；

将所述最大电压浮动差值与预设的电压浮动阈值进行比较，根据比较结果判断所述储能电容是否出现故障；将所述最大电流浮动差值与预设的电流浮动阈值进行比较，根据比较结果判断所述储能电容是否出现故障；将所述分合闸动作时序差值与预设的动作时序阈值进行比较，根据比较结果判断分合闸动作是否出现故障；将所述机械特性参数时序曲线与预设的时序曲线进行比较，根据比较结果判断机械特性是否出现故障。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明通过采集直流断路器的关键特征量，所述关键特征量包括储能电容的电压值、储能电容的放电电流值、断路器分合闸动作时序和机械特性参数，将各个关键特征量与对应的预设特征量阈值进行比较，从而判断断路器是否出现故障，从而大大提高直流断路器的检修效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种配网直流断路器运行评估***的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种配网直流断路器运行评估方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。

为了便于理解，请参阅图1，本发明提供的一种配网直流断路器运行评估***，包括：采集模块100、处理模块200和评估模块300；

采集模块100用于采集直流断路器的关键特征量，将关键特征量发送至处理模块200，关键特征量包括储能电容的电压值、储能电容的放电电流值、断路器分合闸动作时序和机械特性参数；

其中，机械特性参数包括断路器的机械开关的开关行程、超程、分合闸速度、分合闸时间、绝缘建立时间、绝缘建立开距和回路电阻。

其中，采用多种传感器组合进行采集，传感器包括位移传感器、电流传感器、电压传感器、电流源、高精度检测电阻、电源控制接口，传感器的参数和量程可以根据实际需求进行配置和更换。

其中，电流电压值、回路电阻值直接可用传感器以及回路电阻仪直接测出，而机械特性测试时，需要位移传感器和10V精密电源，为行程位移传感器提供有源测量电压，通过12-16bit高速精密ADC芯片进行位移电压采样，并存储位移曲线，而某一时刻的分合闸速度则需要将测得的位移传感器的位移和时间计算出。

处理模块200用于获取在预设时间段内的储能电容的电压值的最大电压浮动差值，还用于获取在预设时间段内的储能电容的放电电流值的最大电流浮动差值，还用于将断路器分合闸动作时序与预设的分合闸触发动作时序进行比较，得到分合闸动作时序差值，还用于根据机械特性参数拟合出机械特性参数时序曲线；

评估模块300用于将最大电压浮动差值与预设的电压浮动阈值进行比较，根据比较结果判断储能电容是否出现故障；还用于将最大电流浮动差值与预设的电流浮动阈值进行比较，根据比较结果判断储能电容是否出现故障；还用于将分合闸动作时序差值与预设的动作时序阈值进行比较，根据比较结果判断分合闸动作是否出现故障；还用于将机械特性参数时序曲线与预设的时序曲线进行比较，根据比较结果判断机械特性是否出现故障。

在一个具体示例中，计算最近30天内的储能电容的电压值的最大电压浮动差值，将最大电压浮动差值与预设的电压浮动阈值(如10V)进行比较，来判断电容电压偏差严重程度，若差值大于10V，则说明储能电容出现故障，反之则说明储能电容未出现故障；计算最近30天内在断路器发生动作时对应的储能电容的放电电流值的最大电流浮动差值，将最大电流浮动差值与预设的电流浮动阈值(50A)进行比较，若最大电流浮动差值大于50A，则说明储能电容出现故障，反之则说明储能电容未出现故障；获取断路器分合闸动作时序以及触发控制器下发的触发动作时序，将分合闸动作时序差值与触发控制器下发的触发动作时序进行比较，若时序一致，则说明分合闸动作未出现故障，反之则说明分合闸动作出现了故障。

本实施例提供了一种配网直流断路器运行评估***，通过采集直流断路器的关键特征量，关键特征量包括储能电容的电压值、储能电容的放电电流值、断路器分合闸动作时序和机械特性参数，将各个关键特征量与对应的预设特征量阈值进行比较，从而判断断路器是否出现故障，从而大大提高直流断路器的检修效率。

在一个具体实施例中，本***还包括专家数据库模块，专家数据库模块包括评价指标数据库、测试历史数据库和专家数据库，评价指标数据库用于存储不同型号的断路器对应的评价指标阈值，评价指标阈值包括电压浮动阈值、电流浮动阈值和动作时序阈值；测试历史数据库用于存储不同型号的断路器对应的历史采集的关键特征量数据，专家数据库用于存储机械特性的时序曲线。

可以理解的是，在***中内置了数据库和专家库，可以对测试数据进行有效性评价、运行寿命评估，测试过程全部规范化操作，可为使用人员提供切实有效的工作引导和辅助判断功能。

在一个具体实施例中，本***还包括时间获取模块和状态评估模块，时间获取模块用于根据断路器的工作时长和待机时长计算可工作总时长，状态评估模块用于根据可工作总时长和出厂总时长计算断路器状态系数。

其中，断路器状态系数＝可工作总时长/出厂总时长，在计算得出断路器状态系数后，通过该系数与预设的断路器状态阈值相比较，从而确定出断路器状态等级。

在一个具体实施例中，本***还包括：故障采集模块，用于采集断路器的故障代码信息，将故障代码信息发送至处理模块，处理模块还用于将故障代码信息在预设的故障类型数据库中进行匹配，得到相应的故障类型。

其中，预设的故障类型数据库包含故障代码信息与故障类型之间的映射关系，则可以根据故障代码信息在故障类型数据库中匹配到相应的故障类型进行输出。

在一个具体实施例中，本***还包括：报告生成模块，用于根据评估模块输出的故障判断结果生成断路器运行评估报告。

在一个具体实施例中，本***还包括：预警模块，用于当评估模块输出的故障判断结果为故障时，则生成故障预警信号进行告警。

以下为具体的关键特征量的判定过程：

1)在直流断路器处于停运状态时，检测快速机械开关的开关行程、超程、分合闸速度、分合闸时间、绝缘建立时间、绝缘建立开距、回路电阻。其中机械开关的开关行程、超程、分合闸速度、分合闸时间、绝缘建立时间、绝缘建立开距等参数是由行程传感器、端口测量以及时间测量等计算而出，采集的数据***会进行收集处理并在上位机上显示出来，根据数据库中的典型分合闸曲线图对这些参数做出处理，计算出某一时间的分合闸速度，动静触头的开距，以及是否发生弹跳等。然后在主界面输入各参数的标准设定值，***会根据测试数据是否处于设定的合理范围做出判定。当上述参数处于正常值的范围内时，***不会做出预警。当上述参数处于异常范围内时，是同会根据异常程度做出不同情况的预警，并影响对直流断路器做出的可靠性评估，如测试的合闸速度过慢，导致的合闸时间较长，超出标准的范围，但是分闸速度及分闸曲线是正常的，因此可判断为合闸时间过长，但不会对故障时分闸早成影响，不会影响分断能力，输出响应的报警信号，可以根据实际情况进行检修或者继续投运。因此各模块的状态评估根据直流断路器可靠性的高低对直流断路器做出相应的维护与检修建议。

2)在直流断路器处于停运状态时，将换流组件从主回路解开，用运维检测装置的相应测试模块及传感器对电容容值、电感感值、放电阀组驱动电平进行单独测试，采集的数据***会进行收集处理并在上位机上显示出来。根据不同的信号类型进行滤波，将背景干扰以及无用数据进行筛除，然后再将有效数据是否处于数据库中正常值范围内做出判定。当上述参数处于正常值的范围内时，***不会做出预警。当上述参数处于异常范围内时，是同会根据异常程度做出不同情况的预警，并影响对直流断路器做出的可靠性评估。可以根据直流断路器可靠性的高低对直流断路器做出相应的检测与维护。

3)在直流断路器处于停运状态时，将阀组从主回路解开，用IGBT电压测量模块测试电力电子阀组的C、G、E之间的电压，驱动电源的输出电压，再用电容容值测量模块缓冲电容的容值等固有电气参数。采集的数据***会进行收集处理并在上位机上显示出来。之后***会根据数据的类型进行滤波，将背景干扰以及无用数据进行筛除，将有效数据与数据库中驱动电压进行比较，当上述参数处于正常值的范围内时，***不会做出预警。当上述参数处于异常范围内时，是同会根据异常程度做出不同情况的预警，并影响对直流断路器做出的可靠性评估。可以根据直流断路器可靠性的高低对直流断路器做出相应的检测与维护。

4)在直流断路器处于停运状态时，将控制器光纤从主回路解开单独测试控制器的控制时序。采集的数据***会进行收集处理并在上位机上显示出来。主要过程为运检测试仪接收到控制器的光信号，根据高低电平将原始信号进行解析，解析结果为原始的通讯报文，这些报文每一帧都是由16位的0和1组成，然后***会根据软件预置的通讯协议将报文进行解析，解析出来的结果就是对方发送的协议信息，其中包含对机械开关、电子阀段、换流回路的触发信息，根据此信息就可以得出其时序，***会根据此时序是否与数据库中的时序相符做出判定。当上述参数处于正常值的范围内时，***不会做出预警。当上述参数处于异常范围内时，是同会根据异常程度做出不同情况的预警，对直流断路器做出的可靠性评估。可以根据直流断路器可靠性的高低对直流断路器做出相应的检测与维护。

5)根据分合闸过程中的执行部件的模拟量的变化来分析控制器的时序，如测量驱动电平、电流、电压信号以及电力电子器件的压降变化等，如机械开关收到分合闸信号时，分合闸线圈两侧的电压由低电平变为高电平，如IEGT驱动电压信号由-15V变化为22V时则判断为电子器件开通，转移回路中的电流由0变化为峰值十几千安培的振荡电流，则可判断为转移回路触发，再根据各个回路中电平变化的时间差值得出各个支路的时序。通过时域分析得出结果，再与数据库中的时序进行判断分析，相对于方案1本方案测量结果精确，无需通讯协议公开。

6)在直流断路器处于停运状态时，将隔离刀闸或断路器从主回路解开单独测试，由于回路电阻测试有相关的标准规定，因此测试时按照回路电阻测试的相关标准进行测试，测试完成后将回路电阻仪与运检测试仪用串口数据线连接，测试数据会传输到运检测试仪中，测试数据会根据数据库中的回路电阻标准进行判断定。本功能模块根据直流断路器隔离刀闸或断路器的数据进行回路电阻发展预判，提出直流断路器回路电阻的维护或检修建议。

以上为本发明提供的一种配网直流断路器运行评估***的实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种配网直流断路器运行评估方法的实施例的详细描述。

为了方便理解，请参阅图2，本发明提供了一种配网直流断路器运行评估方法，应用上述的配网直流断路器运行评估***，包括以下步骤：

S1、采集直流断路器的关键特征量，关键特征量包括储能电容的电压值、储能电容的放电电流值、断路器分合闸动作时序和机械特性参数；

S2、获取在预设时间段内的储能电容的电压值的最大电压浮动差值，获取在预设时间段内的储能电容的放电电流值的最大电流浮动差值，将断路器分合闸动作时序与预设的分合闸触发动作时序进行比较，得到分合闸动作时序差值，根据机械特性参数拟合出机械特性参数时序曲线；

S3、将最大电压浮动差值与预设的电压浮动阈值进行比较，根据比较结果判断储能电容是否出现故障；将最大电流浮动差值与预设的电流浮动阈值进行比较，根据比较结果判断储能电容是否出现故障；将分合闸动作时序差值与预设的动作时序阈值进行比较，根据比较结果判断分合闸动作是否出现故障；将机械特性参数时序曲线与预设的时序曲线进行比较，根据比较结果判断机械特性是否出现故障。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述***实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种配网直流断路器运行评估***，其特征在于，包括：采集模块、处理模块和评估模块；

所述采集模块用于采集直流断路器的关键特征量，将所述关键特征量发送至所述处理模块，所述关键特征量包括储能电容的电压值、储能电容的放电电流值、断路器分合闸动作时序和机械特性参数；

所述处理模块用于获取在预设时间段内的储能电容的电压值的最大电压浮动差值，还用于获取在预设时间段内的储能电容的放电电流值的最大电流浮动差值，还用于将所述断路器分合闸动作时序与预设的分合闸触发动作时序进行比较，得到分合闸动作时序差值，还用于根据所述机械特性参数拟合出机械特性参数时序曲线；

所述评估模块用于将所述最大电压浮动差值与预设的电压浮动阈值进行比较，根据比较结果判断所述储能电容是否出现故障；还用于将所述最大电流浮动差值与预设的电流浮动阈值进行比较，根据比较结果判断所述储能电容是否出现故障；还用于将所述分合闸动作时序差值与预设的动作时序阈值进行比较，根据比较结果判断分合闸动作是否出现故障；还用于将所述机械特性参数时序曲线与预设的时序曲线进行比较，根据比较结果判断机械特性是否出现故障。

2.根据权利要求1所述的配网直流断路器运行评估***，其特征在于，所述机械特性参数包括断路器的机械开关的开关行程、超程、分合闸速度、分合闸时间、绝缘建立时间、绝缘建立开距和回路电阻。

3.根据权利要求1所述的配网直流断路器运行评估***，其特征在于，还包括专家数据库模块，所述专家数据库模块包括评价指标数据库、测试历史数据库和专家数据库，所述评价指标数据库用于存储不同型号的断路器对应的评价指标阈值，所述评价指标阈值包括电压浮动阈值、电流浮动阈值和动作时序阈值；所述测试历史数据库用于存储不同型号的断路器对应的历史采集的关键特征量数据，所述专家数据库用于存储机械特性的时序曲线。

4.根据权利要求1所述的配网直流断路器运行评估***，其特征在于，还包括时间获取模块和状态评估模块，所述时间获取模块用于根据断路器的工作时长和待机时长计算可工作总时长，所述状态评估模块用于根据可工作总时长和出厂总时长计算断路器状态系数。

5.根据权利要求1所述的配网直流断路器运行评估***，其特征在于，还包括：故障采集模块，用于采集断路器的故障代码信息，将所述故障代码信息发送至所述处理模块，所述处理模块还用于将所述故障代码信息在预设的故障类型数据库中进行匹配，得到相应的故障类型。

6.根据权利要求1所述的配网直流断路器运行评估***，其特征在于，还包括：报告生成模块，用于根据所述评估模块输出的故障判断结果生成断路器运行评估报告。

7.根据权利要求1所述的配网直流断路器运行评估***，其特征在于，还包括：预警模块，用于当所述评估模块输出的故障判断结果为故障时，则生成故障预警信号进行告警。

8.一种配网直流断路器运行评估方法，应用权利要求1所述的配网直流断路器运行评估***，其特征在于，包括以下步骤：

采集直流断路器的关键特征量，所述关键特征量包括储能电容的电压值、储能电容的放电电流值、断路器分合闸动作时序和机械特性参数；

获取在预设时间段内的储能电容的电压值的最大电压浮动差值，获取在预设时间段内的储能电容的放电电流值的最大电流浮动差值，将所述断路器分合闸动作时序与预设的分合闸触发动作时序进行比较，得到分合闸动作时序差值，根据所述机械特性参数拟合出机械特性参数时序曲线；

将所述最大电压浮动差值与预设的电压浮动阈值进行比较，根据比较结果判断所述储能电容是否出现故障；将所述最大电流浮动差值与预设的电流浮动阈值进行比较，根据比较结果判断所述储能电容是否出现故障；将所述分合闸动作时序差值与预设的动作时序阈值进行比较，根据比较结果判断分合闸动作是否出现故障；将所述机械特性参数时序曲线与预设的时序曲线进行比较，根据比较结果判断机械特性是否出现故障。

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