CN115508702A - 一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法 - Google Patents

一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法 Download PDF

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CN115508702A CN202211431777.4A CN202211431777A CN115508702A CN 115508702 A CN115508702 A CN 115508702A CN 202211431777 A CN202211431777 A CN 202211431777A CN 115508702 A CN115508702 A CN 115508702A
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张延平
肖海涛
周智鹏
董继民
梁闪光
尹森林
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Abstract

在本发明的微型智能断路器接在串联电路中，通过上断口和下断口之间的开断与闭合控制串联电路的负荷接入与断开，微型智能断路器内部设置有检测微型智能断路断口之间的电压采样回路和检测通过断口的电流采样回路，并将电压采样回路的电压信号、电流采样回路的电流信号进行等间隔采样并存储，然后根据电路中电压、电流、功率、谐波的变化情况构成融合判据，以校验微型智能断路器在运行过程中断口的运行状态，是否存在拉弧和发热现象，并进行预警与自诊断故障处理，防止随时间的推移事故的扩大。

Description

一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法
技术领域
本发明涉及智能电气技术领域，尤其涉及一种电气检测***、方法及接线转换装置。
背景技术
目前常规的高压试验电力综合试验车上一般均配置有绝缘电阻测试仪（兆欧表）、变频抗干扰介损测试仪。这微型断路器在供电线路中大量广泛使用，微型断路器在长期使用中由于断口开断操作频繁很容易产生操作损伤产生拉弧或接触不良发热现象，而由于拉弧或长期发热极易产生烧毁和火灾事故。
常规断路器在运行中很难检查这种断口拉弧或发热状态，从而无法及时维护，甚至引发大的事故或电气火灾。目前的微型智能断路器种类很多，智能断路器的最大优势就在于能在线进行自身元器件的状态诊断，如果自身元器件在自检中有问题就及时进行有关处理并预警，但目前的微型智能断路器对自身元器件进行了必要的自检，但都缺乏对自身断口能力的拉弧和发热现象的自我在线检测功能。在长期的使用中，尤其是使用持久的配电柜无人值守，由于智能断路器本身缺乏断口自检功能，在接触不良和拉弧情况时更容易引发事故。因此很有必要对微型智能断路器的断口状态进行在线自我检测，使其更安全可靠的运行。
针对微型断路器的特点，本发明所提供的基于一种基于微型智能断路器断口电压、电流、功率和持续时间之间的综合判据方法，可以对微型智能断路器的断口电弧和接触不良引起的发热情况进行在线自我测量和校验。该方法可以实时检测断口电压和电流和实时瞬时功率，并依据电压电流瞬时功率平均值、电流谐波、超值时间形成综合判据，以判定微型断路器断口的拉弧现象和接触不良发热现象，并进行预警保护处理，可以保证微型断路器智能化的自我诊断与检测并对自身进行自我保护，达到智能自检和保护，防止因微型断路器自身问题引起的拉弧、发热或火灾事故的扩大。
发明内容
本发明涉及一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，在本发明的微型智能断路器接在串联电路中，通过上口和下口（称为断口）之间的开断与闭合控制串联电路的负荷接入与断开，微型智能断路器内部设置有检测微型智能断路断口之间的电压采样回路和检测通过断口的电流采样回路，并将电压采样回路的电压信号、电流采样回路的电流信号进行等间隔采样并存储，然后根据电路中电压、电流、功率、谐波的变化情况构成融合判据，以校验微型智能断路器在运行过程中断口的运行状态，是否存在拉弧和发热现象，并进行预警与自诊断故障处理，防止随时间的推移事故的扩大。
作为本发明的优选技术方案，本发明一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，包括以下步骤：
步骤1）微型智能断路器断开与闭合状态自校验
微型智能断路器断口之间的电压采样回路和电流采样回路分别将采集到的断口电压和电流的瞬时值存储于微型智能断路器内部的存储器并进行计算，其瞬时功率值计算式表示为：
Figure 731837DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 973462DEST_PATH_IMAGE002
为电压电流某周期第
Figure 842061DEST_PATH_IMAGE002
次采样，每周波采样采样点设置N个，
Figure 265958DEST_PATH_IMAGE003
为
Figure 929021DEST_PATH_IMAGE002
次采样 的断口瞬时功率，
Figure 392363DEST_PATH_IMAGE004
为
Figure 549806DEST_PATH_IMAGE002
次采样的断口瞬时电压值，
Figure 844521DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 616168DEST_PATH_IMAGE002
次采样的断口瞬时电流值；
通过微型智能断路器断口的瞬时功率平均值为：
Figure 143970DEST_PATH_IMAGE006
（2）
正常情况下，当微型智能断路器在闭合接触良好状态时，检测到的微型断路器断口电压几乎为零，检测到的断口电流为负载电流大于零，断口平均瞬时功率几乎为零，判定微型智能断路器处于闭合状态的判据为：
Figure 26475DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 175697DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 931295DEST_PATH_IMAGE009
（3）
当微型断路器处于断开位置时，断口电压几乎等于线路电压，断口电流为零，断口平均瞬时功率为零，判定微型智能断路器处于断开状态的判据为：
Figure 369229DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 383322DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 636317DEST_PATH_IMAGE012
(4)
式中，
Figure 749767DEST_PATH_IMAGE013
为以检测到的瞬时电压采样值
Figure 737314DEST_PATH_IMAGE004
进行计算的断口电压有效值，
Figure 961622DEST_PATH_IMAGE014
为 以
Figure 101748DEST_PATH_IMAGE005
电流瞬时采样值计算的断口通过电流有效值。
作为本发明优选的技术方案，本发明一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，还包括以下步骤：
步骤2）微型智能断路器断口拉弧故障自校验
微型智能断路器完成断开和闭合结束后，无论断口开断或闭合，通过断口的瞬时功率值和平均功率值都为零；但当微型智能断路器断口在开断过程中出现长拉弧现象或正常运行中触头接触不良有接触电阻引起发热时，断口处将产生电压，断口瞬时功率与瞬时功率平均值将不再为零，出现波动现象，据此可以判定微型智能断路器的断口拉弧和发热现象，进行拉弧与热保护自行校验；
当微型智能断路器的断口有残压，瞬时平均功率大于断口拉弧阈值，且在规定的时间内一直保持大于状态，而且通过检测的电流谐波大于规定的谐波阈值，电流有效值小于微型断路器额定电流，认为微型智能断路器存在拉弧现象，需要进行预警处理，可表示为同时满足（5）式条件：
Figure 182836DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 595363DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 218104DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 399686DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 651676DEST_PATH_IMAGE019
(5)
Figure 98969DEST_PATH_IMAGE020
为微型断路器断口残压阈值，
Figure 665080DEST_PATH_IMAGE021
为端口拉弧判定可靠系数，
Figure 294644DEST_PATH_IMAGE022
为端口功率 阈值，t为满足
Figure 966803DEST_PATH_IMAGE016
式时的计时时间，
Figure 88342DEST_PATH_IMAGE023
拉弧计时阈值可靠系数，
Figure 520461DEST_PATH_IMAGE024
为时间阈值，
Figure 676636DEST_PATH_IMAGE025
为实际电流谐波含量值，
Figure 286740DEST_PATH_IMAGE026
电流谐波含量阈值，
Figure 957892DEST_PATH_IMAGE027
为微型断路器额定电流。
作为本发明优选的技术方案，本发明一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，还包括以下步骤：
步骤3）微型智能断路器断口接触不良发热故障自校验
当微型智能断路器的断口有残压，瞬时平均功率大于断口接触不良发热阈值，且在规定的长时间内一直保持大于状态，运行电流小于一定额定电流，认为微型智能断路器存在接触不良发热现象，需要进行预警处理，可表示为同时满足（6）式的条件：
Figure 865806DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 453651DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 421607DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 314476DEST_PATH_IMAGE030
（6）
Figure 839130DEST_PATH_IMAGE031
为端口接触不良发热判定可靠系数，t为满足
Figure 704318DEST_PATH_IMAGE028
式时的计时时间，
Figure 171071DEST_PATH_IMAGE032
为接触不良发热计时阈值可靠系数。
作为本发明优选的技术方案，本发明一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，还包括以下步骤：
步骤4）微型智能断路器程序按照步骤1）、步骤2）、步骤3）进行在线自我状态诊断，当发现满足预警条件时进行预警，当发现同时满足步骤2）拉弧现象预警和步骤3）接触不良发热预警现象时，表明断路器断口已问题严重，必须自行切断自身断路器断口，达到自检保护功能，不再接收合闸指令合闸，除非人为检修恢复后，防止事故进一步扩大。
有益效果
本发明基于微细断路器断口电压和电流实时信号测量，实时的计算断口瞬时功率和平均瞬时功率及电流谐波来判定断口的拉弧现象和接触不良发热现象。当断口开断正常后，其实时平均瞬时功率理论上为零，当在开断过程中有拉弧现象并持续时间过程时会产生断口弧光功率，尤其是在开关长期频繁使用后，拉弧现象严重，在开断过程中持续拉弧，会超过一定时间，因此当断口拉弧功率大于阈值，且持续时间超过正常时，可认为属于拉弧现象，并结合电流谐波含量超过阈值，此时可以判定微型断路器存在拉弧现象，进行预警；当断路器正常运行中断口瞬时平均功率超过发热阈值，且持续时间过长超值时可认为微型断路器断口接触不良存在发热现象，进行预警；当拉弧预警与发热预警都监测到时认为断路器本身需要及时更换和维护，切断断口回路，自检保护不再接收合闸信号，并进行预警报备维护。
此方法可以实现对微型断路器断口的自身问题检测，可以及时断开断口，防止事故的扩大或因微型断路器问题引发火灾事故，极大地提高智能化微型断路器的自我检测和保护功能，保证了电力设备使用的安全性和可靠性。
具体实施方式
本发明一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，包括以下步骤：
步骤1）微型智能断路器断开与闭合状态自校验
微型智能断路器断口之间的电压采样回路和电流采样回路分别将采集到的断口电压和电流的瞬时值存储于微型智能断路器内部的存储器并进行计算，其瞬时功率值计算式表示为：
Figure 754499DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 315799DEST_PATH_IMAGE002
为电压电流某周期第
Figure 97810DEST_PATH_IMAGE002
次采样，每周波采样采样点设置N个，
Figure 407569DEST_PATH_IMAGE003
为
Figure 291343DEST_PATH_IMAGE002
次采样 的断口瞬时功率，
Figure 407066DEST_PATH_IMAGE004
为
Figure 246846DEST_PATH_IMAGE002
次采样的断口瞬时电压值，
Figure 310529DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 665287DEST_PATH_IMAGE002
次采样的断口瞬时电流值；
通过微型智能断路器断口的瞬时功率平均值为：
Figure 256805DEST_PATH_IMAGE006
（2）
正常情况下，当微型智能断路器在闭合接触良好状态时，检测到的微型断路器断口电压几乎为零，检测到的断口电流为负载电流大于零，断口平均瞬时功率几乎为零，判定微型智能断路器处于闭合状态的判据为：
Figure 764141DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 681282DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 788915DEST_PATH_IMAGE009
（3）
当微型断路器处于断开位置时，断口电压几乎等于线路电压，断口电流为零，断口平均瞬时功率为零，判定微型智能断路器处于断开状态的判据为：
Figure 230129DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 44502DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 929281DEST_PATH_IMAGE012
(4)
式中，
Figure 9364DEST_PATH_IMAGE013
为以检测到的瞬时电压采样值
Figure 208264DEST_PATH_IMAGE004
进行计算的断口电压有效值，
Figure 939460DEST_PATH_IMAGE014
为 以
Figure 509987DEST_PATH_IMAGE005
电流瞬时采样值计算的断口通过电流有效值。
步骤2）微型智能断路器断口拉弧故障自校验
微型智能断路器完成断开和闭合结束后，无论断口开断或闭合，通过断口的瞬时功率值和平均功率值都为零；但当微型智能断路器断口在开断过程中出现长拉弧现象或正常运行中触头接触不良有接触电阻引起发热时，断口处将产生电压，断口瞬时功率与瞬时功率平均值将不再为零，出现波动现象，据此可以判定微型智能断路器的断口拉弧和发热现象，进行拉弧与热保护自行校验；
当微型智能断路器的断口有残压，瞬时平均功率大于断口拉弧阈值，且在规定的时间内一直保持大于状态，而且通过检测的电流谐波大于规定的谐波阈值，电流有效值小于微型断路器额定电流，认为微型智能断路器存在拉弧现象，需要进行预警处理，可表示为同时满足（5）式条件：
Figure 264316DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 798066DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 321451DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 564345DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 133866DEST_PATH_IMAGE019
(5)
Figure 408990DEST_PATH_IMAGE020
为微型断路器断口残压阈值，
Figure 98466DEST_PATH_IMAGE021
为端口拉弧判定可靠系数，
Figure 433632DEST_PATH_IMAGE022
为端口功率 阈值，t为满足
Figure 224871DEST_PATH_IMAGE016
式时的计时时间，
Figure 116735DEST_PATH_IMAGE023
拉弧计时阈值可靠系数，
Figure 614712DEST_PATH_IMAGE024
为时间阈值，
Figure 448676DEST_PATH_IMAGE025
为实际电流谐波含量值，
Figure 970619DEST_PATH_IMAGE026
电流谐波含量阈值，
Figure 853124DEST_PATH_IMAGE027
为微型断路器额定电流。
步骤3）微型智能断路器断口接触不良发热故障自校验
当微型智能断路器的断口有残压，瞬时平均功率大于断口接触不良发热阈值，且在规定的长时间内一直保持大于状态，运行电流小于一定额定电流，认为微型智能断路器存在接触不良发热现象，需要进行预警处理，可表示为同时满足（6）式的条件：
Figure 2346DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 944894DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 195878DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 944391DEST_PATH_IMAGE019
（6）
Figure 416961DEST_PATH_IMAGE031
为端口接触不良发热判定可靠系数，t为满足
Figure 576415DEST_PATH_IMAGE028
式时的计时时间，
Figure 563963DEST_PATH_IMAGE032
为接触不良发热计时阈值可靠系数。
步骤4）微型智能断路器程序按照步骤1）、步骤2）、步骤3）进行在线自我状态诊断，当发现满足预警条件时进行预警，当发现同时满足步骤2）拉弧现象预警和步骤3）接触不良发热预警现象时，表明断路器断口已问题严重，必须自行切断自身断路器断口，达到自检保护功能，不再接收合闸指令合闸，除非人为检修恢复后，防止事故进一步扩大。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，其特征在于：微型智能断路器接在串联电路中，通过上口和下口之间的开断与闭合控制串联电路的负荷接入与断开，微型智能断路器内部设置有检测微型智能断路断口之间的电压采样回路和检测通过断口的电流采样回路，并将电压采样回路的电压信号、电流采样回路的电流信号进行等间隔采样并存储，然后根据电路中电压、电流、功率、谐波的变化情况构成融合判据，以校验微型智能断路器在运行过程中断口的运行状态，是否存在拉弧和发热现象，并进行预警与自诊断故障处理，防止随时间的推移事故的扩大。
2.根据权利要求1所述的一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤1）微型智能断路器断开与闭合状态自校验
微型智能断路器断口之间的电压采样回路和电流采样回路分别将采集到的断口电压和电流的瞬时值存储于微型智能断路器内部的存储器并进行计算，其瞬时功率值计算式表示为：
Figure 37591DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 227264DEST_PATH_IMAGE002
为电压电流某周期第
Figure 517300DEST_PATH_IMAGE002
次采样，每周波采样采样点设置N个，
Figure 270361DEST_PATH_IMAGE003
为
Figure 306451DEST_PATH_IMAGE002
次采样的断 口瞬时功率，
Figure 870287DEST_PATH_IMAGE004
为
Figure 991827DEST_PATH_IMAGE002
次采样的断口瞬时电压值，
Figure 548579DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 439175DEST_PATH_IMAGE002
次采样的断口瞬时电流值；
通过微型智能断路器断口的瞬时功率平均值为：
Figure 236229DEST_PATH_IMAGE006
（2）
正常情况下，当微型智能断路器在闭合接触良好状态时，检测到的微型断路器断口电压几乎为零，检测到的断口电流为负载电流大于零，断口平均瞬时功率几乎为零，判定微型智能断路器处于闭合状态的判据为：
Figure 235278DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 143191DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 91556DEST_PATH_IMAGE009
（3）
当微型断路器处于断开位置时，断口电压几乎等于线路电压，断口电流为零，断口平均瞬时功率为零，判定微型智能断路器处于断开状态的判据为：
Figure 793933DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 890065DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 997741DEST_PATH_IMAGE012
(4)
式中，
Figure 315459DEST_PATH_IMAGE013
为以检测到的瞬时电压采样值
Figure 454316DEST_PATH_IMAGE004
进行计算的断口电压有效值，
Figure 709848DEST_PATH_IMAGE014
为以
Figure 412094DEST_PATH_IMAGE005
电流瞬时采样值计算的断口通过电流有效值。
3.根据权利要求2所述的一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，其特征在于：还包括以下步骤：
步骤2）微型智能断路器断口拉弧故障自校验
微型智能断路器完成断开和闭合结束后，无论断口开断或闭合，通过断口的瞬时功率值和平均功率值都为零；但当微型智能断路器断口在开断过程中出现长拉弧现象或正常运行中触头接触不良有接触电阻引起发热时，断口处将产生电压，断口瞬时功率与瞬时功率平均值将不再为零，出现波动现象，据此可以判定微型智能断路器的断口拉弧和发热现象，进行拉弧与热保护自行校验；
当微型智能断路器的断口有残压，瞬时平均功率大于断口拉弧阈值，且在规定的时间内一直保持大于状态，而且通过检测的电流谐波大于规定的谐波阈值，电流有效值小于微型断路器额定电流，认为微型智能断路器存在拉弧现象，需要进行预警处理，可表示为同时满足（5）式条件：
Figure 397367DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 441547DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 246692DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 690311DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 467774DEST_PATH_IMAGE019
(5)
Figure 948434DEST_PATH_IMAGE020
为微型断路器断口残压阈值，
Figure 240875DEST_PATH_IMAGE021
为端口拉弧判定可靠系数，
Figure 222607DEST_PATH_IMAGE022
为端口功率阈值，t 为满足
Figure 182472DEST_PATH_IMAGE016
式时的计时时间，
Figure 20984DEST_PATH_IMAGE023
拉弧计时阈值可靠系数，
Figure 738405DEST_PATH_IMAGE024
为时间阈值，
Figure 133614DEST_PATH_IMAGE025
为实 际电流谐波含量值，
Figure 134937DEST_PATH_IMAGE026
电流谐波含量阈值，
Figure 957399DEST_PATH_IMAGE027
为微型断路器额定电流。
4.根据权利要求3所述的一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，其特征在于：还包括以下步骤：
步骤3）微型智能断路器断口接触不良发热故障自校验
当微型智能断路器的断口有残压，瞬时平均功率大于断口接触不良发热阈值，且在规定的长时间内一直保持大于状态，运行电流小于一定额定电流，认为微型智能断路器存在接触不良发热现象，需要进行预警处理，可表示为同时满足（6）式的条件：
Figure 958853DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 547966DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 154528DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 882313DEST_PATH_IMAGE019
（6）
Figure 636642DEST_PATH_IMAGE030
为端口接触不良发热判定可靠系数，t为满足
Figure 47024DEST_PATH_IMAGE028
式时的计时时间，
Figure 757360DEST_PATH_IMAGE031
为 接触不良发热计时阈值可靠系数。
5.根据权利要求4所述的一种微型智能断路器断口电弧与热保护自校验方法，其特征在于：还包括以下步骤：
步骤4）微型智能断路器程序按照步骤1）、步骤2）、步骤3）进行在线自我状态诊断，当发现满足预警条件时进行预警，当发现同时满足步骤2）拉弧现象预警和步骤3）接触不良发热预警现象时，表明断路器断口已问题严重，必须自行切断自身断路器断口，达到自检保护功能，不再接收合闸指令合闸，除非人为检修恢复后，防止事故进一步扩大。
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