專利名稱：一種斷路器狀態(tài)測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)狀態(tài)測(cè)試方法，涉及斷路器狀態(tài)的測(cè)試。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)朝著高電壓、大容量的方向發(fā)展，停電事故給生產(chǎn)、 生活帶來的影響及損失也越來越大，保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行越來越 重要。因此，對(duì)高壓斷路器實(shí)施狀態(tài)測(cè)試，掌握其運(yùn)行特性及變化趨 勢(shì)，對(duì)提高電力系統(tǒng)輸電的可靠性、連續(xù)性和高效性有著重要意義， 日益成為一項(xiàng)重要研究課題。
目前國(guó)外一些高壓斷路器已經(jīng)配備了狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷裝置， 而且產(chǎn)品也在不斷的更新與發(fā)展，其中有代表性的主要有瑞典的
TM1600/MA61斷路器動(dòng)作特性測(cè)試分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)由TM1600斷路 器時(shí)間特性測(cè)試儀和MA61行程運(yùn)動(dòng)測(cè)試分析儀兩部分構(gòu)成，可在變 電站現(xiàn)場(chǎng)和開關(guān)廠等工業(yè)環(huán)境中測(cè)試各種類型的斷路器的動(dòng)作特性； 英國(guó)Hathaway公司與美國(guó)愛迪生電力公司共同研制開發(fā)的BCM型開 關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)開關(guān)設(shè)備重要參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)， 分析變化趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障前兆。但TM1600/MA61測(cè)試儀價(jià)格昂貴， 且其由兩臺(tái)測(cè)試儀組合而成，集成度低，不便于操作；BCM型開關(guān)狀 態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖然可以長(zhǎng)期連續(xù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，但由于在線測(cè)試的連接方式 及響應(yīng)的局限性，測(cè)試精度不高，只能大致反映出機(jī)械特性參數(shù)的變化趨勢(shì)，且價(jià)格較高。兩型號(hào)測(cè)試儀均不能測(cè)量合閘電阻及其投入時(shí) 間。
國(guó)內(nèi)許多的高等院校、研究機(jī)構(gòu)及電力運(yùn)營(yíng)單位也開始致力于研 發(fā)斷路器的狀態(tài)測(cè)試儀器。目前，已出現(xiàn)了一些高壓斷路器的機(jī)械參 數(shù)測(cè)試儀，能夠采集一些基本參量。其中有代表性的主要有杭州高
電科技有限公司生產(chǎn)的CT2002高壓開關(guān)動(dòng)特性測(cè)試儀；石家莊漢迪 電氣有限公司生產(chǎn)的QP021BD微機(jī)型斷路器測(cè)試儀；武漢恒新國(guó)儀科 技有限公司生產(chǎn)的GYKC-4高壓開關(guān)動(dòng)特性測(cè)試儀以及杭州西湖電子 研究所生產(chǎn)的EST-5D高壓開關(guān)特性測(cè)試儀等。
以上所述測(cè)試儀主要側(cè)重測(cè)試斷路器的速度和行程參量，無法測(cè) 試斷路器合閘電阻阻值及其投入時(shí)間，而這些參數(shù)對(duì)斷路器運(yùn)行狀態(tài) 及故障診斷起著重要意義。在斷路器動(dòng)作時(shí)，通過斷路器合閘電阻的 緩沖作用可以抑制斷路器產(chǎn)生的操作過電壓，提高開關(guān)設(shè)備的開斷 能力，降低線路重合閘過電壓等干擾，從而避免因內(nèi)部過電壓過高引 發(fā)絕緣破壞事故，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。高壓斷路器在合閘時(shí)將 有很大的電流流過合閘電阻，在多次動(dòng)作后，其合閘電阻有可能會(huì)因 受到電流的沖擊而變化或損壞。如果在合閘電阻存在缺陷的情況下， 斷路器繼續(xù)投入使用，就有可能會(huì)引起高壓斷路器的爆炸。
因此，為了保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù) 防性試驗(yàn)規(guī)程》要求必須每年檢測(cè)斷路器的合閘電阻變化情況，要求 合閘電阻值的變化不大于5 %?？紤]到合閘電阻熱容量問題，對(duì)斷路 器合閘電阻的投入時(shí)間也要保持在設(shè)計(jì)值內(nèi)。但是，對(duì)合閘電阻值的測(cè)量長(zhǎng)期以來卻成為預(yù)試工作中的一個(gè)難題，由于與斷路器的構(gòu)造和 尺寸有關(guān)，合閘電阻和投入時(shí)間的測(cè)量一直未能開展,威脅著電力系 統(tǒng)的安全運(yùn)行。
綜上所述，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)斷路器狀態(tài)測(cè)試儀普遍存在著監(jiān)測(cè)參量 少，實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)，無法全面反映出高壓斷路器的工作狀態(tài)。本發(fā) 明致力于開發(fā)實(shí)用新型的斷路器狀態(tài)測(cè)試儀，彌補(bǔ)傳統(tǒng)電力設(shè)備預(yù)防 性實(shí)驗(yàn)中關(guān)于合閘電阻及其投入時(shí)間等項(xiàng)目的空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種簡(jiǎn)便可靠的斷路器狀態(tài)測(cè) 試方法。
通過研究目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)使用的高壓斷路器分合閘參數(shù)的測(cè)試 方法，結(jié)合目前在測(cè)試儀電路中使用的主流控制器，本項(xiàng)目研究出一
種基于AVR單片機(jī)的信號(hào)采集處理硬件電路，使用各種可靠的抗電磁 干擾外圍電路。軟件方面采用改進(jìn)的滑動(dòng)窗口濾波技術(shù)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn) 行動(dòng)態(tài)測(cè)試方法及多重修正。軟硬件的良好配合確保可以準(zhǔn)確測(cè)試出 高壓斷路器合閘時(shí)合閘電阻阻值及其投入時(shí)間。
本發(fā)明基于斷路器分合閘的四個(gè)狀態(tài)，通過測(cè)試測(cè)試一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電 阻在每個(gè)狀態(tài)時(shí)間的電壓值，得到合閘電阻的阻值和投入時(shí)間。
本發(fā)明由以下步驟實(shí)現(xiàn)
1、 在斷路器進(jìn)端連接標(biāo)準(zhǔn)電阻，在標(biāo)準(zhǔn)電阻上加有直流電壓源;
2、 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)電阻在斷路器分合閘不同的四個(gè)狀態(tài)時(shí)間段的電壓
值；3、通過計(jì)算機(jī)得出合閘電阻的阻值和投入時(shí)間。
其中合閘電阻及投入時(shí)間的測(cè)量及計(jì)算方法如下 圖l為一個(gè)帶有并聯(lián)電容和合閘電阻的斷路器的合閘過程圖，其 中&為斷路器主觸頭，《2為斷路器的輔助觸頭(與合閘電阻串聯(lián))，& 為合閘電阻，G為斷口并聯(lián)電容。合閘的過程如下圖l中(a)為初始 狀態(tài)(斷路器處于分閘位置，斷路器的主觸頭和輔助觸頭均在斷開位
置)，在(a)位置時(shí)，斷路器接到合閘命令后約80ms，斷路器的狀態(tài)到 達(dá)(b)(斷路器的主觸頭在斷開位置，輔助觸頭閉合)狀態(tài)，此時(shí)合閘 電阻投入使用，到達(dá)(b)狀態(tài)后約10 ms，斷路器進(jìn)入(c)(斷路器的主 觸頭和輔助觸頭同時(shí)閉合)狀態(tài)，此時(shí)合閘電阻開始退出使用，到達(dá) (c)狀態(tài)后斷路器隨即進(jìn)入(d)(主觸頭閉合，輔助觸頭斷開)狀態(tài)， 斷路器合閘完畢。
斷路器的各個(gè)元件都處于密閉的容器中，只有在大修時(shí)才可能打 開，平時(shí)無法進(jìn)行解剖。并且斷路器無論處于分閘狀態(tài)或合閘狀態(tài)， 合閘電阻的觸頭都是在斷開位置，其測(cè)量的可行時(shí)間只有在合閘過程 中圖1中(b)狀態(tài)維持的約1 Oms左右，在這么短的時(shí)間內(nèi)使用單臂電橋 或萬用表進(jìn)行讀數(shù)是根本不可能的。
鑒于合閘電阻和投入時(shí)間測(cè)量的特殊情況，本發(fā)明采用了合閘電 阻動(dòng)態(tài)測(cè)試的方法，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)字采樣處理技術(shù)，為高壓斷 路器預(yù)防性試驗(yàn)提供了簡(jiǎn)便、安全、有效的測(cè)試方法。
測(cè)試方案接線如圖2所示，其中i 2為標(biāo)準(zhǔn)電阻，E為直流電壓源。 根據(jù)圖l的(a) (d)，列出以下關(guān)系式當(dāng)合閘開關(guān)觸頭處于圖l (a)時(shí)，
(4.1)
當(dāng)[/。=五時(shí)，從式(4.1)得^=0 當(dāng)合閘開關(guān)觸頭處于圖l(b)時(shí)，
"2 = A: + 、
一￡-"c
_■
i 2
(4.2)
(4.3)
從^=—，C可推導(dǎo)出:
及2￡
(4.4)
(4.5)
(4.6)
當(dāng)？ = 0時(shí)，C/CW = ^°當(dāng)處于圖l(c)和(d)時(shí)，
V五
(4.7)
的變化曲線走勢(shì)如圖3所示，其中A)為斷路器進(jìn)入圖l中(b)狀
態(tài)的時(shí)間，而^為斷路器由圖l中(b)狀態(tài)轉(zhuǎn)入圖l中(c)狀態(tài)的時(shí)間， 其中的[/化，， f/瑪分別為f^在圖l中(a)， (b) ， (c)的穩(wěn)定值。
可見，圖3中的t/ft2電壓變化曲線圖可以給我們提供(4.4)式中 的3個(gè)參數(shù)^/0， ￡和f 。而該式中的其余參數(shù)及。，C為己知參數(shù)， 因此我們通過解(4.4)式就可以得到合閘電阻A的阻值，通過解(4.5)可 以得到合閘電阻A投入時(shí)間。合閘電阻和投入時(shí)間數(shù)學(xué)模型的完善:
(1)并聯(lián)電容對(duì)測(cè)試回路影響的修正
假設(shè)穩(wěn)定值C^， =f/R/0
A +及,
7 —e
+及2
乂
，而當(dāng)？">00時(shí)，
，貝lJ^/co) —"R,^) = e。代入一個(gè)合閘電阻的估
' 2
計(jì)值及；=4卵。，標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值及。=^(^2，并聯(lián)電容的電容值，可
以知道當(dāng),^m的時(shí)候有^/w-^/ow，、/(r"也就是說，當(dāng)
,=7m的時(shí)候，在模型中{/2 己經(jīng)無限接近^^，因此將
及,+ &
及/+及2
修正為^/0 =
(%</<G>> ，也就是
說可以把電容對(duì)整個(gè)測(cè)試回路的影響忽略不計(jì)，則i ,=
為"-t/瑪，所以及/=^^^,。
/ 2，因
M2
(2)對(duì)直流電壓源內(nèi)阻的修正
由于在以上的模型中所使用的直流電源為理想電源，事實(shí)上我們 使用的任何電源都有內(nèi)阻&，因此應(yīng)該考慮i ,的影響。經(jīng)過推算可
得:
i 2 +及《
"恥-
i ，
恥
"艱—"艱
i 2 +及《 J 2
2W7
其中&可以通過電源外接不同電阻，并測(cè)量其電阻值列方程組算 出，在此不做推導(dǎo)。
(3)對(duì)系統(tǒng)干擾電壓的修正由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境及條件所限，在進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候不可能在全站 停電的條件下進(jìn)行，因此測(cè)試必然會(huì)受到干擾電壓的影響。事實(shí)上， 從我們現(xiàn)場(chǎng)錄到的波形來看，干擾是的確存在的，f^的電壓曲線，
也并不是只存在直流量，而是直流量與干擾交流量的疊加。因此必須 將所錄波形中的直流分量提取出來，進(jìn)行計(jì)算分析
(4)對(duì)測(cè)量?jī)x器零漂的修正
由于模型中的t^的電壓在合閘前為o，但在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，
由于測(cè)量?jī)x器受干擾影響容易產(chǎn)生零漂現(xiàn)象。出現(xiàn)這種情況的時(shí)候， 整個(gè)測(cè)量波形會(huì)被加上一個(gè)值為t/^的垂直位移，因此為了消除零漂
的影響將公式^ = ",,a ^。 +^修正為& =》^。 +及^ 。
本公式中使用的所有計(jì)算變量都為經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明裝置同時(shí)配備了大容量flash和大尺寸液晶屏幕，方便了
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示，外擴(kuò)了鍵盤接口和微型打印機(jī)，測(cè)試結(jié)果可隨時(shí)查
閱打印分析。這為電力設(shè)備測(cè)試的便攜性和可靠性提供有力的保證，
符合目前電力設(shè)備優(yōu)化狀態(tài)測(cè)試的重要內(nèi)容和發(fā)展方向。
本發(fā)明采用集成化的設(shè)計(jì)理念，分別采樣處理斷路器動(dòng)作時(shí)觸點(diǎn)
狀態(tài)、線圈電流和合閘電阻等斷路器的關(guān)鍵狀態(tài)信息，集檢測(cè)與智能
診斷一體化，全面反映了高壓斷路器的狀態(tài)參數(shù)，為斷路器的檢修操
作提供合理建議。
(1) 研究出合閘電阻動(dòng)態(tài)測(cè)試的方法，利用先進(jìn)的微處理器數(shù)字 采樣及處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)合閘電阻及投入時(shí)間的精確測(cè)量，避免因內(nèi)部 過電壓過高引發(fā)絕緣破壞事故。
(2) 利用硬閾值和軟閾值結(jié)合的改進(jìn)Mallet離散小波變換處理方法對(duì)線圈電流信號(hào)進(jìn)行分析，提取出主要特征參數(shù)，快速準(zhǔn)確計(jì)算 出待檢測(cè)的參量。
本發(fā)明同時(shí)具備抗干擾能力強(qiáng)，滿足嚴(yán)酷的工業(yè)等級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，同 時(shí)接線簡(jiǎn)單，操作方便，系統(tǒng)集成度高，具有數(shù)據(jù)打印功能，方便檢 修人員對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較和分析，把握斷路器性能的變化趨勢(shì)，以 便及時(shí)提出維修方案，符合目前電力設(shè)備優(yōu)化狀態(tài)測(cè)試的重要內(nèi)容和 發(fā)展方向。
本發(fā)明可以減少很多繁瑣的檢修測(cè)試工具，減少設(shè)備重復(fù)投資費(fèi) 用，節(jié)省不必要的開支，大大減少斷路器維修和檢測(cè)的費(fèi)用?？紤]到 每個(gè)變電所有幾十臺(tái)斷路器，如果廣泛應(yīng)用該設(shè)備，每年節(jié)省的維修 和檢測(cè)費(fèi)用是相當(dāng)可觀的。間接效益是彌補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)斷路器檢測(cè)儀無法 實(shí)現(xiàn)合閘電阻的測(cè)試空白，減少了安全隱患。對(duì)提高電力系統(tǒng)輸電的 連續(xù)性和高效性，降低設(shè)備故障率，提高斷路器工作的可靠性有著重 要意義。因此該發(fā)明成果具有廣闊的市場(chǎng)前景和巨大的應(yīng)用意義。


圖1為合閘電阻工作過程圖2為合閘電阻及投入時(shí)間測(cè)試方案圖3為標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓變化曲線圖4為監(jiān)測(cè)儀硬件電路結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
狀態(tài)測(cè)試儀以ATMEGA128單片機(jī)為主控CPU，它負(fù)責(zé)整體的信號(hào) 采集、處理和各種接口控制。ATMEGA128單片機(jī)外接的12位AD轉(zhuǎn)換器，配合傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流等信號(hào)轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換器連接信號(hào) 調(diào)理器，經(jīng)改進(jìn)的滑動(dòng)窗口濾波算法修正、補(bǔ)償后存儲(chǔ)于flash,以 備查詢打印分析。液晶為320*240低溫液晶，可以工作于-30°C，提 供各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，并且提供了豐富的人機(jī)交互菜單。設(shè)計(jì)中所 采用的flash主要用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、測(cè)試設(shè)備及日期。測(cè)試儀帶有232 串口插頭，方便與PC機(jī)進(jìn)行通信，為上位機(jī)軟件開發(fā)提供接口；曰 歷PCF8563主要用于記錄監(jiān)測(cè)日期，作時(shí)間基準(zhǔn)。
在斷路器進(jìn)端連接標(biāo)準(zhǔn)電阻，在標(biāo)準(zhǔn)電阻上加有直流電壓源，標(biāo) 準(zhǔn)電阻連接信號(hào)調(diào)理器，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)電阻在斷路器分合閘不同的四個(gè)狀 態(tài)時(shí)間段的電壓值，通過主控CPU得出合閘電阻的阻值和投入時(shí)間。 測(cè)試儀通電后，首先對(duì)端口輸入、輸出方式進(jìn)行定義并對(duì)液晶模塊進(jìn) 行初始化，然后對(duì)系統(tǒng)需要用到的SPI同步通信接口、 flash模塊及 其文件系統(tǒng)、UART異步通信接口、定時(shí)器、看門狗等進(jìn)行初始化。 從flash中讀取需要進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備編號(hào)(對(duì)設(shè)備的査詢、新建等操 作管理在打開文件中完成)，然后控制各傳感器繼電器吸合，開串口 中斷及全局中斷，并對(duì)AD采集系統(tǒng)進(jìn)行初始化。由中央處理系統(tǒng)向 AD采集系統(tǒng)發(fā)送采集命令，然后控制斷路器進(jìn)行合閘操作，當(dāng)定時(shí) 采集完畢后，AD采集系統(tǒng)向中央處理系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，然后由中央處 理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)保存到flash中，然后調(diào)用 合閘電流、觸點(diǎn)狀態(tài)、合閘電阻等波形曲線及測(cè)試數(shù)據(jù)。分閘操作亦 然。
權(quán)利要求
1、一種斷路器狀態(tài)測(cè)試方法，包括以下步驟(1)在斷路器進(jìn)端連接標(biāo)準(zhǔn)電阻，在標(biāo)準(zhǔn)電阻上加有直流電壓源；(2)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)電阻在斷路器分合閘不同的四個(gè)狀態(tài)時(shí)間段的電壓值；(3)通過計(jì)算機(jī)得出合閘電阻的阻值和投入時(shí)間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征是合閘電阻和投入 時(shí)間數(shù)學(xué)模型的完善包括如下步驟(1) 并聯(lián)電容對(duì)測(cè)試回路影響的修正；(2) 對(duì)直流電壓源內(nèi)阻的修正；(3) 對(duì)系統(tǒng)干擾電壓的修正；(4) 對(duì)測(cè)量?jī)x器零漂的修正。
全文摘要
一種斷路器狀態(tài)測(cè)試方法，屬于電力系統(tǒng)狀態(tài)測(cè)試方法，測(cè)試步驟是在斷路器進(jìn)端連接標(biāo)準(zhǔn)電阻，在標(biāo)準(zhǔn)電阻上加有直流電壓源，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)電阻在斷路器分合閘不同的四個(gè)狀態(tài)時(shí)間段的電壓值，通過計(jì)算機(jī)得出合閘電阻的阻值和投入時(shí)間。本發(fā)明可以減少很多繁瑣的檢修測(cè)試工具，減少設(shè)備重復(fù)投資費(fèi)用，減少了安全隱患。對(duì)提高電力系統(tǒng)輸電的連續(xù)性和高效性，降低設(shè)備故障率，提高斷路器工作的可靠性有著重要意義。
文檔編號(hào)G01R31/327GK101587169SQ200910067220
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者劉慶忠, 尹玉芳, 李大鵬, 林樂亭, 兵 王, 胡曉光, 趙殿全, 饒培蕾, 建 黃 申請(qǐng)人:東北電網(wǎng)有限公司長(zhǎng)春超高壓局