一种断路器刚分刚合点的判断方法

摘要

本发明提出一种断路器刚分刚合点的判断方法，所述方法包括如下步骤：S1.利用电流互感器采集断路器动作时的二次侧交流电流；S2.记录二次侧交流电流A相、B相及C相中任意一相的交流电流数据集I

说明书

技术领域

本发明涉及断路器机械特性检测的技术领域，更具体地，涉及一种断路器刚分刚合点的判断方法。

背景技术

断路器是电力系统中重要的控制和保护电器，在电网运行中起到控制电力线路和设备投入与退出、迅速切除故障线路、保护无故障线路正常运行等重要作用，保障断路器的正常工作是维持电力系统安全稳定运行的基础，但断路器在电力系统运行中是机械和电气动作频繁的设备，容易发生故障。因此，及时了解断路器的工作状态对提高供电可靠性有着决定性意义。

断路器的机械特性包括：合闸时间、分闸时间、触头行程、超行程、合闸不同期、分闸不同期、刚合闸速度、刚分闸速度、合闸最大速度、分闸最大速度、合闸平均速度、分闸平均速度等等，而在这些机械特性的检测过程中，断路器刚分刚合点的判断起着关键的作用。

现有断路器刚分刚合点的判断直接通过对断路器的开关量进行检测识别，在现场实际应用中，开关量信息的采集困难复杂，借助辅助开关的辅助触点又存在无法消除的固有误差，造成刚分刚合点判断不准确的后果。申请日为2012年9月6日，公告号为CN102901622B的中国专利提供了一种以小波分析和Hilbert变换进行刚分点、刚合点计算的方法，该方法计算精度高，但该方法首先需要小波分析凸显位移特征量，再通过Hilbert变换提取信号包络，计算复杂度较高；申请日为2012年4月6日，公告号为CN102778346B的中国专利提供了一种基于行程传感器的刚分刚合点计算方法，本方法运算量少，运行稳定可靠，但本方法中行程传感器的安装比较繁琐，且刚分点的确定采用间接方法，引入了不可避免的误差。

综上所述，提出一种不依赖于开关量的信息采集、计算复杂度小且计算精度高的断路器刚分刚合点的判断方法十分有必要。

发明内容

为克服现有判断路器刚分刚合点的方法须依赖开关量的信息采集，采集过程困难复杂，且存在无法消除的固有误差，而计算精度高的方法又具有计算复杂度高的弊端，本发明提出了一种新的断路器刚分刚合点的判断方法，不依赖于开关量的信息采集，且计算复杂度小。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种断路器刚分刚合点的判断方法，所述方法包括如下步骤：

S1.利用电流互感器采集断路器动作时的二次侧交流电流；

S2.记录二次侧交流电流A相、B相及C相中任意一相的交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n},其中n表示采样电流个数，i_x表示交流电流数据集I_x中第x个采样电流；

S3.利用记录的交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}，计算断路器动作阈值Th；

S4.判断断路器的分合闸状态；

S5.当断路器为分闸状态时，识别断路器刚分点；

S5.当断路器为合闸状态时，识别断路器刚合点。

优选地，步骤S1所述的电流互感器采集断路器动作时二次侧交流电流数据集的采集时间长度为T个工频周期，采样率为S_r。

优选地，步骤S3所述的断路器动作阈值Th的计算步骤为：

S301.对交流电流数据集I_x中的每一个采样电流i_x取绝对值，即|I_x|＝{|i₁|,|i₂|,…,|i_x|,…,|i_n|}，n表示采样电流个数，i_x表示交流电流数据I_x集中第x个采样电流；

S302.计算所有采样电流对应绝对值|I_x|的平均值Avg，并对所有采样电流的绝对值|I_x|取中位数Mid；

S303.计算断路器动作阈值Th；断路器动作阈值Th的计算复杂度低。

优选地，步骤303所述断路器动作阈值Th的计算公式为：

其中，Th表示断路器动作阈值；Mid表示所有采样电流对应绝对值|I_x|的中位数；Avg表示所有采样电流对应绝对值|I_x|的平均值。

优选地，步骤S4所述判断路器分合闸状态的步骤为：

S401.根据采样率S_r及系统频率f，计算每个工频周期采集的交流电流数据的长度Len；

S402.从交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}中的第一个采样电流i₁开始往最后一个采样电流i_n的方向，取出Len个交流电流数据，组成分合闸交流电流数据集I_len＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_len},取分合闸交流电流数据集I_len＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_len}中幅值最大的交流电流I_max；

S403.判断幅值最大的交流电流I_max是否大于断路器动作阈值Th；若是，则断路器判断为分闸状态，然后执行断路器刚分点的识别步骤；否则断路器判断为合闸状态，执行断路器刚合点的识别步骤。

优选地，步骤S401所述的每个工频周期采集的交流电流数据的长度Len的表达式为：

式中，Len表示每个工频周期采集的交流电流数据的长度；S_r表示采样率；f为系统频率。

优选地，步骤S5中当断路器为分闸状态时，所述识别断路器刚分点的步骤为：

S511.从交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}中的最后一个采样电流i_n开始往第一个采样电流i₁的方向遍历，取出第一个大于阈值Th的采样电流i_p；

S512.从采样电流i_p开始往第一个采样电流i₁的方向，在交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}中取出个数为0.3*Len的交流电流数据作为分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp＝{i_a,,…,i_x,…,i_0.3lenp}；

S513.计算分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp＝{i_a,,…,i_x,…,i_0.3lenp}中每一个采样电流点x的斜率Slope(x)；

S514.计算分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp＝{i_a,,…,i_x,…,i_0.3lenp}中每一个采样电流点x的斜率Slope(x)的变化率K(x)；

S515.确认分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp＝{i_a,,…,i_x,…,i_0.3lenp}中变化率K(x)最大的值K_max(d),对应的采样电流点d即为断路器的刚分点。

优选地，步骤S513所述的每一个采样电流点x的斜率Slope(x)计算公式为：

其中，Slope(x)表示分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp中每一个采样电流点x的斜率；i_0.3lenp(x+1)表示分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp中第x+1个采样电流点对应的采样电流；i_0.3lenp(x)表示分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp中第x个采样电流点对应的采样电流；

步骤S514所述的每一个采样电流点x的斜率Slope(x)的变化率K(x)的计算公式为：

K(x)＝Slope(x+1)–Slope(x)

式中，K(x)表示分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp中每一个采样电流点x的斜率Slope(x)的变化率。

优选地，步骤S5中当断路器为合闸状态时，所述识别断路器刚合点的步骤为：

S521.从交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}中的从第一个采样电流i₁开始往最后一个采样电流i_n的方向遍历，取出第一个大于阈值Th的采样电流i_q；

S522.从采样电流i_q开始往第一个采样电流i₁的方向，在交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}中取出个数为0.3*Len的交流电流数据作为合闸备选交流电流数据集I_0.3lenq＝{i_b,…,i_y,…,i_0.3lenq}；

S523.计算合闸备选交流电流集I_0.3lenq＝{i_b,…,i_y,…,i_0.3lenq}中每一个采样电流点y的斜率Slopeq(y)；

S524.计算合闸备选交流电流集I_0.3lenq＝{i_b,…,i_y,…,i_0.3lenq}中每一个采样电流点y的斜率Slopeq(y)的变化率Kq(y)；

S525.确认合闸备选交流电流集I_0.3lenq＝{i_b,…,i_y,…,i_0.3lenq}中Kq(y)最大的值K_qmax(w),对应的采样电流点w即为断路器的刚合点。

优选地，步骤S523所述的每一个采样电流点y的斜率Slopeq(y)计算公式为：

其中，Slopeq(x)表示合闸备选交流电流集I_0.3lenq中每一个采样电流点y的斜率；i_0.3lenq(y+1)表示合闸备选交流电流集I_0.3lenq中第y+1个采样电流点对应的交流电流数据；i_0.3lenq(y)表示合闸备选交流电流集I_0.3lenq中第y个采样电流点对应的交流电流数据；

步骤S524所述的每一个采样电流点y的斜率Slopeq(y)的变化率Kq(y)的计算公式为：

Kq(y)＝Slopeq(y+1)–Slopeq(y)

式中，Kq(y)表示合闸备选交流电流集I_0.3lenq中每一个采样电流点y的斜率Slopeq(y)的变化率。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

通过电流互感器采集断路器动作时的二次侧交流电流，仅需计算断路器动作阈值，并将交流电流数据与断路器动作阈值进行比较，即可获得断路器的分合闸状态，再进一步识别断路器刚分刚合点，方法实施过程中不依赖于开关量信息的采集，也即不存在借助辅助开关的辅助触点产生的固有误差，提高断路器刚分刚合点的判断精度，且不运用复杂的算法变换，计算复杂度小。

附图说明

图1为本发明提出的断路器刚合刚分点的判断方法流程图。

图2为本发明采用电流互感器采集的断路器动作时的二次侧交流电流图。

图3为断路器动作阈值的计算步骤流程图。

图4为判断断路器分合闸状态的步骤流程图。

图5为识别断路器刚分点的步骤流程图。

图6为识别断路器刚合点的步骤流程图。

图7为利用本发明提出的断路器刚合刚分点的判断方法识别断路器刚合点的二次侧交流电流图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示的一种断路器刚分刚合点的判断方法，方法包括如下步骤：

S1.利用电流互感器采集断路器动作时的二次侧交流电流，采用电流互感器采集的断路器动作时的二次侧交流电流图如图2所示，电流互感器采集断路器动作时二次侧交流电流数据集的采集时间长度为T个工频周期，如图2所示，电流互感器从第90ms开始记录，共记录3个工频周期，采样率为S_r。

S2.记录二次侧交流电流A相、B相及C相中任意一相的交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n},其中n表示采样电流个数，i_x表示交流电流数据集I_x中第x个采样电流，在本实施例中，记录二次侧交流电流的C相交流电流。

S3.利用记录的交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}，计算断路器动作阈值Th；

断路器动作阈值Th的计算步骤如图3所示，计算步骤为：

S301.对交流电流数据集I_x中的每一个采样电流i_x取绝对值，即|I_x|＝{|i₁|,|i₂|,…,|i_x|,…,|i_n|}，n表示采样电流个数，i_x表示交流电流数据I_x集中第x个采样电流；

S302.计算所有采样电流对应绝对值|I_x|的平均值Avg，并对所有采样电流的绝对值|I_x|取中位数Mid；

S303.计算断路器动作阈值Th；计算公式为：

其中，Th表示断路器动作阈值；Mid表示所有采样电流对应绝对值|I_x|的中位数；Avg表示所有采样电流对应绝对值|I_x|的平均值。断路器动作阈值Th的计算复杂度低。

S4.判断断路器的分合闸状态；判断断路器的分合闸状态的步骤流程图如图4所示，步骤为：

S401.根据采样率S_r及系统频率f，计算每个工频周期采集的交流电流数据的长度Len；每个工频周期采集的交流电流数据的长度Len的表达式为：

式中，Len表示每个工频周期采集的交流电流数据的长度；S_r表示采样率；f为系统频率。

S402.从交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}中的第一个采样电流i₁开始往最后一个采样电流i_n的方向，取出Len个交流电流数据，组成分合闸交流电流数据集I_len＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_len},取分合闸交流电流数据集I_len＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_len}中幅值最大的交流电流I_max；

S403.判断幅值最大的交流电流I_max是否大于断路器动作阈值Th；若是，则断路器判断为分闸状态，然后执行断路器刚分点的识别步骤；否则断路器判断为合闸状态，执行断路器刚合点的识别步骤。

S5.当断路器为分闸状态时，识别断路器刚分点；

如图5所示的识别断路器刚分点的步骤流程图，包括：

S511.从交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}中的最后一个采样电流i_n开始往第一个采样电流i₁的方向遍历，取出第一个大于阈值Th的采样电流i_p；

S512.从采样电流i_p开始往第一个采样电流i₁的方向，在交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}中取出个数为0.3*Len的交流电流数据作为分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp＝{i_a,,…,i_x,…,i_0.3lenp}；

S513.计算分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp＝{i_a,,…,i_x,…,i_0.3lenp}中每一个采样电流点x的斜率Slope(x)；每一个采样电流点x的斜率Slope(x)计算公式为：

其中，Slope(x)表示分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp中每一个采样电流点x的斜率；i_0.3lenp(x+1)表示分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp中第x+1个采样电流点对应的采样电流；i_0.3lenp(x)表示分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp中第x个采样电流点对应的采样电流；

S514.计算分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp＝{i_a,,…,i_x,…,i_0.3lenp}中每一个采样电流点x的斜率Slope(x)的变化率K(x)；每一个采样电流点x的斜率Slope(x)的变化率K(x)的计算公式为：

K(x)＝Slope(x+1)–Slope(x)

式中，K(x)表示分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp中每一个采样电流点x的斜率Slope(x)的变化率。

S515.确认分闸备选交流电流数据集I_0.3lenp＝{i_a,,…,i_x,…,i_0.3lenp}中变化率K(x)最大的值K_max(d),对应的采样电流点d即为断路器的刚分点。S5.识别断路器刚合点。

步骤S5中当断路器为合闸状态时，识别断路器刚合点的步骤如图6所示，包括：

S521.从交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}中的从第一个采样电流i₁开始往最后一个采样电流i_n的方向遍历，取出第一个大于阈值Th的采样电流i_q；

S522.从采样电流i_q开始往第一个采样电流i₁的方向，在交流电流数据集I_x＝{i₁,i₂,…,i_x,…,i_n}中取出个数为0.3*Len的交流电流数据作为合闸备选交流电流数据集I_0.3lenq＝{i_b,…,i_y,…,i_0.3lenq}；

S523.计算合闸备选交流电流集I_0.3lenq＝{i_b,…,i_y,…,i_0.3lenq}中每一个采样电流点y的斜率Slopeq(y)；每一个采样电流点y的斜率Slopeq(y)计算公式为：

其中，Slopeq(x)表示合闸备选交流电流集I_0.3lenq中每一个采样电流点y的斜率；i_0.3lenq(y+1)表示合闸备选交流电流集I_0.3lenq中第y+1个采样电流点对应的交流电流数据；i_0.3lenq(y)表示合闸备选交流电流集I_0.3lenq中第y个采样电流点对应的交流电流数据；

S524.计算合闸备选交流电流集I_0.3lenq＝{i_b,…,i_y,…,i_0.3lenq}中每一个采样电流点y的斜率Slopeq(y)的变化率Kq(y)；每一个采样电流点y的斜率Slopeq(y)的变化率Kq(y)的计算公式为：

Kq(y)＝Slopeq(y+1)–Slopeq(y)

式中，Kq(y)表示合闸备选交流电流集I_0.3lenq中每一个采样电流点y的斜率Slopeq(y)的变化率。

S525.确认合闸备选交流电流集I_0.3lenq＝{i_b,…,i_y,…,i_0.3lenq}中Kq(y)最大的值K_qmax(w),在本实施例中，合闸状态的二次侧交流电流图如图7所示，对应的采样电流点w即为断路器的刚合点。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。