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1、(10)申请公布号 CN 104330724 A (43)申请公布日 2015.02.04 CN 104330724 A (21)申请号 201410055039.3 (22)申请日 2014.02.18 G01R 31/327(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 国网重庆市电力公司检修分公司 (72)发明人 陈俊 谢林涛 杨帆 李磊 (74)专利代理机构 北京海虹嘉诚知识产权代理 有限公司 11129 代理人 谢殿武 (54) 发明名称 10KV开关柜剩余开关次数检测方法及其检测 装置 (57) 摘要 本发明提供 10K。
2、V 开关柜剩余开关次数检测 方法及其检测装置, 通过天线阵列对开关投切时 产生的瞬态电磁信号进行检测, 实现对 10KV 开关 柜的剩余开关次数的检测, 一方面能够对开关柜 的开关的剩余投切次数作出量化监测, 不需要检 测参数与理论参数进行比较, 消除实际检测参数 与理论参数比较的偏差, 大大提高检测的准确性, 利于工作人员对开关柜的工作状态进行把控, 准 确地作出状态判断, 另一方面, 不用打开开关柜就 能进行准确监测, 并且检测设备不会对开关的投 切动作造成影响, 提高检测的准确性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产。
3、权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104330724 A CN 104330724 A 1/2 页 2 1. 一种 10KV 开关柜剩余开关次数检测方法, 其特征在于 : 包括如下步骤 : a. 在 10KV 的开关柜外侧布置 m 个天线并形成天线阵列 ; b. 在 10kv 的开关柜动作时, 获取 10KV 开关柜的动作次数 N 并以采样频率 f 采集各天 线的电流信号和电压信号 ; c. 根据从天线获取的电流及电压信号, 以公式计算天线的接 收能量, 其中 ti=1/f ; d. 根据天线的接收能量计算 10KV 开关柜的绝缘放电强。
4、度系数 K1 和 K2, 其中 k1=(W1-W0)/N1,k2=(W2-W1)/N2; 其中, W0为设定的时点 T0 的天线接收能量, W1为开关柜工作一段时间 T1 之内的天线 接收的能量, W2为开关柜在 T1 后的一端时间 T2 内天线接收的能量, N1为时间 T1 内开关柜 动作次数, N2为时间 T2 内开关柜动作的次数 ; e. 根据天线阵列的布置于开关柜的位置, 以开关柜的断路器高压测触头为原点建立球 坐标系 (r,), 并根据公式 W= Pdt 计算开关柜动作一次天线阵列接收的能量 Wc; 其中 : P 为辐射功率, r 为天线阵列与球形坐标原点距离, 从球形坐标系原点指向。
5、天线阵列 的单位矢量,表示天线阵列接收辐射功率的辐射面矢量,为坡印廷矢量, 为电场 强度矢量,为磁场强度矢量, Z0为自由空间的波阻抗, I 为开关柜断路器切断电流, l 为开关柜断路器高压侧触头与低压侧触头的距离, 为电磁波波长 ; d. 根据公式 Nc=(Wc-W2)/kc=(Wc-W2)/(2k2-k1) 计算开关柜剩余开关次数 Nc, 其中 kc 为 开关柜动作一次的绝缘放电强度系数。 2.根据权利要求1所述的10KV开关柜剩余开关次数检测方法, 其特征在于 : 步骤a中, 所述天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置, 并形成正m边形, 所述各天线位于正m边 形的各顶点。 3. 一种 。
6、10KV 开关柜剩余开关次数检测装置, 其特征在于 : 包括由布置于开关柜外侧并 多个天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置并形成正 m 边形的天线阵列、 电压信号采 集电路、 电流信号采集电路以及用于计算开关柜剩余次数的中央处理电路, 所述电压信号 采集电路和电流信号采集电路的输入端与所述天线阵列电连接, 所述电压信号采集电路和 电流信号采集电路的输出端与所述中央处理电路输出端电连接。 4. 根据权利要求 3 所述的 10KV 开关柜剩余开关次数检测装置, 其特征在于 : 所述中央 处理电路包括 : 具有两路处理信号通路的带通滤波器、 具有至少两路电压信号处理电路的 可变增益放大器、 具有双。
7、通道的 A/D 转换电路以及微控制器, 所述带通滤波器的输入端分 别与所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输出端电连接, 所述带通滤波器的输出 权 利 要 求 书 CN 104330724 A 2 2/2 页 3 端与所述可变增益放大器的输入端电连接, 可变增益放大器的输出端与所述 A/D 转换电路 的输入端电连接, 所述 A/D 转换电路的输出端与所述微控制器的输入端电连接。 5. 根据权利要求 4 所述的 10KV 开关柜剩余开关次数检测装置, 其特征在于 : 所述电压 信号采集电路为电压跟随器。 6. 根据权利要求 5 所述的 10KV 开关柜剩余开关次数检测装置, 其特征在于 : 。
8、所述电流 信号采集电路为电流信号变换电压信号电路。 7. 根据权利要求 6 所述的 10KV 开关柜剩余开关次数检测装置, 其特征在于 : 所述检测 装置还包括存储器和通信模块, 所述通信模块为 RS485 总线。 8. 根据权利要求 7 所述的 10KV 开关柜剩余开关次数检测装置, 其特征在于 : 所述微控 制器为复杂可编程逻辑器件 CPLD 或者现场可编程逻辑器件 FPGA。 权 利 要 求 书 CN 104330724 A 3 1/5 页 4 10KV 开关柜剩余开关次数检测方法及其检测装置 技术领域 0001 本发明涉及电网配电领域, 尤其涉及一种 10KV 开关柜剩余开关次数检测方。
9、法及 其检测装置。 背景技术 0002 10kV 金属封闭式开关柜在变电站和大型用户得到广泛应用, 其运行安全直接影响 整个变电站供电的可靠性。因此对开关柜运行状态的监测、 预判和合理检修是保证开关柜 安全运行的关键。 0003 10kV 开关柜应用范围巨大, 运行环境各异, 由于长期的开关投切过程, 了解其老化 过程所处的阶段对电力系统安全运行有重要意义。 在现有技术中对于开关柜的状态检测均 是通过定性检测, 比如检测开关柜内的温度、 湿度以及开关偷窃时的电流、 电压, 然后通过 检测的值与理论设定值进行比较, 得出检测当前开关柜内的开关的运行状态, 并判断开关 柜是否检修, 这种监测方式,。
10、 由于开关柜的制造以及装配过程中的偏差, 因此运行中检测到 的参数与理论值比较偏差很大, 使得监测结果非常不可靠, 而且, 上述的检测方式需要再开 关柜内安装检测设备, 根据开关柜的工作特性及行业管理规定, 开关柜是不允许被打开的, 而且检测设备设置在开关柜内, 对开关的投切动作以会产生影响, 因而会进一步影响监测 结果的准确性。 0004 因此, 需要提出一种新的开关柜的检测方法和检测装置, 一方面能够对开关柜的 开关的剩余投切次数作出量化监测, 利于工作人员对开关柜的工作状态进行把控, 准确地 作出状态判断, 另一方面, 不用打开开关柜就能进行准确监测, 并且检测设备不会对开关的 投切动作。
11、造成影响, 提高检测的准确性。 发明内容 0005 有鉴于此, 本发明的目的是提供一种 10KV 开关柜剩余开关次数检测方法, 一方面 能够对开关柜的开关的剩余投切次数作出量化监测, 利于工作人员对开关柜的工作状态进 行把控, 准确地作出状态判断, 另一方面, 不用打开开关柜就能进行准确监测, 并且检测设 备不会对开关的投切动作造成影响, 提高检测的准确性。 0006 本发明提供的一种 10KV 开关柜剩余开关次数检测方法, 包括如下步骤 : 0007 a. 在 10KV 的开关柜外侧布置 m 个天线并形成天线阵列 ; 0008 b. 在 10kv 的开关柜动作时, 获取 10KV 开关柜的动。
12、作次数 N 并以采样频率 f 采集 各天线的电流信号和电压信号 ; 0009 c. 根据从天线获取的电流及电压信号, 以公式计算天线 的接收能量, 其中 ti=1/f ; 0010 d. 根据天线的接收能量计算 10KV 开关柜的绝缘放电强度系数 K1 和 K2, 其中 k1=(W1-W0)/N1,k2=(W2-W1)/N2; 说 明 书 CN 104330724 A 4 2/5 页 5 0011 其中, W0为设定的时点 T0 的天线接收能量, W1为开关柜工作一段时间 T1 之内的 天线接收的能量, W2为开关柜在 T1 后的一端时间 T2 内天线接收的能量, N1为时间 T1 内开 关柜。
13、动作次数, N2为时间 T2 内开关柜动作的次数 ; 0012 e. 根据天线阵列的布置于开关柜的位置, 以开关柜的断路器高压测触头为原点建 立球坐标系 (r,), 并根据公式 W= Pdt 计算开关柜动作一次天线阵列接收的能量 Wc; 0013 其中 : 0014 0015 0016 P 为辐射功率, r 为天线阵列与球形坐标原点距离, 从球形坐标系原点指向天线 阵列的单位矢量,表示天线阵列接收辐射功率的辐射面矢量,为坡印廷矢量, 为 电场强度矢量, 为磁场强度矢量, Z0为自由空间的波阻抗, I 为开关柜断路器切断电流, l 为开关柜断路器高压侧触头与低压侧触头的距离, 为电磁波波长 ; 。
14、0017 d.根据公式Nc=(Wc-W2)/kc=(Wc-W2)/(2k2-k1)计算开关柜剩余开关次数Nc, 其中kc 为开关柜动作一次的绝缘放电强度系数。 0018 进一步, 步骤 a 中, 所述天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置, 并形成正 m 边形, 所述各天线位于正 m 边形的各顶点。 0019 相应地, 本发明还提供了一种 10KV 开关柜剩余次数检测装置, 包括由布置于开关 柜外侧并多个天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置并形成正 m 边形的天线阵列、 电 压信号采集电路、 电流信号采集电路以及用于计算开关柜剩余次数的中央处理电路, 所述 电压信号采集电路和电流信号采集电路。
15、的输入端与所述天线阵列电连接, 所述电压信号采 集电路和电流信号采集电路的输出端与所述中央处理电路输出端电连接。 0020 进一步, 所述中央处理电路包括 : 具有两路处理信号通路的带通滤波器、 具有至少 两路电压信号处理电路的可变增益放大器、 具有双通道的 A/D 转换电路以及微控制器, 所 述带通滤波器的输入端分别与所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输出端电连 接, 所述带通滤波器的输出端与所述可变增益放大器的输入端电连接, 可变增益放大器的 输出端与所述 A/D 转换电路的输入端电连接, 所述 A/D 转换电路的输出端与所述微控制器 的输入端电连接。 0021 进一步, 所述电压信。
16、号采集电路为电压跟随器。 0022 进一步, 所述电流信号采集电路为电流信号变换电压信号电路 0023 进一步, 所述检测装置还包括存储器和通信模块, 所述通信模块为 RS485 总线。 0024 进一步, 所述微控制器为复杂可编程逻辑器件 CPLD 或者现场可编程逻辑器件 FPGA。 0025 本发明的有益效果 : 本发明通过天线阵列对开关投切时产生的瞬态电磁信号进行 检测, 实现对 10KV 开关柜的剩余开关次数的检测, 一方面能够对开关柜的开关的剩余投切 说 明 书 CN 104330724 A 5 3/5 页 6 次数作出量化监测, 不需要检测参数与理论参数进行比较, 消除实际检测参数。
17、与理论参数 比较的偏差, 大大提高检测的准确性, 利于工作人员对开关柜的工作状态进行把控, 准确地 作出状态判断, 另一方面, 不用打开开关柜就能进行准确监测, 并且检测设备不会对开关的 投切动作造成影响, 提高检测的准确性。 附图说明 0026 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述 : 0027 图 1 为本发明的检测装置原理示意图。 0028 图 2 为本发明的可变增益放大电路原理图。 0029 图 3 为本发明的电流信号采集电路原理图。 具体实施方式 0030 图1为本发明的检测装置原理示意图, 图2为本发明的可变增益放大电路原理图, 图 3 为本发明电流信号变电压信号电路原理图, 。
18、如图所示, 本发明提供的一种 10KV 开关柜 剩余开关次数检测方法, 包括如下步骤 : 0031 a. 在 10KV 的开关柜外侧布置 m 个天线并形成天线阵列 ; 0032 b. 在 10kv 的开关柜动作时, 获取 10KV 开关柜的动作次数 N 并以采样频率 f 采集 各天线的电流信号和电压信号 ; 0033 c. 根据从天线获取的电流及电压信号, 以公式计算天线 的接收能量, 其中 ti=1/f ; 0034 d. 根据天线的接收能量计算 10KV 开关柜的绝缘放电强度系数 K1 和 K2, 其中 k1=(W1-W0)/N1,k2=(W2-W1)/N2; 0035 其中, W0为设定。
19、的时点 T0 的天线接收能量, W1为开关柜工作一段时间 T1 之内的 天线接收的能量, W2为开关柜在 T1 后的一端时间 T2 内天线接收的能量, N1为时间 T1 内开 关柜动作次数, N2为时间 T2 内开关柜动作的次数, 由于开关柜的断路器的绝缘老化总是存 在, 因此使得开关柜的开关动作时天线接收的能量 W2W1; 0036 e. 根据天线阵列的布置于开关柜的位置, 以开关柜的断路器高压测触头为原点建 立球坐标系 (r,), 并根据公式 W= Pdt 计算开关柜动作一次天线阵列接收的能量 Wc; 0037 其中 : 0038 0039 0040 P 为辐射功率, r 为天线阵列与球形。
20、坐标原点距离, 从球形坐标系原点指向天线 阵列的单位矢量,表示天线阵列接收辐射功率的辐射面矢量,为坡印廷矢量,为 说 明 书 CN 104330724 A 6 4/5 页 7 电场强度矢量, 为磁场强度矢量, Z0为自由空间的波阻抗, I 为开关柜断路器切断电流, l 为开关柜断路器高压侧触头与低压侧触头的距离, 为电磁波波长 ; 0041 d.根据公式Nc=(Wc-W2)/kc=(Wc-W2)/(2k2-k1)计算开关柜剩余开关次数Nc, 其中kc 为开关柜动作一次的绝缘放电强度系数 ; 本发明通过天线阵列对开关投切时产生的瞬态电 磁信号进行检测, 实现对 10KV 开关柜的剩余开关次数的检。
21、测, 一方面能够对开关柜的开关 的剩余投切次数作出量化监测, 不需要检测参数与理论参数进行比较, 消除实际检测参数 与理论参数比较的偏差, 大 大提高检测的准确性, 利于工作人员对开关柜的工作状态进行 把控, 准确地作出状态判断, 另一方面, 不用打开开关柜就能进行准确监测, 并且检测设备 不会对开关的投切动作造成影响, 提高检测的准确性。 0042 本实施例中, 步骤 a 中, 所述天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置, 并形成 正m边形, 所述各天线位于正m边形的各顶点, 并且使开关柜的短路器高压侧触头的垂直投 影位于 m 个天线的形成的正 m 边形的中心位置, 能够保证在坐标系建立过程。
22、中不会引入不 必要的附加参数, 保证对开关投切的剩余次数进行准确的量化计算。 0043 相应地, 本发明还提供了一种 10KV 开关柜剩余开关次数检测装置, 包括由布置于 开关柜外侧并多个天线以开关柜断路器高压侧触头为原点布置并形成正 m 边形的天线阵 列、 电压信号采集电路、 电流信号采集电路以及用于计算开关柜剩余次数的中央处理电路, 所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输入端与所述天线阵列电连接, 所述电压信 号采集电路和电流信号采集电路的输出端与所述中央处理电路输出端电连接, 本发明通过 天线阵列对开关投切时产生的瞬态电磁信号进行检测, 实现对 10KV 开关柜的剩余开关次 数的检测。
23、, 一方面能够对开关柜的开关的剩余投切次数作出量化监测, 不需要检测参数与 理论参数进行比较, 消除实际检测参数与理论参数比较的偏差, 大大提高检测的准确性, 利 于工作人员对开关柜的工作状态进行把控, 准确地作出状态判断, 另一方面, 不用打开开关 柜就能进行准确监测, 并且检测设备不会对开关的投切动作造成影响, 提高检测的准确性, 在图 1 中, 开关柜甚至在天线阵列的中央实际上是指开关柜的断路器的高压侧触头的垂直 投影位于天线阵列的中央。 0044 本实施例中, 所述中央处理电路包括 : 具有两路处理信号通路的带通滤波器、 具 有至少两路电压信号处理电路的可变增益放大器、 具有双通道的 。
24、A/D 转换电路以及微控制 器, 所述带通滤波器的输入端分别与所述电压信号采集电路和电流信号采集电路的输出端 电连接, 所述带通滤波器的输出端与所述可变增益放大器的输入端电连接, 可变增益放大 器的输出端与所述 A/D 转换电路的输入端电连接, 所述 A/D 转换电路的输出端与所述微控 制器的输入端电连接, 所 述电压信号采集电路为电压跟随器 ; 所述电流信号采集电路为电 流信号变换电压信号电路, 所述电压跟随器为现有技术, 在此不再赘述, 所述电流信号变电 压信号电路如图 3 所示, 所述电流信号采集电路为电流信号变电压信号电路, 所述电流信 号变电压信号电路由亚德诺半导体公司生产的 ADA。
25、4841-2 集成电路组成, 增益稳定、 噪声 低、 失真小, 并且在 AD4841-2 集成电路后再设置有一个电压跟随器进行处理, 信号稳定可 靠, 并且便于对开关柜的剩余开关次数进行计算, 所述可变增益放大器如图 2 所示, 可变增 益放大器采用亚德诺半导体公司的 AD8330ACP 芯片, 该芯片的基本增益函数为线性, 受引 脚 VDBS 上所施加电压的控制, 增益范围为 0dB 至 50dB, 相应控制电压为 0V 至 1.5V, 斜率为 30mV/dB。 说 明 书 CN 104330724 A 7 5/5 页 8 0045 本实施例中, 所述检测装置还包括存储器和通信模块, 所述通。
26、信模块为 RS485 总 线, 通过存储器, 可以将检测的参数及运算过程进行存储, 便于数据的追溯和查验, 通过通 信模块, 便于对本发明进行设备扩展以及数据交互。 0046 本实施例中, 所述微控制器为复杂可编程逻辑器件 CPLD 或者现场可编程逻辑器 件 FPGA。 0047 最后说明的是, 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制, 尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明, 本领域的普通技术人员应当理解, 可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换, 而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围, 其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。 说 明 书 CN 104330724 A 8 1/1 页 9 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104330724 A 9 。