断路器储能电机的故障预判方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910385604.5 (22)申请日 2019.05.09 (71)申请人 石家庄科林电气股份有限公司 地址 050222 河北省石家庄市红旗大街南 降壁路段(南院） (72)发明人 周文骞翟志国陆志远王鹏 李江峰孟楠吉凤群任晓琨 李伟克王琳 (74)专利代理机构 石家庄众志华清知识产权事 务所(特殊普通合伙) 13123 代理人 王苑祥 (51)Int.Cl. G01R 31/327(2006.01) G01R 31/34(2006.01) (54)发明名称 一种断路器。

2、储能电机的故障预判方法 (57)摘要 一种断路器储能电机的故障预判方法， 属于 高压交流真空断路器储能电机电流监测技术领 域， 本方法是基于储能电机中储能回路电流监测 装置来实现的， 所述储能回路电流监测装置包括 信号采集单元、 信号处理单元、 存储单元， 通过对 采集的电流信号转化为电压信号， 再借助单位采 集周期内的有效值处理方法， 建立有效电流波形 图， 判定电路器的工作状态， 从而在软件层面上 提高断路器储能电机电流监测装置的性能， 并且 具有通用性强、 故障判定准确度高的特点， 对维 护维修有及其重要的意义。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 110208688 A 201。

3、9.09.06 CN 110208688 A 1.一种断路器储能电机的故障预判方法， 本方法是基于储能电机中储能回路电流监测 装置来实现的， 所述储能回路电流监测装置包括信号采集单元、 信号处理单元、 存储单元， 其特征在于所述故障预判方法包括以下步骤： 装置上电后， 信号采集单元对储能回路中的电流信号进行采集， 并将电流信号转化 为电压信号、 再经滤波后传递给信号处理单元； 信号处理单元以10kHz的频率对传递来的电 压信号进行处理， 并记录每个采集点的电压值U及对应时刻T； 判定储能电机是否开始产生储能动作： 若连续20个采集点的电压值U都大于0， 认为 储能电机的储能动作开始， 则执行步。

4、骤， 若连续20个采集点的电压值U不都大于0， 则继续执行步骤； 在储能电机发生储能动作时： 信号处理单元以时间Q为单位采集周期， 在单位采集周 期内选出最大电压值的采集点作为电压有效值点Umax、 其对应时刻作为时刻有效值Tmax， 记 录为P=(Umax, Tmax)， 同理， 即可建立在储能电机发生储能动作过程中有效电压值点集P=PN|N=1,2,N； 在执行步骤的同时， 对储能电机是否结束储能动作进行同步判定： 若连续20个采 集点的电压值都为0， 判定储能电机的储能动作结束， 则终止步骤， 若连续20个采集点的电压值不都为0， 则继续执行步骤； 在储能电机的储能动作结束后， 根据有效。

5、电压值点集P=PN|N=1,2,N， 经A/D转 化后建立储能电机中储能回路有效电流波形图； 分析步骤中的储能回路有效电流波形图， 分别计算出储能电机空转时间值、 储能 电机空转电流上限值、 储能弹簧拉满时间值、 负载后电流上限值、 负载后电流下限值； 再分 别与各自对应的设定阀值进行对比， 如不符合设定阀值的偏差范围， 则进行故障警报。 2.根据权利要求1所述的断路器储能电机的故障预判方法， 其特征在于： 在步骤中， 为避免对储能动作发生时刻产生误判， 选取连续20个采集点中的第一个采集点的时刻作为 储能动作发生时刻。 3.根据权利要求1所述的断路器储能电机的故障预判方法， 其特征在于： 在。

6、步骤中， 为避免对储能动作结束时刻产生误判， 选取连续20个采集点中的第一个采集点的时刻作为 储能动作结束时刻。 4.根据权利要求1所述的断路器储能电机的故障预判方法， 其特征在于： 步骤中的储 能电机空转时间值的计算方法及判定原则： 储能电机空转时间值=储能动作发生时刻-装置上电时刻； 若计算的储能电机空转时间值大于设定空转时间上限阈值， 则判定 “储能弹簧疲劳或 断裂” 或者 “传动机构出现问题， 电机空转。 5.根据权利要求1所述的断路器储能电机的故障预判方法， 其特征在于： 步骤中的储 能电机空转电流上限值的计算方法及判定原则： 储能电机空转电流上限值=储能电机空转 电流稳定后的电流平。

7、均值； 若计算的储能电机空转电流上限值大于设定储能电机空转电流上限阈值， 则判定机构 润滑不足或齿轮卡滞。 6.根据权利要求1所述的断路器储能电机的故障预判方法， 其特征在于： 步骤中的储 能弹簧拉满时间值的计算方法及判定原则： 权利要求书 1/2 页 2 CN 110208688 A 2 储能弹簧拉满时间值=储能动作结束时刻-储能动作发生时刻； 若计算的储能弹簧拉满时间值大于设定储能弹簧拉满时间上限， 则判定转换开关未到 位、 电机电路无法切断。 7.根据权利要求1所述的断路器储能电机的故障预判方法， 其特征在于： 步骤中的负 载后电流上限值的选取方法及判定原则： 负载后电流上限值=储能过程。

8、最大电流值； 若选取的负载后电流上限值大于设定负载后电流上限阈值， 则判定机构润滑不足或齿 轮卡滞。 8.根据权利要求1所述的断路器储能电机的故障预判方法， 其特征在于： 步骤中的负 载后电流下限值的选取方法及判定原则： 负载后电流下限值=储能过程最大电流值； 若选取的负载后电流下限值小于设定负载后电流下限阈值， 则判定储能弹簧疲劳， 拉 力过小。 9.根据权利要求1所述的断路器储能电机的故障预判方法， 其特征在于： 所述信号处理 单元包括信号处理电路和MCU模块。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110208688 A 3 一种断路器储能电机的故障预判方法 技术领域 0001 本发明属于高。

9、压交流真空断路器储能电机电流监测技术领域， 具体涉及一种断路 器储能电机的故障预判方法。 技术背景 0002 随着电网的高速发展， 配电设备自身健康水平监测的重要性日益突出。 高压交流 断路器是电力系统中的关键设备， 其运行状态对电力系统的可靠性具有重大影响。 高压交 流断路器内部的储能机构由储能电机、 储能弹簧和传动齿轮构成， 其供电方式可根据用户 环境使用直流供电或交流供电。 储能电机作为储能机构的重要组成部分， 其工作电流能够 直接反应储能动作的执行情况。 目前， 对断路器储能电机电流监测存在以下问题： 1） 储能机构供电方式不同导致储能电机电流采集时需不同外围硬件， 无法统一储能电 机。

10、电流监测设备。 0003 2） 储能机构采用交流供电时， 电源往往由220V交流市电经整流桥全波整流后提 供， 对于储能电机端， 其所得到的电流含有明显的脉动分量， 导致无法确保采样时电流相位 的一致性， 以至于进行电流采集时存在采不准、 误差大的现象， 这对准确分析判断储能电机 的工作状态有严重的影响， 也增加了检修维护成本。 发明内容 0004 本发明要解决的技术问题是提供一种断路器储能电机的故障预判方法， 通过对储 能电机储能回路的电流采集方法及故障判定原则进行改进， 从而在软件层面上提高断路器 储能电机电流监测装置的性能， 并且具有通用性强、 故障判定准确度高的特点， 对维护维修 有及。

11、其重要的意义。 0005 本发明采用的技术方案是： 一种断路器储能电机的故障预判方法， 本方法是基于 储能电机中储能回路电流监测装置来实现的， 所述储能回路电流监测装置包括信号采集单 元、 信号处理单元、 存储单元， 所述故障预判方法包括以下步骤： 装置上电后， 信号采集单元对储能回路中的电流信号进行采集， 并将电流信号转化 为电压信号、 再经滤波后传递给信号处理单元； 信号处理单元以10kHz的频率对传递来的电 压信号进行处理， 并记录每个采集点的电压值U及对应时刻T； 判定储能电机是否开始产生储能动作： 若连续20个采集点的电压值U都大于0， 认为 储能电机的储能动作开始， 则执行步骤， 。

12、若连续20个采集点的电压值U不都大于0， 则继续执行步骤； 在储能电机发生储能动作时： 信号处理单元以时间Q为单位采集周期， 在单位采集周 期内选出最大电压值的采集点作为此单位采集周期内电压有效值点Umax、 其对应时刻作为 时刻有效值Tmax， 记录为P=(Umax, Tmax)， 同理， 即可建立在储能电机发生储能动作过程中的有效电压值点集P=PN|N=1,2, N； 说明书 1/4 页 4 CN 110208688 A 4 在执行步骤的同时， 对储能电机是否结束储能动作进行同步判定： 若连续20个采 集点的电压值都为0， 认为储能电机的储能动作结束， 则终止步骤， 若连续20个采集点的电。

13、压值不都为0， 则继续执行步骤； 在储能电机的储能动作结束后， 根据有效电压值点集P=PN|N=1,2,N， 经A/D转 化后建立储能电机中储能回路有效电流波形图； 分析步骤中的储能回路有效电流波形图， 分别计算出储能电机空转时间值、 储能 电机空转电流上限值、 储能弹簧拉满时间值、 负载后电流上限值、 负载后电流下限值； 再分 别与各自对应的设定阀值进行对比， 如不符合设定阀值的偏差范围， 则进行故障警报。 0006 采用本发明产生的有益效果： 通过对储能电机储能回路的电流采集方法及故障判 定原则进行改进， 从而在软件层面上提高断路器储能电机电流监测装置的性能， 并且具有 通用性强、 故障判。

14、定准确度高的特点， 对维护维修有及其重要的意义。 附图说明 0007 图1是本发明的储能回路电流监测装置的结构框图； 图2是储能回路的故障预判步骤图； 图3是储能回路有效电流波形图。 具体实施方式 0008 参看附图1-3， 一种断路器储能电机的故障预判方法， 本方法是基于储能电机中储 能回路电流监测装置来实现的， 所述储能回路电流监测装置包括信号采集单元、 信号处理 单元、 存储单元， 所述信号处理单元包括信号处理电路和MCU模块， 所述故障预判方法包括 以下步骤： 装置上电后， 信号采集单元对储能回路中的电流信号进行采集， 并将电流信号转化 为电压信号、 再经滤波后传递给信号处理单元； 信。

15、号处理单元以10kHz的频率对传递来的电 压信号进行处理， 并记录每个采集点的电压值U及对应时刻T； 判定储能电机是否开始产生储能动作： 若连续20个采集点的电压值U都大于0， 认 为储能电机的储能动作开始， 则执行步骤， 若连续20个采集点的电压值U不都大于0， 则继续执行步骤； 在步骤中， 为避免对储能动作发生时刻产生误判， 选取连续20个采集点中的第一个 采集点的时刻作为储能动作发生时刻。 0009 储能电机发生储能动作时： 信号处理单元以时间Q为单位采集周期且在单位采 集周期内逐点建立电压值点集U=Ui|i=1i及对应时刻值点集T= T=Ti|i=1,i， 然后 对电压值点集U中各点的。

16、值进行比较， 选出最大电压值的采集点作为此单位采集周期内电 压有效值点Umax、 其对应时刻作为时刻有效值Tmax， 记录为P=(Umax, Tmax)， 同理， 即可建立在储能电机发生储能动作过程中， 储能电机储能回路中有效电压值点 集P=PN|N=1,2,N； 步骤的具体过程为： 信号采集单元在单位采集周期内采集点的数量设定为100个， 因 此， 在以10kHz采集频率时， 单位采集周期的采集点时长为10ms， 可涵盖储能电机交流供电 时的一个主要脉动周波； 储能电机开始动作并经历第1个10ms后， 电压值点集U和对应时刻 说明书 2/4 页 5 CN 110208688 A 5 值点集T。

17、已建立完成， 此时对电压值点集中各点的大小进行比较， 得出最大电压值点作为有 效电压值， 即一个主脉动周波中的最大值、 其对应时刻值作为时刻有效值。 由此得到需要存 储的第1个有效值点P1=(Umax, Tmax)， 并保存。 0010 在计算出第1个主脉动周波的有效值P1后， 随着时间的推移， 重复更新电压值点集 U和时间值点集T。 在第2个10ms时， 从更新后的U和T中得到储能电机电流波形中需要存储的 第2个有效值点P2； 在第3个10ms时， 从更新后的U和T中得到储能电机电流波形中需要存储 的第3个有效值点P3； ； 直到储能动作结束， 完成储能动作发生升过程中有效电压值点 集P=P。

18、N|N=1,2,N的建立。 0011 在执行步骤的同时， 对储能电机是否结束储能动作进行同步判定： 若连续20 个采集点的电压值都为0， 认为储能电机的储能动作结束， 则终止步骤， 若连续20个采集点的电压值不都为0， 则继续执行步骤； 在步骤中， 为避免对储能动作结束时间点产生误判， 选取连续20个采集点中的最后 一个采集点的时刻作为储能动作结束时刻。 采集过程中， 为避免对储能动作结束时间点产 生误判， 信号处理单元连续采集到20个电压有效值均为0的有效点Pend=Pendi|i=1,20， 判定储能动作已经结束， 且储能动作结束时刻发生在Pend1对应的时间点处。 0012 在储能电机的。

19、储能动作结束后， 根据有效电压值点集P=PN|N=1,2,N， 经A/ D转化后建立储能电机中储能回路有效电流波形图； 分析步骤中的储能回路有效电流波形图， 计算储能电机空转时间值、 储能电机空 转电流上限值、 储能弹簧拉满时间值、 负载后电流上限值、 负载后电流下限值； 步骤中的储能电机空转时间值计算方法： 储能电机空转时间值=储能动作发生时刻-装置上电时刻； 即附图3中的T1-T0=储能电 机空转时间值。 0013 步骤中的储能电机空转电流上限值选取方法： 待储能电机空转电流稳定后的电 流平均值； 即附图3中的I1代表储能电机空转电流上限值。 0014 步骤中的储能弹簧拉满时间值计算方法：。

20、 储能弹簧拉满时间值=储能动作结束时刻-储能动作发生时刻； 即附图3中的T2-T1=储 能弹簧拉满时间值. 步骤中的负载后电流上限值选取方法： 负载后电流上限值=选取储能过程最大电流 值； 步骤中的负载后电流下限值选取方法： 负载后电流下限值=选取储能过程最大电流 值； 即附图3中的I2 代表负载后电流上限值、 也代表负载后电流下限值。 0015 将步骤中计算的储能电机空转时间值， 与设定空转时间上限阈值对比： 若大于设定空转时间上限阈值， 则判定 “储能弹簧疲劳或断裂” 或者 “传动机构出现问 题， 电机空转； 将步骤中计算的能电机空转电流上限值， 与设定储能电机空转电流上限阈值对比： 若大。

21、于设定储能电机空转电流上限阈值， 则判定机构润滑不足或齿轮卡滞； 将步骤中计算的储能弹簧拉满时间值， 与设定储能弹簧拉满时间上限阈值对比： 若大于设定储能弹簧拉满时间上限， 则判定转换开关未到位， 电机电路无法切断； 将步骤中计算的负载后电流上限值， 与设定负载后电流上限阈值对比： 若大于设定负载后电流上限阈值， 则判定机构润滑不足或齿轮卡滞； 说明书 3/4 页 6 CN 110208688 A 6 将步骤中计算的负载后电流下限值， 与设定负载后电流下限阈值对比： 若小于设定负载后电流下限阈值， 则判定储能弹簧疲劳， 拉力过小。 0016 储能电机的储能动作结束后， 建立储能电机电流波形， 可用于标准储能电机电流 波形的建立， 也可用对储能电机工作状态的实时监测， 对维护维修有及其重要的意义。 说明书 4/4 页 7 CN 110208688 A 7 图1 图2 说明书附图 1/2 页 8 CN 110208688 A 8 图3 说明书附图 2/2 页 9 CN 110208688 A 9 。