一种基于线圈电流波形的开关状态判断模型制造技术

本发明专利技术涉及开关运行状态及维护的评估或评价领域，基于线圈电流波形的开关状态判断模型。它包括分合闸线圈电流波形曲线，电流波形曲线的时间特征值(T1，T2，T3，T4，T5)和电流的特征值(I1，I2，I3)，以及额定电压下的出厂数据(T10，T20，T30，T40，T50)和(I10，I20，I30)，分合闸线圈驱动直流电源电压U。通过监测到的分合闸线圈的特征值与出厂时数据进行比对分析，能够实现分合闸线圈驱动直流电源电压的监测，并对电压低于或高于技术要求值进行预警。通过对特征值的之间，以及特征值与出厂数据之间的比对，能够实现对开关设备脱扣器及机械部件卡涩或卡滞以及磨损劣化的故障及缺陷的评估。

A switching state estimation model based on coil current waveform

The invention relates to the evaluation or evaluation field of switching state and maintenance, based on the switch state judgment model based on the coil current waveform. It includes the closing coil current waveform curve, time characteristic current waveform curve value (T1, T2, T3, T4, T5) characteristics and the value of the current (I1, I2, I3), and the rated voltage of factory data (T10, T20, T30, T40, T50) and (I10, I20, I30), closed coil DC power supply voltage U. Through the comparison and analysis of the characteristic values between the monitoring and closing coil and the factory data, we can realize the monitoring of the DC power supply voltage by the closing and closing coil, and warn the voltage below or above the technical requirements. By comparing the eigenvalues and the comparison between the eigenvalues and the factory data, we can achieve the evaluation of the failures and defects of the switch device release and mechanical parts stuck or stuck, worn and deteriorated.

【技术实现步骤摘要】
一种基于线圈电流波形的开关状态判断模型
本专利技术涉及开关运行状态及维护的评估或评价
，具体是涉及一种基于线圈电流波形的开关状态判断模型。
技术介绍
开关设备是一种保护电器，系统故障时，需要开关切断故障电流，保护系统及其设备的安全。开关设备的分合闸特性非常重要，在传统的调度自动化或监控系统中，开关在运行过程中的分合闸特性是无法获得的。由于近年来智能电网的发展，越来越重视开关运行中的状态的可视化，因此，采用多种方式测试开关的分合闸动作状态，即开关的机械特性。例如，采用行程传感器测量开关的分合闸机械特性，分合闸线圈电流波形等。行程传感器需要安装在机构主轴或传动箱的转动轴上，且传感器与轴的对中性要求很高，否则，将影响传感器的寿命，甚至可能由于对中性不好，增加运动阻尼，影响到本体的分合闸动作。尤其是对于智能化改造类产品，加装行程传感器的难度更大，很难保证产品的可靠性。线圈电流波形则属于电量测量，相对比较容易获得，可靠性较高。然而，现市场上的产品，大多仅仅实现了线圈电流波形的测量和显示，没有对波形与故障事件进行关联，即没有对波形进行深度解析，未能获得与波形相对应的故障或缺陷判断方法，由于监测数据或曲线具有较强的专业性，是否存在故障或缺陷，是马上进行检修还是需要关注、严重关注或停电时检修，需要专业人员解读才能得出结论，给运行中产品健康状态的判别带来很大困难，同时也无法实现实时的判别。本专利技术旨在通过对开关设备分合闸线圈电流波形的深度解析，得到开关及脱扣器动作电流波形曲线的特征量，通过特征值量的逻辑计算，实现对开关脱扣器及机械传动，辅助开关等故障的判断，同时，还能够通过对运行中分合闸线圈电流波形与出厂时分合闸电流波形的比对，评估分合闸脱扣器回路的电源电压是否满足要求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，现有的开关设备大多仅仅实现了线圈电流波形的测量和显示，没有对波形进行深度解析，不能获得与波形相对应的故障或缺陷判断方法，给运行中产品健康状态的判别带来很大困难，同时也无法实现实时的判别。本专利技术的技术方案是：一种基于线圈电流波形的开关状态判断模型，包括分合闸线圈电流波形曲线，电流波形曲线的时间特征值(T1，T2，T3，T4，T5)和电流的特征值(I1，I2，I3)，以及额定电压下的出厂数据(T10，T20，T30，T40，T50)和(I10，I20，I30)；通过监测到的分合闸线圈的特征值与出厂数据进行比对分析，能够实现分合闸线圈驱动直流电源电压的监测，并对电压低于或高于技术要求值进行预警；通过对特征值的之间，以及特征值与出厂数据之间的比对，能够实现对开关设备脱扣器及机械部件卡涩或卡滞以及磨损劣化的故障及缺陷的评估，具体判断方法如下：若分合闸线圈电流波形中I3存在，即T4-T3＞3ms，则驱动分合闸线圈的直流电源电压与额定电压比值评估为UTD＝I3/I30*100％；然后可对UTD进行评价，看是否符合标准对分合闸脱扣器电源电压的要求；针对分闸线圈电流波形，若65％≤UTD≤120％，驱动分闸线圈的直流电源电压满足技术要求，如果UTD＜65％或者UTD＞120％，推理得：分闸线圈的电源电压太低或太高，已不符合标准要求；针对合闸线圈电流波形，若80％≤UTD≤110％，驱动合闸线圈的直流电源电压满足技术要求，如果UTD＜80％或者UTD＞110％，推理得：合闸线圈的电源电压太低或太高，已不符合标准要求；若分合闸线圈电流波形中I1>1.3I10，推理得：脱扣器有明显的性能劣化趋势，可能存在卡滞或卡涩现象；根据上述对分合闸动作过程中线圈电流波形变化的解析，当线圈电流接近I1时，铁芯开始运动，即此时为脱扣器的启动电流，当I1较出厂时的I10增大时，说明脱扣器的启动电流增加，脱扣器的启动电流与脱扣器的电磁力和反力有关，反力包括复位弹簧力和静态的阻力，当脱扣器铁磁回路不变，线圈匝数及电流不变的情况下，其电磁力基本不变，启动电流增大，说明脱扣器的阻力增加，复位弹簧的力在运行过程中一般不会增大，因此，只可能存在由于动作使铁芯或脱扣器顶杆变形，阻尼增加或出现铁芯卡涩、卡滞等故障或缺陷；若分合闸线圈电流波形中I3存在，即T4-T3＞3ms，I1>k*I3，k＝0.75～0.95，推理得：脱扣器可能有卡滞或卡涩现象，且电源电压为低电压65％的额定电压时，存在不能可靠分闸的风险；若分合闸线圈电流波形中(I1-I10)/I10<X％,(T1-T10)/T10<X％，X＝1％～10％，即启动电流没有明显增加，特征值I1(略大于启动电流)没有显著的变化，且线圈电流波形较出厂时的波形多了一个或多个拐点，依然能够实现分合闸操作，且T4>k1*T40，k1＝1.3～1.5，即T4明显增加，即辅助开关时间延迟，推理得：分闸时间劣化而变长，脱扣器、机构脱扣系统或传动系统阻力增大；例如：脱扣器阻尼增大或卡滞；机构传动部件由于磨损或变形引起阻尼增大；若分合闸线圈电流波形无T5或T4>100ms，开关依然完成分合闸动作，推理得：可能出现辅助开关自身故障，此时，辅助开关已经无法完成切换线圈的任务，大多数情况，分合闸线圈已经烧损，建议检查辅助开关及分合闸线圈，必要时进行更换；若分合闸线圈电流波形无T5或T4>100ms，开关未完成分合闸动作，推理得：由于脱扣器卡死；机构脱扣部分或传动部件卡滞，建议立即停电检修。进一步地，在上述方案中，所述分合闸线圈电流波形曲线中各特征值的确定方法为：0～T1，线圈开始通电，线圈电流由0开始上升，但此时脱扣器的铁芯未动作，线圈的电感不变，电流呈指数上升；T1～T2，当时间接近T1，电流接近I1时，铁芯开始运动，由于铁芯运动产生反电动势，使得电流开始下降，直至运动停止，此时电流到最小值T2；T2～T3，此时脱扣器的铁芯已经停止运动，由于运动产生的反电动势消失，电流开始上升，直至在T3时刻达到峰值电流I3；T3～T4，当开关运动到位后，此时，电流已达到稳定值，其值I3为电源电压与线圈电阻的比值，其中：U为分合闸线圈回路的电源电压，R为分合闸线圈电阻；T4时刻辅助开关动作，切断分合闸线圈电流回路；T4～T5，辅助开关切断电流回路，电流降为零。进一步地，在上述方案中，所述额定电压下的出厂数据的确定方法为：在开关出厂时，在分合闸脱扣器电源电压为额定电压下，测得分合闸线圈电流波形曲线，并将波形曲线中的特征值定义为T10，T20，T30，T40，T50和I10，I20，I30，并作为参数保存。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了开关设备运行过程中，采用最简易低成本高可靠的测量方法，实现对开关分合闸特性故障、缺陷及性能劣化的判别。通过对开关设备分合闸线圈电流波形的深度解析，得到开关及脱扣器动作电流波形曲线的特征量，通过特征值量的逻辑计算，实现对开关脱扣器及机械传动，辅助开关等故障的判断，同时，还能够通过对运行中分合闸线圈电流波形与出厂时分合闸电流波形的比对，评估分合闸脱扣器回路的电源电压是否满足要求。附图说明图1是本专利技术分合闸线圈电流典型波形图。具体实施方式通过采集模块，实现对开关设备分合闸动作时分合闸线圈电流波形的采集，得到如图1所示的分合闸线圈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线圈电流波形的开关状态判断模型，其特征在于，包括分合闸线圈电流波形曲线，电流波形曲线的时间特征值(T1，T2，T3，T4，T5)和电流的特征值(I1，I2，I3)，以及额定电压下的出厂数据(T10，T20，T30，T40，T50)和(I10，I20，I30)；通过监测到的分合闸线圈的特征值与出厂数据进行比对分析，能够实现分合闸线圈驱动直流电源电压的监测，并对电压低于或高于技术要求值进行预警；通过对特征值的之间，以及特征值与出厂数据之间的比对，能够实现对开关设备脱扣器及机械部件卡涩或卡滞以及磨损劣化的故障及缺陷的评估，具体判断方法如下：若分合闸线圈电流波形中I3存在，即T4‑T3＞3ms，则驱动分合闸线圈的直流电源电压与额定电压比值评估为UTD＝I3/I30*100％；针对分闸线圈电流波形，若65％≤UTD≤120％，驱动分闸线圈的直流电源电压满足技术要求，如果UTD＜65％或者UTD＞120％，推理得：分闸线圈的电源电压太低或太高，已不符合标准要求；针对合闸线圈电流波形，若80％≤UTD≤110％，驱动合闸线圈的直流电源电压满足技术要求，如果UTD＜80％或者UTD＞110％，推理得：合闸线圈的电源电压太低或太高，已不符合标准要求；若分合闸线圈电流波形中I1>1.3I10，推理得：脱扣器有明显的性能劣化趋势，可能存在卡滞或卡涩现象；若分合闸线圈电流波形中I3存在，即T4‑T3＞3ms，I1>k*I3，k＝0.75～0.95，推理得：脱扣器可能有卡滞或卡涩现象，且电源电压为低电压65％的额定电压时，存在不能可靠分闸的风险；若分合闸线圈电流波形中(I1‑I10)/I10<X％,(T1‑T10)/T10<X％，X＝1％～10％，且线圈电流波形较出厂时的波形多了一个或多个拐点，依然能够实现分合闸操作，且T4>k1*T40，k1＝1.3～1.5，推理得：分闸时间劣化而变长，脱扣器、机构脱扣系统或传动系统阻力增大；若分合闸线圈电流波形无T5或T4>100ms，开关依然完成分合闸动作，推理得：可能出现辅助开关自身故障；若分合闸线圈电流波形无T5或T4>100ms，开关未完成分合闸动作，推理得：由于脱扣器卡死。...

【技术特征摘要】
1.一种基于线圈电流波形的开关状态判断模型，其特征在于，包括分合闸线圈电流波形曲线，电流波形曲线的时间特征值(T1，T2，T3，T4，T5)和电流的特征值(I1，I2，I3)，以及额定电压下的出厂数据(T10，T20，T30，T40，T50)和(I10，I20，I30)；通过监测到的分合闸线圈的特征值与出厂数据进行比对分析，能够实现分合闸线圈驱动直流电源电压的监测，并对电压低于或高于技术要求值进行预警；通过对特征值的之间，以及特征值与出厂数据之间的比对，能够实现对开关设备脱扣器及机械部件卡涩或卡滞以及磨损劣化的故障及缺陷的评估，具体判断方法如下：若分合闸线圈电流波形中I3存在，即T4-T3＞3ms，则驱动分合闸线圈的直流电源电压与额定电压比值评估为UTD＝I3/I30*100％；针对分闸线圈电流波形，若65％≤UTD≤120％，驱动分闸线圈的直流电源电压满足技术要求，如果UTD＜65％或者UTD＞120％，推理得：分闸线圈的电源电压太低或太高，已不符合标准要求；针对合闸线圈电流波形，若80％≤UTD≤110％，驱动合闸线圈的直流电源电压满足技术要求，如果UTD＜80％或者UTD＞110％，推理得：合闸线圈的电源电压太低或太高，已不符合标准要求；若分合闸线圈电流波形中I1&gt;1.3I10，推理得：脱扣器有明显的性能劣化趋势，可能存在卡滞或卡涩现象；若分合闸线圈电流波形中I3存在，即T4-T3＞3ms，I1&gt;k*I3，k＝0.75～0.95，推理得：脱扣器可能有卡滞或卡涩现象，且电源电压为低电压65％的额定电压时，存在不能可靠分闸的风险；若分合闸线圈电流波形中(I1-I10)/I10&lt;X％,(T1-T10)/T10&lt;X％，X＝1％～10％，且线圈电流波形较出厂时的波形多了一个或多个拐点，依然能够实现分合闸操作，且T4&a...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小军，王文斌，李刚，徐润升，杨承涛，杨平，
申请(专利权)人：陕西斯瑞新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61