智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法，包括：S01、获取智能电能表内置负荷开关的衔铁不同角位移α和不同线圈电流值i条件下的线圈磁通量φ2和电磁吸力矩Mx，得到电磁系统静态数据；S02、获取衔铁不同角位移α条件下的簧片形变位移Δx、反力Ff和反力矩Mf，得到触簧系统反力静态数据；S03、基于电磁系统静态数据和触簧系统反力静态数据，采用四阶Runge‑Kutta法进行分析，得到动态特性参数条件下的动态特性数据；S04、对步骤S03中得到的动态特性数据进行分析以评估负荷开关的可靠性。本发明专利技术还相应公开了一种与上述方法相对应的系统及介质。本发明专利技术的方法、系统及介质均具有分析精准可靠等优点。

Analysis Method, System and Media of Dynamic Characteristics of Built-in Load Switch in Intelligent Electric Energy Meter

【技术实现步骤摘要】
智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法、系统及介质
本专利技术主要涉及电能表
，特指一种智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法、系统及介质。
技术介绍
电能表用内置负荷开关的质量好坏直接关系到客户服务质量和电网运行安全。全国大规模开展低压集抄建设以来，国网公司话务量巨大，受理的计量故障报修业务中，电能表用内置负荷开关故障处于较高比例，占整个计量故障报修的60％，内置负荷开关的质量问题已给电网公司带来了巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，提升内置负荷开关的可靠性，从本质上提升内置负荷开关的质量，减少因内置负荷开关失效而导致的故障，对于提升优质服务水平，确保电网稳定，节约企业人力、物力、财力，具有重大的社会意义和经济意义。通过分析，电能表用内置负荷开关操作频率较低，但对可靠性要求较高，一般在用户欠费或短路等特殊情况下才会操作分闸，在用户缴费完成后或恢复正常时操作合闸。同时，在用户电费充裕及状态正常时，内置负荷开关不应动作，保证用户正常用电；当线路发生过载或短路故障时，应及时动作，断开故障电流，以保护线路及用电设备。电能表内置负荷开关在动作过程中表现出来的动态特性(比如角速度、角加速度等)是衡量其性能和可靠性的重要指标。在各种静止状态下，吸、反力特性配合的好坏直接影响动态特性的优劣，并最终影响内置负荷开关寿命的长短。而触点分断电弧侵蚀是导致触点失效，内置负荷开关寿命较短的主要原因，影响触点侵蚀及失效的另一个较为重要原因是触点闭合弹跳。对于应用场景为交流电负荷，仅靠触点分离拉灭电弧的电能表内置负荷开关，增大触点分离速度是减轻分断燃弧侵蚀、抑制或防止闭合弹跳的重要手段。目前对于负荷开关的此项特性并未有相应的关注，也没有相应的测量装置，且通过测量装置也无法精准的得到上述结果，从而无法实现对其可靠性的监测及改良。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种分析过程简单、分析结果精准的智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法、系统及介质。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法，包括以下步骤：S01、获取智能电能表内置负荷开关的衔铁不同角位移α和不同线圈电流值i条件下的线圈磁通量φ2和电磁吸力矩Mx，得到电磁系统静态数据；S02、获取衔铁不同角位移α条件下的簧片形变位移Δx、反力Ff和反力矩Mf，得到触簧系统反力静态数据；S03、基于电磁系统静态数据和触簧系统反力静态数据，采用四阶Runge-Kutta法进行分析，得到动态特性参数条件下的动态特性数据；S04、对步骤S03中得到的动态特性数据进行分析以评估负荷开关的可靠性。优选地，所述步骤S01的具体过程为：S11、由负荷开关磁系统结构，依据等效磁路法，建立计及铁芯与衔铁之间漏磁阻的负荷开关等效磁路模型；S12、依据计及铁芯与衔铁之间漏磁阻的负荷开关等效磁路模型，计算负荷开关等效磁路模型中各工作气隙的磁通值φpi；S13、通过工作气隙对应的截面积Spi，计算各工作气隙对应的电磁吸力Fi，从而得到电磁吸力矩Mx。优选地，在步骤S13中，电磁吸力Fi通过麦克斯韦电磁力计算公式进行计算：式中φpi表示通过工作气隙的磁通，Spi表示工作气隙对应的截面积，μ0表示真空磁导率，μ0＝4π×10-7Wb/(A·m)；电磁吸力矩Mx为：Mx＝F2r12+F3r21-F1r11-F4r22；其中长左衔铁长r11；长右衔铁长r21；短左衔铁长r12；短右衔铁长r22。优选地，所述步骤S02中得到反力矩的具体过程为:S21、将智能电能表内置负荷开关中各层簧片分成n段，建立各层各段对应的数学函数模型；S22、获取各层各段簧片中的截面弯矩，并结合对应数学模型，得到各层各段簧片的子柔度；S23、通过各层各段簧片的子柔度，得到各层簧片在受点力处的柔度；S24、通过各层簧片在受点力处的柔度和刚度，再结合衔铁不同角位移α，得到整体簧片作用于衔铁上的反力矩。优选地，所述步骤S21中，将智能电能表内置负荷开关中各层簧片分成三段，分别为依次连接的直线段S1、曲线段S2和直线段S3。优选地，所述步骤S22中，各层各段簧片的子柔度为：其中Mwf表示簧片弯矩、E表示簧片的材料弹性模量、I表示簧片截面惯性矩、s表示簧片弧长、Pf为受力点的作用力。优选地，所述步骤S24中，通过各层簧片在受点力处的柔度，得到各层簧片在受点力处的反力，从而得到整体簧片作用于智能电能表内置负荷开关的衔铁上的反力矩。优选地，三层簧片在受力点的反力：其中，Δx为簧片在f处的形变位移，其中三层簧片的柔度分别为Cff1、Cff2、Cff3，刚度分别为G1、G2、G3；Δx＝α·r11-xc0式中xc0为簧片形变位移初始值，α为衔铁角位移，αr11为衔铁线位移；三层簧片的反力作用在衔铁上的反力矩：第一模块，用于获取智能电能表内置负荷开关的衔铁不同角位移α和不同线圈电流值i条件下的线圈磁通量φ2和电磁吸力矩Mx，形成电磁系统静态数据；第二模块，用于获取衔铁不同角位移α条件下的簧片形变位移Δx、反力Ff和反力矩Mf，得到触簧系统反力静态数据；第三模块，用于基于电磁系统静态数据和触簧系统反力静态数据，采用四阶Runge-Kutta进行分析，得到动态特性参数条件下的动态特性数据；第四模块，用于对步骤S03中得到的动态特性数据进行分析以评估负荷开关的可靠性。本专利技术进一步公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法、系统及介质，通过电磁系统静态数据和触簧系统反力静态数据，采用四阶Runge-Kutta法进行分析，得到动态特性参数条件下的动态特性数据，再与设定的标准值进行对比，从而判断负荷开关工作的可靠性，也便于后续对负荷开关各参数进行优化以形成闭环；另外，上述得到动态特性数据的过程简单且结果精准。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为本专利技术的质量特性分析流程图。图3为本专利技术的负荷开关磁系统结构示意图。图4为本专利技术的计及漏磁的等效磁路图。图5为本专利技术的工作气隙示意图。图6为本专利技术的簧片自柔度与互柔度的分段计算模型图。图7为本专利技术中单层簧片子柔度段示意图。图8为本专利技术中基于静态数据的动态特性分析流程图。图9为本专利技术中内置负荷开关线圈等效电路图。图10为本专利技术中动态特性计算流程图。图11为本专利技术中衔铁角速度示意图。图12为本专利技术中衔铁角加速度示意图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。如图1所示，本实施例的智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法，包括以下步骤：S01、获取智能电能表内置负荷开关的衔铁不同角位移α和不同线圈电流值i条件下的线圈磁通量φ2和电磁吸力矩Mx，得到电磁系统静态数据；S02、获取衔铁不同角位移α条件下的簧片形变位移Δx、反力Ff和反力矩Mf，得到触簧系统反力静态数据；S03、基于电磁系统静态数据和触簧系统反力静态数据，采用四阶Runge-Kutta法进行分析，得到动态特性参数条件下的动态特性数据(如衔铁角速度、衔铁角加速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S01、获取智能电能表内置负荷开关的衔铁不同角位移α和不同线圈电流值i条件下的线圈磁通量φ2和电磁吸力矩Mx，得到电磁系统静态数据；S02、获取衔铁不同角位移α条件下的簧片形变位移Δx、反力Ff和反力矩Mf，得到触簧系统反力静态数据；S03、基于电磁系统静态数据和触簧系统反力静态数据，采用四阶Runge‑Kutta法进行分析，得到动态特性参数条件下的动态特性数据；S04、对步骤S03中得到的动态特性数据进行分析以评估负荷开关的可靠性。

【技术特征摘要】
1.一种智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S01、获取智能电能表内置负荷开关的衔铁不同角位移α和不同线圈电流值i条件下的线圈磁通量φ2和电磁吸力矩Mx，得到电磁系统静态数据；S02、获取衔铁不同角位移α条件下的簧片形变位移Δx、反力Ff和反力矩Mf，得到触簧系统反力静态数据；S03、基于电磁系统静态数据和触簧系统反力静态数据，采用四阶Runge-Kutta法进行分析，得到动态特性参数条件下的动态特性数据；S04、对步骤S03中得到的动态特性数据进行分析以评估负荷开关的可靠性。2.根据权利要求1所述的智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法，其特征在于，所述步骤S01的具体过程为：S11、由负荷开关磁系统结构，依据等效磁路法，建立计及铁芯与衔铁之间漏磁阻的负荷开关等效磁路模型；S12、依据计及铁芯与衔铁之间漏磁阻的负荷开关等效磁路模型，计算负荷开关等效磁路模型中各工作气隙的磁通值φpi；S13、通过工作气隙对应的截面积Spi，计算各工作气隙对应的电磁吸力Fi，从而得到电磁吸力矩Mx。3.根据权利要求2所述的智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法，其特征在于，在步骤S13中，电磁吸力Fi通过麦克斯韦电磁力计算公式进行计算：式中φpi表示通过工作气隙的磁通，Spi表示工作气隙对应的截面积，μ0表示真空磁导率，μ0＝4π×10-7Wb/(A·m)；电磁吸力矩Mx为：Mx＝F2r12+F3r21-F1r11-F4r22；其中长左衔铁长r11；长右衔铁长r21；短左衔铁长r12；短右衔铁长r22。4.根据权利要求1或2或3所述的智能电能表内置负荷开关动态特性分析方法，其特征在于，所述步骤S02中得到反力矩的具体过程为:S21、将智能电能表内置负荷开关中各层簧片分成n段，建立各层各段对应的数学函数模型；S22、获取各层各段簧片中的截面弯矩，并结合对应数学模型，得到各层各段簧片的子柔度；S23、通过各层各段簧片的子柔度，得到各层簧片在受点力处的柔度；S24、通过各层簧片在受点力处的柔度和刚度，再结合衔...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊德智，陈向群，柳青，杨茂涛，黄瑞，吴志勇，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司，国网湖南省电力有限公司供电服务中心计量中心，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43