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一种人工智能高压断路器在线监测系统及方法技术方案

技术编号:22329167 阅读:121 留言:0更新日期:2019-10-19 12:05
本发明专利技术公开了一种人工智能高压断路器在线监测系统及方法。该系统采集变电站的实时数据和非实时数据,用于在线监测高压断路器的机械特性、控制回路特性、告警信号特性等技术指标。监测的时间参数精度为不大于1毫秒,准确度为满足断路器制造参数范围内,还可通过人工智能技术来补偿不同物理链路构成的控制回路延时误差。该系统的监测范围从设备本体扩展到控制回路、告警信号,具有“不停电安装调试、不触动设备及控制回路、不受电磁干扰、不新增额外运维工作量”等优点。人工智能高压断路器在线监测系统与停电预防性试验构成“停电人工试验、在线智能监测”双重主动预警保障体系,为优化断路器运行维护策略提供决策参考。

An artificial intelligence on-line monitoring system and method for high voltage circuit breaker

【技术实现步骤摘要】
一种人工智能高压断路器在线监测系统及方法
本专利技术涉及电力系统智能电网监测领域,尤其是涉及一种人工智能高压断路器在线监测系统及方法。
技术介绍
高压断路器是在正常或故障情况下接通或断开高压电路的专用电器,是电网最重要的安全保护设备。相对于静止的变压器、电抗器、电容器等电气设备,高压断路器要在频繁的正常分合闸和故障时切断中保证正确的动作,而其分合闸时间及其不同期时间与电气设备绝缘过电压、设备同期并列、断路器的动静触头损伤等因素密切相关,因此开展对高压断路器分合闸特性的在线监测对提高断路器乃至电网的安全可靠性具有重要意义。电力系统中,高压断路器数量多、检修量大、费用高。另据统计,断路器的部分故障是由于不正确的检修所致,断路器的大修解体,既费时间,费用也很高,而且解体和重新装配会引起很多新的缺陷。显然电力系统迫切需要及时了解断路器的工作状态,减少非计划或不必要的停电试验和检修,减少维护工作量,降低维修费用,提高检修的针对性,从而提高电网和断路器的可靠性和经济性。当前主要有两种断路器在线监测解决方案,分别是“外加传感器及合并单元和智能IED的解决方案(以下简称外加传感器方案)、单纯用实时及非实时数据的大数据监测解决方案(以下简称大数据方案)。外加传感器方案是在断路器设备及其控制回路上加装各种传感器,通过监测断路器的一次电流、分合阐线圈电流及储能电机的特征数据,对断路器的电寿命、机械性能的好坏进行评估,能够及时发现隐藏性故障。显然,外加传感器方案目前至少存在如下的不足:传感器价格昂贵,可靠性也存疑虑;带来了传感器检验问题和维护工作量增大的困扰;安装空间较大,产品尺寸在实际工程安装的配合;光纤信号的引出及抗干扰和电磁的问题;存在温度、振动及外磁场等干扰因素;部件的型式试验报告不全等。这些问题困扰着此类在线监测解决方案的大规模工程应用。此外,纵观国内外外加传感器的监测方案的研究报告、产品说明书,均没有看到对监测数据精确度和准确度的描述。大数据方案是从SCADA系统、测控装置、继电保护装置、故障录波装置、选相分合闸装置等采集数据,并通过技术模型计算出监测数据,运用大数据技术对设备状态进行分析。这种方案刚刚起步,目前也存在业务场景和技术模型少,所监测参数维度不够多,且智能分析的程度不高等不足。中国工程院院士刘韵洁表示,做到人工智能与制造业紧密融合,实现智能化生产,需要三个要素。一是工业生产的大数据,二是有模型和算法,三是计算能力。而本专利技术拥有源源不断的电力工业生产大数据,具有多种业务场景的技术模型和算法,通过开发在线监测系统程序来构建计算能力,对高压断路器运维需要的数据进行挖掘,就能实现人工智能的高压断路器在线监测和安全态势感知,逐步优化断路器运维的状态检修。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种高压断路器在线监测系统、方法,以改善上述问题。第一方面,本申请实施例提供一种人工智能高压断路器在线监测系统,包括数据采集模块、监测计算模块。数据采集模块和监测计算模块分别单独部署在不同的服务器中,或者共同部署在同一台高性能服务器中。数据采集模块用于对变电站的电气设备运行产生的实时数据和非实时数据进行采集、抽取、清洗、汇聚,提供监测计算模块用于在线监测分析所需的数据。监测计算模块包括在线监测的机械特性模块、控制回路特性模块、告警信号特性模块、人工智能监测模块;所述监测计算模块能够通过所述人工智能监测模块设定人工智能策略,运用人工智能技术来补偿不同物理链路固有的时间误差;所述监测计算模块所监测的时间参数精度为不大于1毫秒,准确度为落在断路器制造参数范围内,分析过程可追溯;运用边缘计算和云计算技术,可构成大规模高压断路器集群在线监测子站和主站系统。机械特性模块的技术模型用于对包括分闸时间、三相分闸不同期时间、合闸时间、三相合闸不同期时间、合闸弹跳时间、合闸弹跳次数、分合时间、合分时间、分合分操作顺序、分闸辅助接点转换时间、三相分闸辅助接点转换不同期时间、合闸辅助接点转换时间、三相合闸辅助接点转换不同期时间、储能系统启动时间的在线监测参数进行计算。断路器分合闸位置取自操动机构辅助开关的接点,分合闸信号包括分合闸控制按钮、测控装置、选相分合闸装置和继电保护装置、电网安全稳定控制装置发出的分合闸控制信号。分闸时间也称为开断时间或全分闸时间,是指处于合闸位置的断路器,从分闸控制信号发出及分闸回路带电时刻到断路器分闸辅助接点转换到分闸位置的时间间隔。合闸时间也称为关合时间,是指处于分闸位置的断路器,从合闸控制信号发出及合闸回路带电时刻到断路器合闸辅助接点转换到合闸位置的时间间隔。分合闸时间包括分合闸控制信号在与断路器构成一个整体的分合闸控制回路的响应时间和分合闸辅助接点转换过程的时长,分别表示为:T分闸时间=T分闸控制回路响应时间+T合闸位置转换为分闸位置过程的时长;T合闸时间=T合闸控制回路响应时间+T分闸位置转换为合闸位置过程的时长;以分合闸信号时标、辅助接点转换到位时标为基准,在线监测的断路器分合闸时间技术模型及运算规则为:三相联动操作的分闸时间:Topen=T2-T1-Kopen;其中,Topen是所述分闸时间,T1是分闸信号发出的时标,T2是分闸辅助接点闭合的时标,Kopen是分闸补偿系数。三相联动操作的合闸时间:Tclose=T4-T3-Kclose;其中,Tclose是所述合闸时间,T3是合闸信号发出的时标,T4是合闸辅助接点到位的时标,Kclose是合闸补偿系数。Kopen和Kclose是对包括断路器固有制造参数、停电预防性试验参数、交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对测控装置、选相分合闸装置、继电保护装置和分合闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从而使所监测到的分合闸时间更接近断路器的固有制造参数。分相操作的分闸时间:TAopen=TA2-TA1-KAO;其中,TAopen是A相分闸时间,TA1是A相分闸信号发出的时标,TA2是A相分闸辅助接点闭合的时标,KAO是A相分闸补偿系数。TBopen=TB2-TB1-KBO;其中,TBopen是B相分闸时间,TB1是B相分闸信号发出的时标,TB2是B相分闸辅助接点闭合的时标,KBO是B相分闸补偿系数。TCopen=TC2-TC1-KCO;其中,TCopen是C相分闸时间,TC1是C相分闸信号发出的时标,TC2是C相分闸辅助接点闭合的时标,KCO是C相分闸补偿系数。KAO、KBO、KCO系数是对包括断路器固有制造参数、停电预防性试验参数、交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对测控装置、选相分合闸装置、继电保护装置和分闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从而使所监测到的分闸时间更接近断路器的固有制造参数。三相分闸不同期时间,是上述分相操作分闸时间最大值和最小值的差值;分相操作的合闸时间:TAclose=TA2-TA1-KAC;其中,TAclose是A相合闸时间,TA1是A相合闸信号发出的时标,TA2是A相合闸辅助接点闭合的时标,KAC是A相合闸补偿系数。TBclose=TB2-TB1-KBC;其中,TBclose是B相合闸时间,TB1是B相合闸信号发出的时标,TB2是B相合闸辅助接点闭合的时标,KBC是B相合闸补偿系数。TCclose=TC2-本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种人工智能高压断路器在线监测系统,其特征在于,包括数据采集模块、监测计算模块,所述数据采集模块和监测计算模块分别单独部署在不同的服务器中,或者共同部署在同一台高性能服务器中;所述数据采集模块用于对变电站的电气设备运行所产生的实时数据和非实时数据进行采集、抽取、清洗、汇聚,以提供所述监测计算模块用于在线监测分析所需的数据;所述监测计算模块包括在线监测的机械特性模块、控制回路特性模块、告警信号特性模块、人工智能监测模块;所述监测计算模块能够通过所述人工智能监测模块设定人工智能策略,运用人工智能技术来补偿不同物理链路固有的时间误差;所述监测计算模块所监测的时间参数精度为不大于1毫秒,准确度为落在断路器制造参数范围内,分析过程可追溯;所述机械特性模块的技术模型用于对包括分闸时间、三相分闸不同期时间、合闸时间、三相合闸不同期时间、合闸弹跳时间、合闸弹跳次数、分合时间、合分时间、分合分操作顺序、分闸辅助接点转换时间、三相分闸辅助接点转换不同期时间、合闸辅助接点转换时间、三相合闸辅助接点转换不同期时间、储能系统启动时间的在线监测参数进行计算;断路器分合闸位置取自操动机构辅助开关的接点,分合闸信号包括分合闸控制按钮、测控装置、选相分合闸装置和继电保护装置、电网安全稳定控制装置发出的分合闸控制信号;分闸时间也称为开断时间或全分闸时间,是指处于合闸位置的断路器,从分闸控制信号发出及分闸回路带电时刻到断路器分闸辅助接点转换到分闸位置的时间间隔;合闸时间也称为关合时间,是指处于分闸位置的断路器,从合闸控制信号发出及合闸回路带电时刻到断路器合闸辅助接点转换到合闸位置的时间间隔;分合闸时间包括分合闸控制信号在与断路器构成一个整体的分合闸控制回路的响应时间和分合闸辅助接点转换过程的时长,分别表示为:T分闸时间=T分闸控制回路响应时间+T合闸位置转换为分闸位置过程的时长;T合闸时间=T合闸控制回路响应时间+T分闸位置转换为合闸位置过程的时长;以分合闸信号时标、辅助接点转换到位时标为基准,在线监测的断路器分合闸时间技术模型及运算规则为:三相联动操作的分闸时间:Topen=T2‑T1‑Kopen;其中,Topen是所述分闸时间,T1是分闸信号发出的时标,T2是分闸辅助接点闭合的时标,Kopen是分闸补偿系数;三相联动操作的合闸时间:Tclose=T4‑T3‑Kclose;其中,Tclose是所述合闸时间,T3是合闸信号发出的时标,T4是合闸辅助接点到位的时标,Kclose是合闸补偿系数;Kopen和Kclose是对包括断路器固有制造参数、停电预防性试验参数、交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对所述测控装置、所述选相分合闸装置、所述继电保护装置和分合闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从而使所监测到的分合闸时间更接近所述断路器的固有制造参数;分相操作的分闸时间:TAopen=TA2‑TA1‑KAO;其中,TAopen是A相分闸时间,TA1是A相分闸信号发出的时标,TA2是A相分闸辅助接点闭合的时标,KAO是A相分闸补偿系数;TBopen=TB2‑TB1‑KBO;其中,TBopen是B相分闸时间,TB1是B相分闸信号发出的时标,TB2是B相分闸辅助接点闭合的时标,KBO是B相分闸补偿系数;TCopen=TC2‑TC1‑KCO;其中,TCopen是C相分闸时间,TC1是C相分闸信号发出的时标,TC2是C相分闸辅助接点闭合的时标,KCO是C相分闸补偿系数;KAO、KBO、KCO系数是对包括所述断路器固有制造参数、所述停电预防性试验参数、所述交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对所述测控装置、所述选相分合闸装置、所述继电保护装置和所述分闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从而使所监测到的分闸时间更接近所述断路器的固有制造参数;所述三相分闸不同期时间,是上述分相操作分闸时间最大值和最小值的差值;分相操作的合闸时间:TAclose=TA2‑TA1‑KAC;其中,TAclose是A相合闸时间,TA1是A相合闸信号发出的时标,TA2是A相合闸辅助接点闭合的时标,KAC是A相合闸补偿系数;TBclose=TB2‑TB1‑KBC;其中,TBclose是B相合闸时间,TB1是B相合闸信号发出的时标,TB2是B相合闸辅助接点闭合的时标,KBC是B相合闸补偿系数;TCclose=TC2‑TC1‑KCC;其中,TCclose是C相合闸时间,TC1是C相合闸信号发出的时标,Tc2是B相合闸辅助接点闭合的时标,KCC是C相合闸补偿系数;KAC、KBC、KCC系数是对包括所述断路器固有制造参数、所述停电预防性试验参数、所述交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对所述测控装置、所述选相分合闸装置、所述继电保护装置和所述合闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从...

【技术特征摘要】
1.一种人工智能高压断路器在线监测系统,其特征在于,包括数据采集模块、监测计算模块,所述数据采集模块和监测计算模块分别单独部署在不同的服务器中,或者共同部署在同一台高性能服务器中;所述数据采集模块用于对变电站的电气设备运行所产生的实时数据和非实时数据进行采集、抽取、清洗、汇聚,以提供所述监测计算模块用于在线监测分析所需的数据;所述监测计算模块包括在线监测的机械特性模块、控制回路特性模块、告警信号特性模块、人工智能监测模块;所述监测计算模块能够通过所述人工智能监测模块设定人工智能策略,运用人工智能技术来补偿不同物理链路固有的时间误差;所述监测计算模块所监测的时间参数精度为不大于1毫秒,准确度为落在断路器制造参数范围内,分析过程可追溯;所述机械特性模块的技术模型用于对包括分闸时间、三相分闸不同期时间、合闸时间、三相合闸不同期时间、合闸弹跳时间、合闸弹跳次数、分合时间、合分时间、分合分操作顺序、分闸辅助接点转换时间、三相分闸辅助接点转换不同期时间、合闸辅助接点转换时间、三相合闸辅助接点转换不同期时间、储能系统启动时间的在线监测参数进行计算;断路器分合闸位置取自操动机构辅助开关的接点,分合闸信号包括分合闸控制按钮、测控装置、选相分合闸装置和继电保护装置、电网安全稳定控制装置发出的分合闸控制信号;分闸时间也称为开断时间或全分闸时间,是指处于合闸位置的断路器,从分闸控制信号发出及分闸回路带电时刻到断路器分闸辅助接点转换到分闸位置的时间间隔;合闸时间也称为关合时间,是指处于分闸位置的断路器,从合闸控制信号发出及合闸回路带电时刻到断路器合闸辅助接点转换到合闸位置的时间间隔;分合闸时间包括分合闸控制信号在与断路器构成一个整体的分合闸控制回路的响应时间和分合闸辅助接点转换过程的时长,分别表示为:T分闸时间=T分闸控制回路响应时间+T合闸位置转换为分闸位置过程的时长;T合闸时间=T合闸控制回路响应时间+T分闸位置转换为合闸位置过程的时长;以分合闸信号时标、辅助接点转换到位时标为基准,在线监测的断路器分合闸时间技术模型及运算规则为:三相联动操作的分闸时间:Topen=T2-T1-Kopen;其中,Topen是所述分闸时间,T1是分闸信号发出的时标,T2是分闸辅助接点闭合的时标,Kopen是分闸补偿系数;三相联动操作的合闸时间:Tclose=T4-T3-Kclose;其中,Tclose是所述合闸时间,T3是合闸信号发出的时标,T4是合闸辅助接点到位的时标,Kclose是合闸补偿系数;Kopen和Kclose是对包括断路器固有制造参数、停电预防性试验参数、交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对所述测控装置、所述选相分合闸装置、所述继电保护装置和分合闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从而使所监测到的分合闸时间更接近所述断路器的固有制造参数;分相操作的分闸时间:TAopen=TA2-TA1-KAO;其中,TAopen是A相分闸时间,TA1是A相分闸信号发出的时标,TA2是A相分闸辅助接点闭合的时标,KAO是A相分闸补偿系数;TBopen=TB2-TB1-KBO;其中,TBopen是B相分闸时间,TB1是B相分闸信号发出的时标,TB2是B相分闸辅助接点闭合的时标,KBO是B相分闸补偿系数;TCopen=TC2-TC1-KCO;其中,TCopen是C相分闸时间,TC1是C相分闸信号发出的时标,TC2是C相分闸辅助接点闭合的时标,KCO是C相分闸补偿系数;KAO、KBO、KCO系数是对包括所述断路器固有制造参数、所述停电预防性试验参数、所述交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对所述测控装置、所述选相分合闸装置、所述继电保护装置和所述分闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从而使所监测到的分闸时间更接近所述断路器的固有制造参数;所述三相分闸不同期时间,是上述分相操作分闸时间最大值和最小值的差值;分相操作的合闸时间:TAclose=TA2-TA1-KAC;其中,TAclose是A相合闸时间,TA1是A相合闸信号发出的时标,TA2是A相合闸辅助接点闭合的时标,KAC是A相合闸补偿系数;TBclose=TB2-TB1-KBC;其中,TBclose是B相合闸时间,TB1是B相合闸信号发出的时标,TB2是B相合闸辅助接点闭合的时标,KBC是B相合闸补偿系数;TCclose=TC2-TC1-KCC;其中,TCclose是C相合闸时间,TC1是C相合闸信号发出的时标,Tc2是B相合闸辅助接点闭合的时标,KCC是C相合闸补偿系数;KAC、KBC、KCC系数是对包括所述断路器固有制造参数、所述停电预防性试验参数、所述交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对所述测控装置、所述选相分合闸装置、所述继电保护装置和所述合闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从而使所监测到的合闸时间更接近所述断路器的固有制造参数;所述三相合闸不同期时间,是上述分相操作合闸时间最大值和最小值的差值;所述合闸弹跳时间是指处于分闸状态的断路器进行合闸操作,最后一次合闸辅助接点闭合至第一次合闸辅助接点闭合的时间间隔:T合闸弹跳时间=T最后一次合闸辅助接点闭合时标-T第一次合闸辅助接点闭合时标;电压大于或等于35kV的断路器在合闸过程中触头接触后的弹跳时间小于或等于3ms;所述合闸弹跳次数是在所述合闸弹跳时间范围内的弹跳总次数:N合闸弹跳次数是合闸操作过程中第一次合闸辅助接点闭合时刻开始,至最后一次合闸辅助接点闭合时刻,合闸辅助接点闭合的次数之和;所述合分时间指处于分闸位置的断路器,从合闸信号或重合闸信号发出及合闸回路带电时刻到合闸操作完成,随后在所述继电保护装置进行的分闸操作使所述断路器处于分闸位置的时间间隔:TCloseOpen=Tco-Tc-KCloseOpen;其中,TCloseOpen是所述合分时间,Tc是合闸信号发出的时标,Tco是合闸随后的分闸辅助接点闭合的时标,KCloseOpen是合分时间补偿系数;KCloseOpen系数是对包括所述断路器固有制造参数、所述停电预防性试验参数、所述交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对所述测控装置、所述选相分合闸装置、所述继电保护装置和所述分合闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从而使所监测到的分合时间更接近所述断路器的固有制造参数;所述分合时间指处于合闸位置的断路器,从所述继电保护装置发出分闸信号及分闸回路带电时刻到分闸操作完成,随后在所述继电保护装置进行的合闸操作使断路器处于合闸位置的时间间隔:TOpenClose=TReClose-TOpen-KOpenClose;其中,TOpenClose是所述分合时间,TOpen分闸信号发出的时标,TReClose重合闸成功后的合闸辅助接点闭合的时标,KOpenClose是分合补偿系数;KOpenClose系数是对包括所述断路器固有制造参数、所述停电预防性试验参数、所述交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对所述测控装置、所述选相分合闸装置、所述继电保护装置和所述分合闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从而使所监测到的合分时间更接近所述断路器的固有制造参数;所述分合分操作顺序指处于合闸位置的断路器,从继电保护装置发出分闸信号及分闸回路带电时刻到分闸操作完成,随后在所述继电保护装置进行的重合闸操作使断路器处于合闸位置,再接着在所述继电保护装置进行的分闸操作并使所述断路器处于分闸状态的操作顺序过程,即O-CO顺序,包括四个部分;第一部分是分闸及分闸时间:TOpen1=TOpen1End-T1-KOpen1;其中,TOpen1是第一次分闸时间,T1是第一次分闸信号发出的时标,TOpen1End是第一次分闸辅助接点闭合时标,KOpen1是分闸补偿系数;第二部分是重合闸及合分时间:TReCloseOpen=TReCloseOpen-TReClose-KReCloseOpen;其中,TReCloseOpen是合分时间,TReClose是重合闸信号发出的时标,TReCloseOpen是重合闸随后的分闸辅助接点闭合的时标,KReCloseOpen是合分时间补偿系数;第三部分是分闸与合分之间的时间:TRclose-1Open=TRclose-T1open-KRclose-1Open;其中,TRclose-1Open是第一次分闸结束与重合闸信号发出的时间间隔,T1open是第一部分过程结束后分闸辅助接点闭合的时标,TRclose是第二部分的重合闸信号发出的时标,KRclose-1Open是分合分补偿系数;KOpen1、KReCloseOpen、KRclose-1Open系数是对包括所述断路器固有制造参数、所述停电预防性试验参数、所述交接试验参数进行智能运算得到的阈值,是对所述测控装置、所述选相分合闸装置、所述继电保护装置和所述分合闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿,从而使所监测到的TRclose-1Open更接近所述断路器及其控制回路的固有参数;第四部分是TRclose-1Open不大于0.3秒;分合闸辅助接点转换时间是指断路器分闸辅助接点、合闸辅助接点相互转换的时间;三相分合闸辅助接点转换不同期时间是指ABC三相辅助接点转换不同期时间最大值和最小值的差值;所述分闸辅助接点转换时间,是合闸辅助接点向分闸辅助接点转换的时长:三相联动的分合闸辅助接点转换时间分别表示为:T分闸辅助接点转换时间=T分闸辅助接点闭合的时标-T合位辅助接点断开的时标;T合闸辅助接点转换时间=T合闸辅助接点闭合的时标-T分闸辅助接点断开的时标;分相操作的分闸辅助接点转换时间,分别表示为:TA相分闸辅助接点转换时间=TA相分闸辅助接点闭合的时标-TA相合位辅助接点断开的时标;TB相分闸辅助接点转换时间=TB相分闸辅助接点闭合的时标-TB相合位辅助接点断开的时标;TC相分闸辅助接点转换时间=TC相分闸辅助接点闭合的时标-TC相合位辅助接点断开的时标;所述分相操作的分闸辅助接点转换不同期时间,是分闸辅助接点转换时间最大值和最小值的差值;分相操作的合闸辅助接点转换时间,分别表示为:TA相合闸辅助接点转换时间=TA相合闸辅助接点闭合...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨启蓓杨玖玖
申请(专利权)人:杨启蓓
类型:发明
国别省市:广西,45

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