[发明专利]一种人工智能高压断路器在线监测系统及方法

摘要

本发明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。

主权项

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：T_open＝T₂‑T₁‑K_open；其中，T_open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，K_open是分闸补偿系数；三相联动操作的合闸时间：T_close＝T₄‑T₃‑K_close；其中，T_close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，K_close是合闸补偿系数；K_open和K_close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：T_Aopen＝T_A2‑T_A1‑K_AO；其中，T_Aopen是A相分闸时间，T_A1是A相分闸信号发出的时标，T_A2是A相分闸辅助接点闭合的时标，K_AO是A相分闸补偿系数；T_Bopen＝T_B2‑T_B1‑K_BO；其中，T_Bopen是B相分闸时间，T_B1是B相分闸信号发出的时标，T_B2是B相分闸辅助接点闭合的时标,K_BO是B相分闸补偿系数；T_Copen＝T_C2‑T_C1‑K_CO；其中，T_Copen是C相分闸时间，T_C1是C相分闸信号发出的时标，T_C2是C相分闸辅助接点闭合的时标，K_CO是C相分闸补偿系数；K_AO、K_BO、K_CO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：T_Aclose＝T_A2‑T_A1‑K_AC；其中，T_Aclose是A相合闸时间，T_A1是A相合闸信号发出的时标，T_A2是A相合闸辅助接点闭合的时标，K_AC是A相合闸补偿系数；T_Bclose＝T_B2‑T_B1‑K_BC；其中，T_Bclose是B相合闸时间，T_B1是B相合闸信号发出的时标，T_B2是B相合闸辅助接点闭合的时标，K_BC是B相合闸补偿系数；T_Cclose＝T_C2‑T_C1‑K_CC；其中，T_Cclose是C相合闸时间，T_C1是C相合闸信号发出的时标，T_c2是B相合闸辅助接点闭合的时标，K_CC是C相合闸补偿系数；K_AC、K_BC、K_CC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：T_CloseOpen＝T_co‑T_c‑K_CloseOpen；其中，T_CloseOpen是所述合分时间，T_c是合闸信号发出的时标，T_co是合闸随后的分闸辅助接点闭合的时标，K_CloseOpen是合分时间补偿系数；K_CloseOpen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：T_OpenClose＝T_ReClose‑T_Open‑K_OpenClose；其中，T_OpenClose是所述分合时间，T_Open分闸信号发出的时标，T_ReClose重合闸成功后的合闸辅助接点闭合的时标，K_OpenClose是分合补偿系数；K_OpenClose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：T_Open1＝T_Open1End‑T₁‑K_Open1；其中，T_Open1是第一次分闸时间，T₁是第一次分闸信号发出的时标，T_Open1End是第一次分闸辅助接点闭合时标，K_Open1是分闸补偿系数；第二部分是重合闸及合分时间：T_ReCloseOpen＝T_ReCloseOpen‑T_ReClose‑K_ReCloseOpen；其中，T_ReCloseOpen是合分时间，T_ReClose是重合闸信号发出的时标，T_ReCloseOpen是重合闸随后的分闸辅助接点闭合的时标，K_ReCloseOpen是合分时间补偿系数；第三部分是分闸与合分之间的时间：T_{Rclose‑1Open}＝T_Rclose‑T_1open‑K_{Rclose‑1Open}；其中，T_{Rclose‑1Open}是第一次分闸结束与重合闸信号发出的时间间隔，T_1open是第一部分过程结束后分闸辅助接点闭合的时标，T_Rclose是第二部分的重合闸信号发出的时标，K_{Rclose‑1Open}是分合分补偿系数；K_Open1、K_ReCloseOpen、K_{Rclose‑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T_{Rclose‑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T_{Rclose‑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：T_{A相分闸辅助接点转换时间}＝T_{A相分闸辅助接点闭合的时标}‑T_{A相合位辅助接点断开的时标}；T_{B相分闸辅助接点转换时间}＝T_{B相分闸辅助接点闭合的时标}‑T_{B相合位辅助接点断开的时标}；T_{C相分闸辅助接点转换时间}＝T_{C相分闸辅助接点闭合的时标}‑T_{C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：T_{A相合闸辅助接点转换时间}＝T_{A相合闸辅助接点闭合的时标}‑T_{A相分闸辅助接点断开的时标}；T_{B相合闸辅助接点转换时间}＝T_{B相合闸辅助接点闭合的时标}‑T_{B相分闸辅助接点断开的时标}；T_{C相合闸辅助接点转换时间}＝T_{C相合闸辅助接点闭合的时标}‑T_{C相分闸辅助接点断开的时标}；所述分相操作的合闸辅助接点转换不同期时间，是合闸辅助接点转换时间最大值和最小值的差值；所述储能系统启动时间是指配备储能电机的断路器在合闸位置发出未储能信号并启动电机储能、直至机构未储能信号消失的时间间隔，表示为：T_{储能系统启动时间}＝T_{未储能信号消失的时标}‑T_{未储能信号发生的时标}；所述控制回路特性模块包括分闸回路响应时间技术模型、合闸回路响应时间技术模型、重合闸回路响应时间技术模型，回路响应时间是指控制信号发出时刻及控制回路带电时刻至辅助接点瞬间转换的时长；分闸回路响应时间是指处于合闸位置的断路器，分闸信号发出及分闸回路带电时刻与合闸辅助接点瞬间断开的时标的时间间隔，表示为：T_{分闸回路响应时间}＝T_{合闸辅助接点瞬间断开的时标}‑T_{分闸信号发出瞬间的时标}‑K_{分闸回路响应补偿}；其中K_{分闸回路响应补偿}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；合闸回路响应时间是指处于分闸位置的断路器，合闸信号发出及合闸回路带电时刻与分闸辅助接点瞬间断开的时标时间间隔，表示为：T_{合闸回路响应时间}＝T_{分闸辅助接点瞬间断开的时标}‑T_{合闸信号发出瞬间的时标}‑K_{合闸回路响应补偿}；其中K_{合闸回路响应补偿}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；重合闸回路响应时间是指处于分闸位置的断路器，重合闸信号发出及合闸回路带电时刻与分闸辅助接点瞬间断开的时标时间间隔，表示为：T_{重合闸回路响应时间}＝T_{分闸辅助接点瞬间断开的时标}‑T_{重合闸信号发出瞬间的时标}‑K_{重合闸回路响应补偿}；其中K_{重合闸回路响应补偿}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重合闸控制回路构成的物理链路所造成延时差异的补偿；所述告警信号特性模块包括告警信号的单次时长技术模型、累计次数技术模型、连续N小时次数技术模型、当天次数技术模型、单台断路器分合闸状态关联告警信号技术模型、断路器集群状态关联告警统计技术模型；所述告警信号特性模块所监测的告警信号包括弹簧操作机构闭锁信号、液压操作机构闭锁信号、气动操作机构闭锁信号、弹簧未储能信号、油泵启动信号、空气泵启动信号、控制回路断线信号、控制电源消失信号、三相不一致信号、SF6气压低闭锁信号；所述弹簧操作机构闭锁信号，包括压力低闭锁重合闸信号、压力低闭锁合闸信号、压力低闭锁分闸信号；所述液压操作机构闭锁信号，包括油压低重合闸闭锁信号、油压低合闸闭锁信号、油压低分合闸总闭锁信号；所述气动操作机构闭锁信号，包括气压低重合闸闭锁信号、气压低合闸闭锁信号、气压低分合闸总闭锁信号；所述单次时长技术模型的计算基准包括毫秒、秒、分钟、小时中的至少一种：T_{告警单次时长}＝T_{告警信号复归时标}‑T_{告警信号触发时标}所述累计次数技术模型N_累计次数是指查询时间区段内该告警信号出现的次数总和；所述连续N个小时次数技术模型N_{连续N个小时次数}是指以查询时刻为截止时刻，在所述查询时刻前N小时内该告警信号出现的次数；所述当天次数技术模型N_当天次数是指当天零点至查询时刻该告警信号出现的次数；所述单台断路器分合闸状态关联告警信号技术模型是指基于边缘计算对以单个站点的单台断路器的分闸或者合闸状态时标为基准，截止查询时刻，该台断路器已发生的告警信号名称、单次时长、累计次数、连续N小时次数、当天告警次数进行统计分析；所述断路器集群状态关联告警统计技术模型是指基于断路器集群名称、分闸或合闸状态、告警信号、统计时间、企业名称、站点名称、调度编号、生产厂家、电压等级、设备型号、操作机构型号、投产年限构成的断路器集群的告警信号分析，有利于发现家族性、趋势性的异常和缺陷；所述告警信号特性模块用于对断路器的分闸、合闸状态下的信号告警次数进行统计，统计时间按小时、日、周、月、季度、年进行大小排序；以及将统计分析列表输出至人机交互界面或移动终端屏幕进行显示，或者向移动存储器输出该列表的电子表格文件。