一种断路器故障检测方法及系统
阅读说明：本技术 一种断路器故障检测方法及系统 (Circuit breaker fault detection method and system ) 是由 胡四全 马太虎 董朝阳 马俊杰 俎立峰 吉攀攀 李大卫 郑一博 樊宏伟 郑帅 冯 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种断路器故障检测方法及系统,方法步骤包括：(1)向断路器子模块发送触发命令；(2)在发送所述触发命令后根据对反馈脉冲的检测情况,判断断路器是否故障。本发明依据控制指令直接对反馈脉冲进行检测,根据反馈脉冲的情况判断驱动链路故障,达到判定断路器故障的目的,该检测方法能够从直接、精确的反应断路器故障的原因。(The invention relates to a method and a system for detecting a fault of a circuit breaker, wherein the method comprises the following steps: (1) sending a trigger command to a circuit breaker submodule; (2) and after the trigger command is sent, judging whether the circuit breaker fails according to the detection condition of the feedback pulse. The invention directly detects the feedback pulse according to the control instruction, judges the failure of the driving link according to the condition of the feedback pulse, and achieves the purpose of judging the failure of the breaker.)
技术领域
本发明涉及一种断路器故障检测方法及系统。
背景技术
直流断路器包括机械隔离开关、主通流支路、电流转移支路和避雷器。机械隔离开关和主通流支路串联，串联后与电流转移支路、避雷器并联，主通流支路和电流转移支路包括若干由IGBT器件组成的功率子模块，断路器的可靠动作是实现准确分合闸的重要保证，目前对断路器分合闸动作的检测手段是仅通过检测动触头的行程或状态对断路器进行判断，该检测手段单一，不能对断路器故障原因的分析提供足够的依据，导致不能精确的分析故障发生原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种断路器故障检测方法及系统，以解决现有技术不能精确分析故障发生原因的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种断路器故障检测方法，包括：
(1)向断路器子模块发送触发命令；
(2)在发送所述触发命令后根据对反馈脉冲的检测情况，判断断路器是否故障。
有益效果：本发明断路器故障检测方法，依据控制指令直接对反馈脉冲进行检测，从而能判断出断路器子模块驱动链路是否发生异常故障，该检测方法能够从根本上精确的反应断路器故障的原因。
进一步的，所述步骤(2)中判断断路器是否故障的步骤包括：若在发送所述触发命令后的第一时间窗内仅检测到一次反馈脉冲，则判断驱动链路正常；否则，直接判定断路器故障。
进一步的，所述直接判定断路器故障的步骤包括：若在第一时间窗检测到反馈脉冲出现的次数超过设定次数时，则判断断路器故障。通过检测到出现的次数进一步确定断路器确实是故障的。
进一步的，所述步骤(2)中判断断路器是否故障的步骤包括：若在发送所述触发命令后的第一时间窗内仅检测到一次反馈脉冲且在第二时间窗内没有检测到反馈脉冲，则判断驱动链路正常；否则，判断断路器故障。
进一步的，所述直接判定断路器故障的步骤包括：若在第一时间窗和第二时间窗内，检测到反馈脉冲出现的次数超过设定次数，则判断断路器故障。通过检测到出现的次数进一步确定断路器确实是故障的。
为实现上述目的，本发明提出一种断路器故障检测系统，包括：
处理器，所述处理器接收来自主控单元的控制指令，生成触发命令、并将触发命令分发到各个触发/回检模块，所述触发/回检模块根据所述触发命令触发断路器子模块，所述触发/回检模块再将反馈脉冲转发到所述处理器；
所述处理器在发送所述触发命令后根据对反馈脉冲的检测情况，判断断路器是否故障。
有益效果：本发明断路器故障检测系统，依据控制指令直接对反馈脉冲进行检测，能够根据反馈脉冲的情况直接判断驱动链路故障，进而判定断路器故障，该检测方法能够从直接、精确的反应断路器故障的原因。
进一步的，所述处理器在判断断路器是否故障时：若在发送所述触发命令后的第一时间窗内仅检测到一次反馈脉冲，则判断驱动链路正常；否则，直接判定断路器故障。
进一步的，所述处理器在直接判定断路器故障时：若在第一时间窗检测到反馈脉冲出现的次数超过设定次数时，则判断断路器故障。通过检测到出现的次数进一步确定断路器确实是故障的。
进一步的，所述处理器在判断断路器是否故障时：若在发送所述触发命令后的第一时间窗内仅检测到一次反馈脉冲且在第二时间窗内没有检测到反馈脉冲，则判断驱动链路正常；否则，判断断路器故障。
进一步的，所述处理器在直接判定断路器故障时：若在第一时间窗和第二时间窗内，检测到反馈脉冲出现的次数超过设定次数，则判断断路器故障。通过检测到出现的次数进一步确定断路器确实是故障的。
附图说明
图1为本发明的检测系统原理图；
图2为本发明断路器子模块正常时脉冲信号图；
图3为本发明断路器子模块触发驱动链路异常的脉冲信号图一；
图4为本发明断路器子模块触发驱动链路异常的脉冲信号图二；
图5为本发明断路器子模块关断驱动链路异常的脉冲信号图一；
图6为本发明断路器子模块关断驱动链路异常的脉冲信号图二。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。
目前，多端柔性直流输电系统应用的缺点是直流故障率大，而且故障发生后发展速度快，因此，采用直流断路器实现直流电网中故障的快速隔离。在直流断路器中，直流断路器包括机械隔离开关、主通流支路、电流转移支路和避雷器。主通流支路和电流转移支路上包括由IGBT器件组成的功率子模块，例如全桥子模块或半桥子模块或者混合子模块(包括半桥子模块和全桥子模块)，这些功率子模块也称作断路器子模块。
在发生故障后，控制触发直流断路器动作：当执行控制指令时，控制直流断路器子模块动作，对故障进行隔离，从断路器动作隔离故障到故障消除重新恢复的这段时间内，断路器一直维持当前的控制指令，在这段时间内通过对反馈脉冲进行检测，以实现对断路器子模块驱动链路故障的判断。
而现有柔性直流系统中，换流阀中也存在大量的IGBT子模块，但是换流阀子模块根据运行工况，不同的IGBT开通、关断不间断的切换，相对应的一直产生反馈脉冲，但是PWM脉冲变化太快，一个脉冲发出后，来不及进行检测，后一个脉冲就又被触发产生，由于该过程中换流阀内IGBT的反馈脉冲快速变化，导致本领域技术人员从未对反馈脉冲进行检查，以判断阀子模块的驱动链路是否故障。但是，本申请充分利用并检测反馈的PWM脉冲，从而能够精确的分析断路器故障的原因，就能够提前做出相应的处理预案，保证在分断时，直流断路器正确动作，消除快速隔离，确保电网系统的安全性和稳定性。
系统实施例：
基于上述技术构思，本发明检测方法所对应的检测系统如图1所示，包括接口单元、主控单元、监控后台及录波单元。
接口单元连接N个(N＝1、2……n)断路器子模块的电力电子开关(IGBT)，接口单元包括处理器和触发/回检模块，处理器根据主控单元的控制指令和接收的反馈脉冲信息判断断路器子模块驱动链路是否异常，能够通过驱动链路异常、故障以达到判断断路器故障的目的。
处理器接收并执行主控单元发送的控制指令，生成触发命令并将触发命令分发到各个触发/回检模块，触发/回检模块将触发指令的电信号转化为光信号给IGBT，IGBT接收光信号后会再反馈脉冲信息，触发/回检模块检测到IGBT反馈的光信号后，并将该光信号转化为电信号以脉冲的电信号方式发送给处理器，处理器根据发送的触发命令和接收的反馈脉冲判断断路器子模块驱动电路是否异常、故障。同时，接口单元的处理器把断路器子模块的状态实时上传至主控单元和监控后台。
主控单元包括记忆模块和控制模块，主控单元接收断路器子模块的状态信息并存储在记忆模块的存储器中，主控单元在接收到断路器子模块驱动状态异常，即驱动链路异常时，会通过控制模块自动触发录波，把驱动链路异常的信息发送至录波单元，便于工作人员分析定位异常或者故障问题，同时对该断路器子模块驱动链路异常情况下出现的反馈脉冲次数进行计数，如果计数器的次数超过设定值，则认为该断路器子模块驱动链路故障。
主控单元能够根据接收到的断路器子模块的异常信息达到记忆存储故障发生的位置及其发生故障的次数，将断路器子模块故障位置通过分布图进行显示，便于工作人员分析定位，并根据故障位置提前进行预处理，能够提高整个系统运行的可靠性。
接口单元在执行触发和回检的过程中，触发/回检模块执行处理器的触发命令，同时根据触发时刻制定该触发命令维持时间内的第一时间窗和第二时间窗，并在对应时间窗内检测是否有光反馈脉冲。如果在第一时间窗内仅检测到一次无光的反馈脉冲且在第二时间窗内检测不到无光反馈脉冲，则判断断路器子模块驱动链路正常；否则，判断断路器子模块驱动链路异常或故障，进一步判定直流断路器故障。对于时间窗的设置可以根据实际情况进行设置，本实施例中给出如下的一种设置：处理器发出的触发脉冲时刻为0，且控制指令脉冲维持7s或者大于7s，那么第一时间窗的长度为2s，第二时间窗为7s。
方法实施例1：
基于该检测系统，在进行检测时，定义在1s的时刻发送导通的触发命令，该导通的触发命令之后的第一时间窗t1为1-3s，第二时间窗t2为3-10s；在11s的时刻发送关断的触发命令，该关断的触发命令之后的第一时间窗T1为11-13s，第二时间窗T2为13-20s。
如图2所示为本发明断路器子模块正常触发、关断脉冲信号图：
当触发/回检模块发送触发导通的触发命令时，触发/回检模块在导通的触发命令后的第一时间窗t1(1-3s)内检测到一次一定宽度(800-1000ns)的无光反馈脉冲且在第二时间窗t2(3-10s)内没有检测到一定宽度(800-1000ns)的无光反馈脉冲时，则判断断路器子模块的驱动链路正常；否则，判断断路器子模块的驱动链路故障。
当触发/回检模块发送触发关断的触发命令时，触发/回检模块在关断的触发命令后的第一时间窗T1(11-13s)内检测到一次一定宽度(800-1000ns)的无光反馈脉冲且在第二时间窗t2(13-20s)内没有检测到一定宽度(800-1000ns)的无光反馈脉冲时，则判断断路器子模块的驱动链路正常；否则，判断断路器子模块的驱动链路故障。
如图3所示，当触发/回检模块发送触发导通的控制命令时，触发/回检模块在第一时间窗t1(1-3s)和第二时间窗t2(3-10s)内均未检测到一定宽度(800-1000ns)的无光反馈脉冲时，判断断路器子模块的驱动链路异常，同时，计数器中反馈脉冲出现的次数加1。
如图4所示，当触发/回检模块发送触发导通的控制命令时，触发/回检模块在第一时间窗t1(1-3s)和第二时间窗t2(3-10s)内均检测到一定宽度(800-1000ns)的无光反馈脉冲时，判断断路器子模块的驱动链路异常，同时，计数器中反馈脉冲出现的次数加1。
如图5所示，当触发/回检模块发送触发关断的控制命令时，触发/回检模块在第一时间窗t1(11-13s)和第二时间窗t2(13-20s)内均未检测到一定宽度(800-1000ns)的无光反馈脉冲时，判断断路器子模块的驱动链路异常，同时，计数器中反馈脉冲出现的次数加1。
如图6所示，当触发/回检模块发送触发关断的控制命令时，触发/回检模块在第一时间窗t1(11-13s)和第二时间窗t2(13-20s)内均检测到一定宽度(800-1000ns)的无光反馈脉冲时，判断断路器子模块的驱动链路异常，同时，计数器中反馈脉冲出现的次数加1。
为更好的通过对驱动链路异常情况下对反馈脉冲次数的判断确定断路器故障，可以在设定时间T0内，对计数器所记载的反馈脉冲次数N超过设定次数N0时，判断断路器子模块驱动链路异常有效，进而确认断路器故障；当设定时间T0到达时，反馈脉冲次数N小于设定次数N0时，则将计数器中的反馈脉冲次数N清零，重新计时、计数。
其中，设定时间可以根据实际应用情况进行设定。例如，设定时间可以发生在第一个触发命令后的第二时间窗结束还没有第二个触发命令，那么设定时间可以仅包括一个触发命令后的第一时间窗和第二时间窗，也可以第一个触发命令后的整个维持时间。或者设定时间包括至少两个触发命令后的整个维持时间。
方法实施例2：
本实施例与方法实施例1的区别在于，不制定第二时间窗，仅通过第一时间窗对反馈脉冲进行检测，就直接判断断路器子模块的驱动链路故障。该实施例中的第一时间窗的时间长度可与方法实施例1中的第一时间窗相同，也可以不同；在本实施例中的第一时间窗，称作设定时间窗。
如果再设定时间窗内检测到一次一定宽度(800-1000ns)的无光反馈脉冲时，则判断断路器子模块的驱动链路正常，否则，直接判断断路器子模块的驱动链路故障，进而直接判断断路器故障。
相对应的，设定时间T0可以仅为第一时间窗，也可以包括第一时间窗在内的更长时间段。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。
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