一种基于电荷量的断路器剩余电寿命评估方法和装置与流程

本技术涉及直流输电，具体涉及一种基于电荷量的断路器剩余电寿命评估方法和装置。

背景技术：

1、近年来，随着清洁低碳安全高效的新能源发电技术的飞速发展，具有输送容量大、输送效率高的直流输电系统正逐年快速发展并广泛应用。随着短期运行年限或动作次数的增长，换流站中用于投切滤波器的断路器的灭弧室、机构及外绝缘等关键部件极易产生故障，给直流输电系统的安全稳定造成不利影响。

2、(如六氟化硫sf6等)断路器的电寿命一般可满足16次或20次的100％短路电流开断，但由于断路器开合频繁，在关合过程中会产生高幅值高频涌流，灭弧室的触头和喷口在累积关合电弧烧蚀和机械磨损下，开断性能会严重下降。在开断过程中，开断电流多为容性小电流，容易出现预击穿乃至爆炸的风险。

3、为保证断路器及直流输电系统的正常运行，需要对断路器的剩余电寿命进行评估。相关技术大多基于神经网络、云模型、灰色gm(1,1)模型等统计模型实现断路器剩余电寿命的评估。但是由于该类统计模型大多基于经验公式构建，缺乏足够的实际依据，导致评估结果可靠性很低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术可靠性低的问题，本技术提供了一种基于电荷量的断路器剩余电寿命评估方法，可以包括：根据第一断路器在运状态下已消耗的开合次数确定第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量。根据第一断路器实验中已消耗的开断次数计算第一断路器首次开断失败前通过的电荷量。根据第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量和第一断路器首次开断失败前通过的电荷量评估第二断路器的剩余电寿命。

2、在一些可能的实现方式中，根据第一断路器在运状态下已消耗的开合次数确定第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量，包括：

3、根据第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电流或者根据第一断路器已消耗的关合次数确定第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量。

4、根据第一断路器在运状态下已消耗的开断次数计算第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量。

5、将第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量与第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量叠加，得到第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量。

6、进一步的，根据第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电流或者根据第一断路器已消耗的关合次数确定第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量，包括：

7、采用离散数据积分法对第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电流进行积分，得到第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量。或者，根据第一断路器单次预击穿燃弧期间通过的电荷量的概率分布图，确定第一断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量；并根据第一断路器已消耗的关合次数和第一断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量确定第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量。

8、可选的，第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量满足：

9、qhc1＝q1*×nhc1

10、其中，qhc1表示第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量，q1*表示第一断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量，nhc1表示第一断路器已消耗的关合次数。

11、示例性的，根据第一断路器在运状态下已消耗的开断次数计算第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量，包括：

12、根据第一断路器在运状态下已消耗的开断次数和第一断路器在运状态下所有开断燃弧期间电流的交流分量幅值的平均值计算第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量。

13、在一示例中，若第一断路器为采取选相开断的断路器，第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量满足：

14、qho1＝nho1×qo1

15、其中，qho1表示第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量；nho1表示第一断路器在运状态下已消耗的开断次数；qo1表示第一断路器在运状态下单次开断燃弧期间通过的电荷量，满足th1表示第一断路器的开断燃弧时间，icm1表示第一断路器在运状态下所有开断燃弧期间电流的交流分量幅值的平均值，δi1表示第一断路器在运状态下所有开断燃弧期间电流的直流分量的平均值，ω表示系统频率。

16、在另一示例中，若第一断路器为未采取选相开断的断路器，第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量满足：

17、

18、其中，m1表示第一断路器的电流区间的个数，qoi1表示第一断路器在运状态下thi1对应的单次开断燃弧期间通过的电荷量，thi1表示第一断路器在运状态下在第i个区间的开断燃弧时间；qoi1满足

19、在另一些可能的实现方式中，根据第一断路器实验中已消耗的开断次数计算第一断路器首次开断失败前通过的电荷量，包括：

20、采用离散数据积分法对第一断路器实验中在预击穿燃弧期间通过的电流进行积分，得到第一断路器实验中在预击穿燃弧期间通过的电荷量。

21、根据第一断路器实验中已消耗的开断次数计算第一断路器实验中开断燃弧期间通过的电荷量。

22、将第一断路器实验中在预击穿燃弧期间通过的电荷量与第一断路器实验中开断燃弧期间通过的电荷量叠加，得到第一断路器首次开断失败前通过的电荷量。

23、可选的，若第一断路器为采取选相开断的断路器，第一断路器实验中开断燃弧期间通过的电荷量满足：

24、qeo＝neo×qo1

25、其中，qeo表示第一断路器实验中开断燃弧期间通过的电荷量；neo表示第一断路器实验中已消耗的开断次数。

26、若第一断路器为采取未选相开断的断路器，第一断路器实验中开断燃弧期间通过的电荷量满足：

27、

28、示例性的，第二断路器的剩余电寿命满足：

29、

30、其中，ns2表示第二断路器的剩余电寿命；qh1表示第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量；qe表示第一断路器首次开断失败前通过的电荷量；qh2表示第二断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量，满足qh2＝qho2+qhc2，qho2表示第二断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量，qhc2表示第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量；nh2表示第二断路器在运状态下的已消耗的开合次数。

31、其中，第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量通过以下方式确定：

32、方式一：采用离散数据积分法对第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电流进行积分得到。

33、方式二：根据第二断路器单次预击穿燃弧期间通过的电荷量的概率分布图，确定第二断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量；并根据第二断路器已消耗的关合次数和第二断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量得到。

34、进一步的，若第二断路器为采取选相开断的断路器，第二断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量满足：

35、qho2＝nho2×qo2

36、其中，nho2表示第二断路器在运状态下已消耗的开断次数；qo2表示第二断路器在运状态下单次开断燃弧期间通过的电荷量，满足th2表示第二断路器的开断燃弧时间，icm2表示第二断路器在运状态下所有开断燃弧期间电流的交流分量幅值的平均值，δi2表示第二断路器在运状态下所有开断燃弧期间电流的直流分量的平均值，ω表示系统频率；

37、若第二断路器为未采取选相开断的断路器，第二断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量满足：

38、

39、其中，m2表示第二断路器的电流区间的个数，qoi2表示第二断路器在运状态下thi2对应的单次开断燃弧期间通过的电荷量，thi2表示第二断路器在运状态下在第i个区间的开断燃弧时间；qoi2满足

40、示例性的，第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量满足：

41、qhc2＝q2*×nhc2

42、其中，qhc2表示第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量，q2*表示第二断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量，nhc2表示第二断路器已消耗的关合次数。

43、可选的，本技术提供的评估方法还包括：根据第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量、第一断路器首次开断失败前通过的电荷量和第一断路器在运状态下已消耗的开合次数评估第一断路器的剩余电寿命。

44、可选的，第一断路器的剩余电寿命满足：

45、

46、其中，ns1表示第一断路器的剩余电寿命；qh1表示第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量；qe表示第一断路器首次开断失败前通过的电荷量；nh1表示第一断路器在运状态下的已消耗的开合次数。

47、再一方面，本技术还提供了一种基于电荷量的断路器剩余电寿命评估装置，包括：

48、确定模块，用于根据第一断路器在运状态下已消耗的开合次数确定第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量；

49、计算模块，用于根据第一断路器实验中已消耗的开断次数计算第一断路器首次开断失败前通过的电荷量；

50、第一评估模块，用于根据第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量和第一断路器首次开断失败前通过的电荷量评估第二断路器的剩余电寿命。

51、在一些可能的实现方式中，确定模块用于：

52、根据第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电流或者根据第一断路器已消耗的关合次数确定第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量；

53、根据第一断路器在运状态下已消耗的开断次数计算第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量；

54、将第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量与第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量叠加，得到第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量。

55、进一步的，确定模块用于：

56、采用离散数据积分法对第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电流进行积分，得到第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量；或者，

57、根据第一断路器单次预击穿燃弧期间通过的电荷量的概率分布图，确定第一断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量；并根据第一断路器已消耗的关合次数和第一断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量确定第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量。

58、其中，第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量满足：

59、qhc1＝q1*×nhc1

60、其中，qhc1表示第一断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量，q1*表示第一断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量，nhc1表示第一断路器已消耗的关合次数。

61、可选的，确定模块用于：

62、根据第一断路器在运状态下已消耗的开断次数和第一断路器在运状态下所有开断燃弧期间电流的交流分量幅值的平均值计算第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量。

63、一方面，若第一断路器为采取选相开断的断路器，第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量满足：

64、qho1＝nho1×qo1

65、其中，qho1表示第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量；nho1表示第一断路器在运状态下已消耗的开断次数；qo1表示第一断路器在运状态下单次开断燃弧期间通过的电荷量，满足th1表示第一断路器的开断燃弧时间，icm1表示第一断路器在运状态下所有开断燃弧期间电流的交流分量幅值的平均值，δi1表示第一断路器在运状态下所有开断燃弧期间电流的直流分量的平均值，ω表示系统频率；

66、另一方面，若第一断路器为未采取选相开断的断路器，第一断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量满足：

67、

68、其中，m1表示第一断路器的电流区间的个数，qoi1表示第一断路器在运状态下thi1对应的单次开断燃弧期间通过的电荷量，thi1表示第一断路器在运状态下在第i个区间的开断燃弧时间；qoi1满足

69、在另一些可能的实现方式中，计算模块用于：

70、采用离散数据积分法对第一断路器实验中在预击穿燃弧期间通过的电流进行积分，得到第一断路器实验中在预击穿燃弧期间通过的电荷量；

71、根据第一断路器实验中已消耗的开断次数计算第一断路器实验中开断燃弧期间通过的电荷量；

72、将第一断路器实验中在预击穿燃弧期间通过的电荷量与第一断路器实验中开断燃弧期间通过的电荷量叠加，得到第一断路器首次开断失败前通过的电荷量。

73、可选的，若第一断路器为采取选相开断的断路器，第一断路器实验中开断燃弧期间通过的电荷量满足：

74、qeo＝neo×qo1

75、其中，qeo表示第一断路器实验中开断燃弧期间通过的电荷量；neo表示第一断路器实验中已消耗的开断次数；

76、若第一断路器为采取未选相开断的断路器，第一断路器实验中开断燃弧期间通过的电荷量满足：

77、

78、第一评估模块按下式评估第二断路器的剩余电寿命(也就是说，第二断路器的剩余电寿命满足下式)：

79、

80、其中，ns2表示第二断路器的剩余电寿命；qh1表示第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量；qe表示第一断路器首次开断失败前通过的电荷量；qh2表示第二断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量，满足qh2＝qho2+qhc2，qho2表示第二断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量，qhc2表示第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量；nh2表示第二断路器在运状态下的已消耗的开合次数。

81、其中，第一评估模块通过以下方式确定第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量：

82、方式一：采用离散数据积分法对第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电流进行积分得到。

83、方式二：根据第二断路器单次预击穿燃弧期间通过的电荷量的概率分布图，确定第二断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量；并根据第二断路器已消耗的关合次数和第二断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量得到。

84、可选的，第一评估模块通过下式确定第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量(即第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量满足下式)：

85、qhc2＝q2*×nhc2

86、其中，qhc2表示第二断路器在运状态下在预击穿燃弧期间通过的电荷量，q2*表示第二断路器单次预击穿燃弧期间通过的平均电荷量，nhc2表示第二断路器已消耗的关合次数。

87、若第二断路器为采取选相开断的断路器，第二断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量满足：

88、qho2＝nho2×qo2

89、其中，nho2表示第二断路器在运状态下已消耗的开断次数；qo2表示第二断路器在运状态下单次开断燃弧期间通过的电荷量，满足th2表示第二断路器的开断燃弧时间，icm2表示第二断路器在运状态下所有开断燃弧期间电流的交流分量幅值的平均值，δi2表示第二断路器在运状态下所有开断燃弧期间电流的直流分量的平均值，ω表示系统频率；

90、若第二断路器为未采取选相开断的断路器，第二断路器在运状态下开断燃弧期间通过的电荷量满足：

91、

92、其中，m2表示第二断路器的电流区间的个数，qoi2表示第二断路器在运状态下thi2对应的单次开断燃弧期间通过的电荷量，thi2表示第二断路器在运状态下在第i个区间的开断燃弧时间；qoi2满足

93、可选的，评估装置还包括：

94、第二评估模块，用于根据第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量、第一断路器首次开断失败前通过的电荷量和第一断路器在运状态下已消耗的开合次数评估第一断路器的剩余电寿命。

95、具体的，第二评估模块按下式评估第一断路器的剩余电寿命(即第一断路器的剩余电寿命满足下式)：

96、

97、其中，ns1表示第一断路器的剩余电寿命；qh1表示第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量；qe表示第一断路器首次开断失败前通过的电荷量；nh1表示第一断路器在运状态下的已消耗的开合次数。

98、再一方面，本技术还提供了一种计算机设备，包括：一个或多个处理器。

99、处理器，用于执行一个或多个程序。

100、当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，实现如上述的评估方法。

101、再一方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序。计算机程序被执行时，实现如上述的评估方法。

102、与现有技术相比，本技术的有益效果为：

103、本技术提供的基于电荷量的断路器剩余电寿命评估方法中，根据第一断路器在运状态下已消耗的开合次数确定第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量。根据第一断路器实验中已消耗的开断次数计算第一断路器首次开断失败前通过的电荷量。根据第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量和第一断路器首次开断失败前通过的电荷量评估第二断路器的剩余电寿命。其中，第一断路器首次开断失败前通过的电荷量为整体评估方法提供实际依据，并结合第一断路器已消耗的开合次数中开断燃弧期间和预击穿燃弧期间通过的电荷量实现了断路器剩余电寿命的评估，大大提高了评估可靠性。

104、本技术可以对断路器的剩余电寿命进行精准评估，便于根据剩余电寿命对断路器进行主动检修或更换，减少临时停电带来的影响，提高换流站直流能量可用率，提高直流输电系统的稳定性。