基于多态量的高压断路器故障诊断系统的制作方法

本实用新型涉及高压断路器故障诊断技术领域，特别涉及一种基于多态量的高压断路器故障诊断系统。

背景技术：

高压断路器作为电力系统的保护和控制部件，能否可靠地工作直接影响着电力系统的安全运行。国际大电网会议及我国电力研究院关于高压断路器故障的统计调查显示：断路器的大多数故障（主要故障的70%和次要故障的86%）发生在机械机构，主要涉及操动机构、监视装置和辅助装置等，因而加强高压断路器机械状态的诊断具有重要的现实意义。高压开关动静触头撞击时，伴随着撞击会发生机械振荡运动，同时这种振动发出声波会在空气中传播。在高压断路器开合闸过程中，也是同样的理论，只是传播介质不同。由于运行现场环境复杂，采集到的各类信号受到明显干扰，同时单一的信号诊断的正确率也不高，所以利用多态量信号的同源性和互补性，多态量联合诊断成为高压断路器机械故障的新兴研究方向。目前基于多态量联合诊断的装置不多，而且因其体积大、结构复杂容易受干扰等，未能普遍应用。

技术实现要素：

本实用新型提供一种基于多态量的高压断路器故障诊断系统，用以解决目前基于多态量联合诊断的装置不多，而且因其体积大、结构复杂容易受干扰等，未能普遍应用的技术问题。

为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案实现：

一种基于多态量的高压断路器故障诊断系统，包括补偿式霍尔传感器、光电式位移传感器、压电式加速传感器、电子电流传感器、高速模/数转换单元、DSP数字信号处理单元、嵌入式工控单机系统、存储单元、显示单元、按键单元、通讯单元；

所述补偿式霍尔传感器安装在高压断路器上，该补偿式霍尔传感器的输出端与高速模/数转换单元的第一接口连接；

所述光电式位移传感器安装在高压断路器上，该光电式位移传感器的输出端与高速模/数转换单元的第二接口连接；

所述压电式加速传感器安装在高压断路器上，该压电式加速传感器的输出端与高速模/数转换单元的第三接口连接；

所述电子电流传感器安装在高压断路器上，该电子电流传感器的输出端与高速模/数转换单元的第四接口连接；

所述高速模/数转换单元第五接口与DSP数字信号处理单元第一接口连接，DSP数字信号处理单元第二接口与所述嵌入式工控单机系统第一接口连接；

所述存储单元与所述嵌入式工控单机系统的第二接口连接；

所述显示单元与所述嵌入式工控单机系统的第三接口连接；

所述按键单元与所述嵌入式工控单机系统的第四接口连接；

所述通讯单元与所述嵌入式工控单机系统的第五接口连接。

优选地，所述补偿式霍尔传感器设置在高压断路器的分合闸线圈回路内，用于检测高压断路器的分合线圈电流；

所述光电式位移传感器固定设置在高压断路器传动机构上，用于检测触头的位移；

所述压电式加速传感器设置在高压断路器传动机构上，用于检测触头压力；

所述电子电流传感器设置在高压断路器的主触头的二次回路上，用于检测断路器的开断电流；

所述高速模/数转换单元包括现场可编程门阵列（FPGA）和模拟/数字（A/D）采样芯片，现场可编程门阵列（FPGA）直接控制模拟/数字（A/D）采样芯片。

优选地，所述高速模/数转换单元每秒采样次数大于10M/SPS。

优选地，所述嵌入式工控单机系统采用工控机或人机界面（HMI）；

所述包括存储单元包括高速存储卡，用于存储系统数据；

所述显示单元包括液晶显示屏，用于显示信息；

所述按键单元包括矩阵键盘，用于输入信息；

所述通讯单元包括基于RS-485协议的芯片，用于系统之间的通讯。

本实用新型有益效果包括：结构简单，体积小，重量轻，成本低廉，操作方便，稳定性好，便于组装和检修。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构框架图；

图2是霍尔传感器的接线示意图；

图3是通讯单元的接口电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的图1-3，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种基于多态量的高压断路器故障诊断系统，包括补偿式霍尔传感器、光电式位移传感器、压电式加速传感器、电子电流传感器、高速模/数转换单元、DSP数字信号处理单元、嵌入式工控单机系统、存储单元、显示单元、按键单元、通讯单元。补偿式霍尔传感器安装在高压断路器上，该补偿式霍尔传感器的输出端与高速模/数转换单元的第一接口连接。光电式位移传感器安装在高压断路器上，该光电式位移传感器的输出端与高速模/数转换单元的第二接口连接。压电式加速传感器安装在高压断路器上，该压电式加速传感器的输出端与高速模/数转换单元的第三接口连接。电子电流传感器安装在高压断路器上，该电子电流传感器的输出端与高速模/数转换单元的第四接口连接。高速模/数转换单元第五接口与DSP数字信号处理单元第一接口连接，DSP数字信号处理单元第二接口与嵌入式工控单机系统第一接口连接。存储单元与嵌入式工控单机系统的第二接口连接；显示单元与嵌入式工控单机系统的第三接口连接；按键单元与嵌入式工控单机系统的第四接口连接；通讯单元与嵌入式工控单机系统的第五接口连接。

其中，补偿式霍尔传感器设置在高压断路器的分合闸线圈回路内，用于检测高压断路器的分合线圈电流。光电式位移传感器固定设置在高压断路器传动机构上，用于检测触头的位移。压电式加速传感器设置在高压断路器传动机构上，用于检测触头压力。电子电流传感器设置在高压断路器的主触头的二次回路上，，用于检测断路器的开断电流。高速模/数转换单元包括现场可编程门阵列（FPGA）和模拟/数字（A/D）采样芯片，现场可编程门阵列（FPGA）直接控制模拟/数字（A/D）采样芯片。高速模/数转换单元每秒采样次数大于10M/SPS。嵌入式工控单机系统采用工控机或人机界面（HMI）。包括存储单元包括高速存储卡，用于存储系统数据。显示单元包括液晶显示屏，用于显示信息；

按键单元包括矩阵键盘，用于输入信息。通讯单元包括基于RS-485协议的芯片，用于系统之间的通讯。

具体地，上述部分单元选择的理由及作用是：

高压断路器在操作过程中，由于其内部结构的复杂性，各联动部件之间动作存在非线性，同时其内部阻力、操动机构的驱动力的非线性性，这些都使得断路器成为一个复杂的非线性的动态响应系统，即振动信号具有很强的非线性、非平稳性，有效振动信号时间短，通常在数十到数百毫秒之间，因而通常选用加速度振动传感器监测振动信号。在使用压电式振动传感器测量振动加速度信号时，传感器输出电荷量，易受外界的干扰，因而在传感器输出与电荷/电压变换电路之间的传输线需要用同轴线，以屏蔽外界干扰。

补偿式霍尔传感器。

在对断路器的分合线圈电流监测时,由于无法将电流接入到监测系统,所以需要选择相应的传感器来解决这一问题。针对该监测量,本文选择了补偿式霍尔传感器，通过对其的监测与分析，可以研究该断路器操动机构运行的情况，如运动机构是否有卡滞、铁芯是否存在空行程以及负载变动情况等，同时还能大致反映二次控制回路完整性，为高压断路器的故障诊断和检修提供重要的信息。

在对动触头位移监测时,由于被监测量为非电信号,难于直接实现对这些信号的处理,所以本装置选择了光电式位移传感器,将其转化为电压信号来监测。

在对断路器的开断电流监测时,同样需要相应的传感器来实现,为此本装置选择了电流传感器。

传统的A/D采样通常是用CPU或单片机控制，有很大的局限性，一般只能用于10M/SPS以下的AD采样；而采样频率大于10M/SPS甚至达到1G/SPS时，须用高速FPGA直接控制对AD采样芯片的数据吞吐进行的控制，充分利用了FPGA器件的高速高效优势，从而解决了传统使用CPU或单片机数据接口速度慢的问题，实现了高速数据采样存储的要求。

从嵌入式工控单机系统中数据输出，然后通过485总线方式将所采集的数据进行传输，然后通过上位机进行对线圈电流、振动信号等各参数数据显示、存储。最后通过远程通信将数据上传到上位机,实现监测数据的区域性电网运行系统的共享，显示和传输。RS- 485采用差分传输平衡方式，此特点保证了RS- 485总线具有屏蔽电气噪声的功能，不仅传输速度快（最大可达10Mbps ），而且传输距离远，最大传输距离可达1200 m，另外RS-485接口在总线上允许连接多达128个收发器，即具有多站能力，这样便可以利用单一的RS-485接口方便的测量多个状态量。

系统在监测断路器分合闸线圈电流时,将其电流信号通过补偿式霍尔传感器,将其电流信号转化为电压信号，通过DSP数字信号处理单元将其电压信号转换为控制单元所能承受的输入电压,进入处理器进行相应的转换，然后进行相应的数据处理,接着通过相应的键盘按键进行控制相应的监测量；数据存储，可以对断路器运行的历史和故障情况进行对比分析，以便于做出合理的判断；通过总线通讯实现在线监测的数据的区域性电网运行系统的共享，显示和传输。

系统在对断路器的动触头位移、振动信号和开断电流监测时，与上述对断路器分合闸线圈电流监测原理相似。

本实用新型有益效果包括：结构简单，体积小，重量轻，成本低廉，操作方便，稳定性好，便于组装和检修。