一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统，其特征是，首先对高压断路器的振动信号、线圈电流和行程时间信号进行采集，通过单片机对数据预先处理，进行去噪并存储；接着通过ZigBee模块将数据传输到上位机，在基于算法程序的基础上提取信号的特征向量；最后与预先存储的正常信号进行对比，判断高压断路器是否发生故障。本发明专利技术的有益效果是：综合利用振动信号，线圈电流和行程时间等信号，对断路器运行状态和故障类型进行诊断，并实现报警，结合行程时间信号与振动信号综合判断的结果，实现高压断路器故障模式较准确的诊断。

【技术实现步骤摘要】
一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统
本专利技术涉及一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统，属于断路器状态检测

技术介绍
目前，我国变电站电气设备的检修工作主要是定期进行预防性试验，根据实验的结果来判断设备的运行状态，从而确定是否可以继续运行。但随着电力系统的大容量化、高电压化和结构复杂化，对电力系统安全可靠性指标的要求也越来越高。这种传统的试验与诊断方法已经越来越不适应需求。对高压断路器状态实行在线监测，实时监测断路器的运行状态变得尤为重要。而目前我国还没有很成熟的断路器状态监测产品，虽然有关单位进行了探索，并开发出相应的状态监测系统，但从各种文献和资料来看，目前高压断路器的在线监测和诊断技术仍存在在线监测系统不完善，多数都是针对单一或几个参数的在线监测，不利于故障的诊断。而且数据的保存、处理等不系统。针对上述问题。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统，基于ZigBee和LabVIEW，实现线圈电流-振动-行程时间多参量高压断路器故障模式的诊断，解决目前高压断路器的在线监测和诊断技术仍存在在线监测系统不完善，多数都是针对单一或几个参数的在线监测，不利于故障的诊断，而且数据的保存、处理等问题。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统，其特征是，包括如下步骤：步骤1)通过各种传感器进行信号采集，并对相应的信号分别进行预处理；步骤2)对采集到的数据进行处理并存储，通过ZigBee无线传输模块将信号发送到上位机：对通过调理电路后的信号在单片机内进行模数转换，并进行存储；设定传输指令，当单片机接收到传输指令后，经ZigBee无线传输模块发送到上位机；步骤3)对下位机传输来的信号进行特征值提取，并进行故障诊断：在虚拟仪器LabVIEW平台上，对线圈电流信号进行小波包分解与重构进行信号辨识；对振动信号进行经验模态分解，提取有效地特征量；通过行程-时间信号获得动触头刚合、最大、平均速度，以此作为故障特征向量；将上述的特征向量与正常信号进行对比，若超过一定得阈值，则说明断路器出现故障，并触发报警系统。进一步地，所述步骤1)中的信号采集包含如下内容：a)通过电流霍尔传感器采集分合闸电流信号；b)通过加速度传感器采集振动信号；3)通过位移采集行程时间。进一步地，所述步骤1)中的预处理具体内容为：先通过隔离放大模块，再将信号进行放大，并除去波纹成分。进一步地，所述步骤1)中的具体内容为：11)通过电流霍尔传感器采集分合闸电流信号，再通过隔离放大模块，将信号进行放大，并除去波纹成分；通过A/D模块将模拟信号转换成可供计算机使用的数字信号；12)采用压电式加速度传感器进行监测，添加一个10kHz低通滤波电路，将噪声干扰信号去除，在A/D转换器中，把模拟信号转换成计算机可处理的数字信号；13)将旋转式光电编码器安装在断路器机械操动机构的转动轴上，采集传感器测量数据，通过调理电路和A/D转换器，把模拟信号转换成数字信号。进一步地，所述步骤3)具体包括如下步骤：步骤31)小波基函数的选取会影响到最后信号的分析精度，小波包分解的层数与振动信号的时频分析精度直接有关。选择的分解层数少，则分析速度快，这对于高频带信号尤其明显，但频带分辨率低；选择的分解层数多，则分析速度慢，但频带分辨率高。兼顾两者的关系并考虑所分析信号的时变特性和频变特性，本专利技术对线圈电流进行3层db10的小波包分解，将采集的分合闸线圈电流信号分解到不同频段，并对代表有效信号的分解系数进行重构然后运用相似原则对重构后的信号进行辨识，以确定高压断路器是否正常运行；步骤32)将振动信号进行经验模态分解，IMF分量其实是对信号本身频率筛选过程，阶数越低，所得频率越高，振动的故障信号基本都发生高频段，所以这里提取前6个IMF分量作作为特征分量，计算各个IMF离散信号分量的总能量，并作归一化处理，构造特征向量；步骤33)将断路器操作机构动作的行程-时间特性的刚合、最大、平均速度同振动信号特征向量集成，共同组成输入向量用于向量机分类器的训练及故障模式识别；步骤34)通过线圈电流的特征向量与振动信号的特征量对断路器故障模式进行识别；结合上述两种诊断结果，综合判断断路器故障模式。进一步地，所述步骤34)中具体内容为：先通过线圈电流信号提取的特征向量对高压断路器进行初步诊断，是拒分还是拒合故障；再通过振动信号进行进一步的诊断，诊断故障的具体类型，其中再结合行程时间信号与振动信号综合判断的结果，实现高压断路器故障模式较准确的诊断。本专利技术所达到的有益效果：1、采用ZigBee无线通信技术进行上下位机的数据传输，并采用分布式多微处理器技术，使得系统各个功能部件物理分散，软硬件的模块化程度和可靠性提高，利于维护升级和检修，大大减少了测试过程消耗的人力物；2、本文采用被测信号现场数字化，提高了测量精度，避免了传统模拟信号长距离传输的衰减和易受干扰等问题；3、此系统可以实现高压断路器多参量综合诊断，弥补了现有高压断路器故障诊断参数单一问题，提高了故障诊断精确性。附图说明图1是本专利技术的单片机程序流程图；图2是本专利技术的上位机程序流程图；图3是本专利技术的上位机软件系统的模块组成；图4是本专利技术的基于上位机高压断路器综合判断流程图。具体实施方式本专利技术中采用ZigBee无线通信技术进行下位机与上位机的数据传输，上位机进行数据处理，该技术的实施可以参考垂直轴风力发电机组测试系统，该测试系统已成功实施，并开发出来。对于各种信号的处理，相关论文已成功证明其可行性。本专利技术相比较与现有高压断路器监测技术，可以节省大量的人力物力，而目前高压断路器的故障诊断大都是对于单一信息的利用，信息利用率低，故障诊断精度不够，本专利技术的故障综合诊断可以有效利用各种信息，提高诊断精度。下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。根据国际大电网会议关于高压断路器可靠性三次世界范围内调查的结果，机械故障占断路器故障总数的48％左右。常见的断路器机械故障类型有拒分、拒合、误分、误合等，在操作机构和传动机构上具体表现为机构卡涩，部件变形，位移或损坏，分合松动等。高压断路器动作工程中的动触头的行程-时间、线圈电流信号以及机械振动信号蕴含着许多重要的状态信息。工程实际中可以通过监测断路器动作过程中的各种信号，来识别机械故障和机械状态。因此可以对高压断路器这三种信号进行采集，来判断高压断路器的运行状态以及故障模式的识别。本专利技术主要针对目前高压断路器故障诊断方法的诊断效率与准确率普遍较低，没有能在工程实际中广泛应用的成功案例的问题，综合利用三种常见诊断方法实现对高压断路器机械故障的诊断以及机械状态的在线监测。本方法的具体内容步骤如下：步骤1)通过各种传感器进行信号采集，并对相应的信号分别进行预处理，其中，信号采集包含如下内容：a)通过电流霍尔传感器采集分合闸电流信号；b)通过加速度传感器采集振动信号；3)通过位移采集行程时间。本实施例中，预处理具体内容为：先通过隔离放大模块，再将信号进行放大，并除去波纹成分。本步骤具体实施时，步骤为：11)通过电流霍尔传感器采集分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统，其特征是，包括如下步骤：步骤1)通过各种传感器进行信号采集，并对相应的信号分别进行预处理；步骤2)对采集到的数据进行处理并存储，通过ZigBee无线传输模块将信号发送到上位机：对通过调理电路后的信号在单片机内进行模数转换，并进行存储；设定传输指令，当单片机接收到传输指令后，经ZigBee无线传输模块发送到上位机；步骤3)对下位机传输来的信号进行特征值提取，并进行故障诊断：在虚拟仪器LabVIEW平台上，对线圈电流信号进行小波包分解与重构进行信号辨识；对振动信号进行经验模态分解，提取有效地特征量；通过行程‑时间信号获得动触头刚合、最大、平均速度，以此作为故障特征向量；将上述的特征向量与正常信号进行对比，若超过一定得阈值，则说明断路器出现故障，并触发报警系统。

【技术特征摘要】
1.一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统，其特征是，包括如下步骤：步骤1)通过各种传感器进行信号采集，并对相应的信号分别进行预处理；步骤2)对采集到的数据进行处理并存储，通过ZigBee无线传输模块将信号发送到上位机：对通过调理电路后的信号在单片机内进行模数转换，并进行存储；设定传输指令，当单片机接收到传输指令后，经ZigBee无线传输模块发送到上位机；步骤3)对下位机传输来的信号进行特征值提取，并进行故障诊断：在虚拟仪器LabVIEW平台上，对线圈电流信号进行小波包分解与重构进行信号辨识；对振动信号进行经验模态分解，提取有效地特征量；通过行程-时间信号获得动触头刚合、最大、平均速度，以此作为故障特征向量；将上述的特征向量与正常信号进行对比，若超过一定得阈值，则说明断路器出现故障，并触发报警系统。2.根据权利要求1所述的一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统，其特征是，所述步骤1)中的信号采集包含如下内容：a)通过电流霍尔传感器采集分合闸电流信号；b)通过加速度传感器采集振动信号；3)通过位移采集行程时间。3.根据权利要求1所述的一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统，其特征是，所述步骤1)中的预处理具体内容为：先通过隔离放大模块，再将信号进行放大，并除去波纹成分。4.根据权利要求2或3所述的一种高压断路器在线监测及故障综合诊断系统，其特征是，所述步骤1)中的具体内容为：11)通过电流霍尔传感器采集分合闸电流信号，再通过隔离放大模块，将信号进行放大，并除去波纹成分；通过A/D模块将模拟信...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宏忠，徐艳，李思源，刘宝稳，刘勇业，宋开胜，李盛翀，吴书煜，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32