高压断路器机械特性监测系统及其监测方法技术方案

本发明专利技术公开的高压断路器机械特性监测系统，包括有监测终端微控制器，监测终端微控制器分别连接RTC实时时钟模块、晶振、Flash模块、SRAM模块、看门狗模块及无线收发模块，无线收发模块连接触头温升监测终端；监测终端微控制器通过ADC模块连接信号传感器；监测终端微控制器、触头温升监测终端及信号传感器均与电源模块连接；监测终端微控制器通过CAN模块与人机交互模块连接，监测终端微控制器还通过以太网模块与监控中心连接。本发明专利技术还公开了上述监测系统对高压断路器机械特性进行监测的方法。本发明专利技术高压断路器机械特性监测系统及其监测方法，能实现对高压断路器运行状态的监测，解决了现有高压断路器监测不全及精度低的问题。

Monitoring system for mechanical characteristics of high voltage circuit breaker and its monitoring method

【技术实现步骤摘要】
高压断路器机械特性监测系统及其监测方法
本专利技术属于变电设备在线监测
，涉及一种高压断路器机械特性监测系统，本专利技术还涉及利用上述监测系统对高压断路器机械特性进行监测的方法。
技术介绍
高压断路器是开关电气中最为关键的作为绝缘和灭弧的一次电气设备。当设备和线路发生故障时，高压断路器能快速切除、隔离故障，保证非故障用户正常运行。而当高压断路器发生故障，无法在第一时间切断故障线路或设备，将会对电力系统、用户设备造成难以估量的破坏，甚至给工作人员的安全带来隐患。目前，国内外采用的高压断路器监测装置由于传感器数量不足、监测参量不全面等原因造成难以对高压断路器的整体运行状态作出系统全面的预判；同时，由于采用的数据处理技术的单一性，造成采集到的机械特性参数在处理后仍然具有较大的干扰难以滤除，导致高压断路器机械特性在线监测装置得到的参数不能准确地反映高压断路器的实时运行状态，甚至会出现误报警、误动作等情况。如何针对现有参数对高压断路器状态作出全面监测以及如何采用更加高效、综合的数据处理技术将干扰信号减小到最低，从而提高高压断路器状态监测的精度与可靠性是高压断路器故障诊断技术存在的一个难点。故现有高压断路器在线监测技术还需进一步改进，以实现对高压断路器工作状态的准确监测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高压断路器机械特性监测系统，能实现对高压断路器运行状态的监测，解决了现有高压断路器监测不全及精度低的问题。本专利技术的另一目的在于提供利用上述监测系统对高压断路器机械特性进行监测的方法，采用多种数据处理算法对采集到的特征参数处理，运算精度高，能减小甚至消除高压断路器故障的误报警、误动作。本专利技术所采用的第一种技术方案是，高压断路器机械特性监测系统，包括有监测终端微控制器，监测终端微控制器分别连接RTC实时时钟模块、晶振、Flash模块、SRAM模块、看门狗模块及无线收发模块，无线收发模块连接触头温升监测终端；监测终端微控制器通过ADC模块连接信号传感器；监测终端微控制器、触头温升监测终端及信号传感器均与电源模块连接；监测终端微控制器通过CAN模块与人机交互模块连接，监测终端微控制器还通过以太网模块与监控中心连接。本专利技术第一种技术方案的特点还在于：ADC模块和RTC实时时钟模块均内嵌于监测终端微控制器中。监测终端微控制器采用STM32F407ZGT6芯片。无线收发模块为433MHz无线收发模块。信号传感器，包括有与ADC模块连接的线性光耦，线性光耦连接信号调理电路，信号调理电路分别连接有直线位移传感器、霍尔电流互感器；直线位移传感器设置有三个，分别安装于高压断路器的A、B、C三相触头机械结构内，用于监测各相动触头动作信息；霍尔电流互感器设置有三个，分别采集合闸线圈动作电流、分闸线圈动作电流及储能电机动作电流。触头温升监测终端，包括有与无线收发模块连接的单片机最小系统，单片机最小系统分别连接有EEPROM存储器、多个光耦隔离模块，每个光耦隔离模块均外接有温度传感器，每个温度传感器连接高压断路器A相上触头。温度传感器为电阻式温度传感器。本专利技术所采用的第二种技术方案是，利用高压断路器机械特性监测系统对高压断路器机械特性进行监测的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、由直线位移传感器、霍尔电流互感器分别获取高压断路器动作时的三相触头行程信号、分合闸线圈电流信号、储能电机信号；将各自通道的信号值经信号调理电路进行滤波放大处理后由线性光耦隔离，再送入监测终端微控制器中进行采样并将获取到的数据进行小波去噪处理，具体按照以下步骤实施：基于需要存储重合闸的所有信号，采用内嵌的位高精度AD模块，设定各个模拟通道的采样频率为100KHz，采集3秒长时间的动作值30000点；步骤1.1、根据六个通道各自30000点的大数组中判断高压断路器的动作类型，结合高压断路器的实际运行状况，分为以下五种情况：a)分闸；b)分闸后0.3秒合闸；c)分闸后0.3秒合闸，若仍然存在故障，再次分闸；d)合闸；e)合闸后若有故障，分闸；根据上述五种情况，将六个模拟采集通道的数据进行分类；步骤1.2、根据步骤1.1中高压断路器不同的动作类型，对六路通道进行数据截取，将截取到的信号存入设定好的缓存数组中，由于分闸时间一般不超过50ms，合闸时间一般不超过100ms，设定分闸数据的缓存长度为100ms，即1000个点，合闸数据的缓存长度为150ms，即1500个点；为了处理上述情况c)，缓存数组分为分闸缓存0和分闸缓存1两组；将第一次分闸截取到的数据存入分闸缓存0，将第二次分闸截取到的数据存入分闸缓存1；合闸数据全部存入合闸缓存；步骤1.3、对缓存中截取到的数据进行小波去噪处理，确立小波尺度函数的具体步骤如下：步骤a、确定小波去噪的分解层数N，并选取小波阈值函数；步骤b、待步骤a完成后，选定一个多项式P(y)＝PN(y)+yNR(1/2-y)≥0，0≤y≤1，其中PN(y)满足R(-y)＝-R(y)，并满足supP(y)<22(N-1)；选定一个实系数三角多项式Q(z)使得P(sin2(ω/2))＝|Q(eiω)|2；选取中的{hk}即为尺度函数的系数；步骤c、待步骤b完成后，将系数代入对应的尺度函数中，即得到不同分辨频率下的小波尺度函数的系数；步骤d、待步骤c完成后，将要滤除的高频分量的系数设置为零，此时能把干扰信号清除；步骤e、待步骤d完成后，将其余分辨频率下的小波尺度函数进行相加，将小波信号重构，最终得到滤除噪声后的信号；步骤2、采用滑动平均值法平滑处理经步骤1输出的数据；步骤3、经步骤2后，分别计算出高压断路器动触头的分闸平均速度、合闸速度、分合闸最大速度、储能时间、分合闸时间以及高压断路器分闸的不同期时间、高压断路器合闸的不同期时间，具体按照以下方法实施：根据高压断路器参数的定义，触头分闸平均速度是动触头在高压断路器分闸的前6mm的平均速度；触头合闸平均速度是动触头在断路器合闸的整个行程的平均速度；触头的分、合闸最大速度是断路器的动触头在断路器动作时整个行程的最大速度；高压断路器动触头的分闸平均速度计算方法具体如下：找到高压断路器触头动作6mm时刻的点，记录断路器触头动作6mm位置时的时间为T，设定断路器起始动作的时刻为0，则高压断路器动触头的分闸平均速度计算公式为：VOpen＝6/T；高压断路器动触头的合闸速度计算方法具体如下：找到高压断路器触头动作结束时刻的点，并记录当时的行程值为S4；以初始位置作为起始行程值S3，设定高压断路器合闸动作起始时刻为0，高压断路器触头合闸结束时刻为tClose，则高压断路器动触头的合闸平均速度计算公式为：VClose＝(S4-S3)/tClose；高压断路器动触头的分合闸最大速度计算方法，具体如下：确定行程数据的计算间隔值5ms，即50个点，设定t时刻的行程值为S(t+50)的位移值，则t时刻的瞬时速度Vt公式如下：以50个点为计算步长，根据式(1-1)从高压断路器触头发生动作的第50个点开始计算，一直计算到高压断路器动触头结束动作的时刻，得到每一个时刻的瞬时速度值；为了保证最后得到的瞬时速度值精确，在这些瞬时速度值中找到最大的5个瞬时速度值，采用中值法，选择处于这5个最大值中间的那个作为最终的动触头分本文档来自技高网...

【技术保护点】
高压断路器机械特性监测系统，其特征在于，包括有监测终端微控制器(2)，所述监测终端微控制器(2)分别连接RTC实时时钟模块(5)、晶振(9)、Flash模块(3)、SRAM模块(4)、看门狗模块(10)及无线收发模块(6)，所述无线收发模块(6)连接触头温升监测终端(21)；所述监测终端微控制器(2)通过ADC模块连接信号传感器(22)；所述监测终端微控制器(2)、触头温升监测终端(21)及信号传感器(22)均与电源模块(1)连接；监测终端微控制器(2)通过CAN模块(7)与人机交互模块(11)连接，所述监测终端微控制器(2)还通过以太网模块(8)与监控中心(16)连接。

【技术特征摘要】
1.高压断路器机械特性监测系统，其特征在于，包括有监测终端微控制器(2)，所述监测终端微控制器(2)分别连接RTC实时时钟模块(5)、晶振(9)、Flash模块(3)、SRAM模块(4)、看门狗模块(10)及无线收发模块(6)，所述无线收发模块(6)连接触头温升监测终端(21)；所述监测终端微控制器(2)通过ADC模块连接信号传感器(22)；所述监测终端微控制器(2)、触头温升监测终端(21)及信号传感器(22)均与电源模块(1)连接；监测终端微控制器(2)通过CAN模块(7)与人机交互模块(11)连接，所述监测终端微控制器(2)还通过以太网模块(8)与监控中心(16)连接。2.根据权利要求1所述的高压断路器机械特性监测系统，其特征在于，所述ADC模块和RTC实时时钟模块(5)均内嵌于监测终端微控制器(2)中。3.根据权利要求1或2所述的高压断路器机械特性监测系统，其特征在于，所述监测终端微控制器(2)采用STM32F407ZGT6芯片。4.根据权利要求1所述的高压断路器机械特性监测系统，其特征在于，所述无线收发模块(10)为433MHz无线收发模块。5.根据权利要求1所述的高压断路器机械特性监测系统，其特征在于，所述信号传感器(22)，包括有与ADC模块连接的线性光耦(15)，所述线性光耦(15)连接信号调理电路(14)，所述信号调理电路(14)分别连接有直线位移传感器(12)、霍尔电流互感器(13)；所述直线位移传感器(12)设置有三个，分别安装于高压断路器的A、B、C三相触头机械结构内，用于监测各相动触头动作信息；所述霍尔电流互感器(13)设置有三个，分别采集合闸线圈动作电流、分闸线圈动作电流及储能电机动作电流。6.根据权利要求1所述的高压断路器机械特性监测系统，其特征在于，所述触头温升监测终端(21)，包括有与无线收发模块(10)连接的单片机最小系统(18)，所述单片机最小系统(18)分别连接有EEPROM存储器(20)、多个光耦隔离模块(19)，每个所述光耦隔离模块(19)均外接有温度传感器(17)，每个所述温度传感器(17)连接高压断路器A相上触头。7.根据权利要求6所述的高压断路器机械特性监测系统，其特征在于，所述温度传感器(17)为电阻式温度传感器。8.利用高压断路器机械特性监测系统对高压断路器机械特性进行监测的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、由直线位移传感器(12)、霍尔电流互感器(13)分别获取高压断路器动作时的三相触头行程信号、分合闸线圈电流信号、储能电机信号；将各自通道的信号值经信号调理电路(14)进行滤波放大处理后由线性光耦(15)隔离，再送入监测终端微控制器(2)中进行采样并将获取到的数据进行小波去噪处理，具体按照以下步骤实施：基于需要存储重合闸的所有信号，采用内嵌的(12)位高精度AD模块，设定各个模拟通道的采样频率为100KHz，采集3秒长时间的动作值30000点；步骤1.1、根据六个通道各自30000点的大数组中判断高压断路器的动作类型，结合高压断路器的实际运行状况，分为以下五种情况：a)分闸；b)分闸后0.3秒合闸；c)分闸后0.3秒合闸，若仍然存在故障，再次分闸；d)合闸；e)合闸后若有故障，分闸；根据上述五种情况，将六个模拟采集通道的数据进行分类；步骤1.2、根据步骤1.1中高压断路器不同的动作类型，对六路通道进行数据截取，将截取到的信号存入设定好的缓存数组中，由于分闸时间一般不超过50ms，合闸时间一般不超过100ms，设定分闸数据的缓存长度为100ms，即1000个点，合闸数据的缓存长度为150ms，即1500个点；为了处理上述情况c)，缓存数组分为分闸缓存0和分闸缓存1两组；将第一次分闸截取到的数据存入分闸缓存0，将第二次分闸截取到的数据存入分闸缓存1；合闸数据全部存入合闸缓存；步骤1.3、对缓存中截取到的数据进行小波去噪处理，确立小波尺度函数的具体步骤如下：步骤a、确定小波去噪的分解层数N，并选取小波阈值函数；步骤b、待步骤a完成后，选定一个多项式P(y)＝PN(y)+yNR(1/2-y)≥0，0≤y≤1，其中PN(y)满足R(-y)＝-R(y)，并满足supP(y)<22(N-1)；选定一个实系数三角多项式Q(z)使得P(sin2(ω/2))＝|Q(eiω)|2；选取中的{hk}即为尺度函数的系数；步骤c、待步骤b完成后，将系数代入对应的尺度函数中，即得到不同分辨频率下的小波尺度函数的系数；步骤d、待步骤c完成后，将要滤除的高频分量的系数设置为零，此时能把干扰信号清除；步骤e、待步骤d完成后，将其余分辨频率下的小波尺度函数进行相加，将小波信号重构，最终得到滤除噪声后的信号；步骤2、采用滑动平均值法平滑处理经步骤1输出的数据；步骤3、经步骤2后，分别计算出高压断路器动触头的分闸平均速度、合闸速度、分合闸最大速度、储能时间、分合闸时间以及高压断路器分闸的不同期时间、高压断路器合闸的不同期时间，具体按照以下方法实施：根据高压断路器参数的定义，触头分闸平均速度是动触头在高压断路器分闸的前6mm的平均速度；触头合闸平均速度是动触...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新波，李志文，张浩，黄典庆，薛智鹏，吴明松，周岩，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61