[发明专利]一种永磁操作机构电流信号的故障诊断装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于断路器故障诊断技术领域，尤其涉及一种永磁操作机构电流信号的故障诊断装置及方法，具体说是一种永磁操作机构电流信号的断路器故障诊断装置及方法。

背景技术

高压永磁断路器操动机构为电磁铁，以直流电源控制。电磁线圈的波形包含着重要的信息，可作为故障诊断评判依据。断路器在每次分、合闸过程中，操作线圈的电流是随时间变化，变化的电流波形中含有很多信息，反映电磁铁本身以及所控制的锁门或阀门以及连锁触头在操动过程中的工作情况，如铁芯运动机构有无片滞、脱扣、释能机械负载变动的情况、线圈的状态是否正常、铁芯顶杆连接的锁门和阀门的状态。通过对分、合闸操作线圈动作电流的监测，可以大致了解断路器二次控制回路的工作情况及机械操动机构状况等。目前，针对该信号的诊断方法主要采用电流曲线轮廓法，该方法的关键在于提取分合闸线圈电流波形轮廓的特征，通过对电流波形中的时间和幅值参数特征的分析可得出铁芯的运动事件，通过与正常状态对比可得出故障的类型和原因，进而得出断路器工作状态。但该方法无法对断路器是否发生机械故障还是电气故障进行区分，也无法诊断出电气故障中具体的原因，因此，对基于永磁操作机构电流信号的高压断路故障诊断方法需要进行深入的研究。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之外，本发明提供了一种永磁操作机构电流信号的故障诊断装置及方法。其目的是为了可有效地诊断出断路器永磁操作机构发生的电气特性故障和机械特性故障，并可为断路器的状态检修提供依据。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种永磁操作机构电流信号的故障诊断装置，包括断路器，还包括永磁操作机构电流传感器、电压调理元件、AD转换元件、时钟元件、电源元件、电平转换电路、中央处理单元和数据滤波模块和故障诊断方法；具体结构如下：断路器与永磁操作机构电流传感器相连接，永磁操作机构电流传感器的供电回路和电压调理元件相连接，电压调理元件和AD转换元件相连接，AD采集元件通过电平转换电路与中央处理单元相连接；永磁操作机构电流传感器的信号回路与AD转换元件连接；时钟元件与中央处理单元相连接，电源元件通过中央处理单元与各元件相连接；采集到的永磁操作机构电流数据，通过中央处理单元中的数据滤波模块进行数据处理，然后通过故障诊断方法进行诊断。

所述的永磁操作机构电流传感器，采用宇波模块CHB-100SF闭环霍尔电流传感器；该传感器的供电回路是和电压调理元件连接，其工作电压值为±12V，永磁操作机构电流传感器的信号回路与AD转换元件连接，输出的电压范围为0～5V。

所述的电压调理元件，为永磁操作机构电流传感器供电，还可以将AD转换元件输出的5V电压转换成中央处理单元能接受的3.3V电压，并将上述两个元件相连接。

所述的AD转换元件主要由ADS8364芯片及其外围电路组成；所述的中央处理单元主要由TMS320F28335芯片及其外围电路组成；所述的断路器采用真空10kv的ZW45型单稳态永磁机构断路器。

所述的AD采集元件和中央处理单元之间还连接有电平转换电路。

所述的时钟元件与中央处理单元相连接，可为AD转换元件提供采样频率。

所述的电源元件，通过中央处理单元与各元件相连接，可为整个装置提供电源；所述的数据滤波模块，采用等距五点三次算法平滑电流信号数据曲线。

一种永磁操作机构电流信号的故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤1：断路器的机构电流信号通过机构电流传感器采集；

步骤2：机构电流传感器采集到的信号，通过电压调理元件传送给A/D转换元件；

步骤3：A/D转换元件将数据传送给中央处理单元，中央处理单元根据时钟元件确定采集频率；

步骤4：电源元件同时为中央处理单元、A/D转换元件、电压调理元件和机构电流传感器供电。

步骤5：中央处理单元通过滤波处理模块对采集到的电流数据进行滤波处理；

步骤6：中央处理单元通过故障诊断方法对处理后的数据进行故障诊断。

一种永磁操作机构电流信号的故障诊断方法，具体操作步骤如下：

步骤1：提取滤波后永磁操作机构电流曲线的特征值；

步骤2：根据提取的特征值绘出特征曲线，并根据该曲线上的两个钝角角度重新组成角度向量平面；

步骤3：在永磁机构操作回路电阻变化条件下，提取最少三点永磁操作机构电流信号的特征值，并根据步骤2计算出所有角度向量；步骤4：根据角度向量通过最小二乘法拟合成操作机构回路电阻变化函数；