[发明专利]基于光纤传感器的断路器振动监测系统及监测方法有效

专利信息
申请号: 201410488271.6 申请日: 2014-09-22
公开(公告)号: CN104215321B 公开(公告)日: 2017-02-01
发明(设计)人: 黄新波;徐冠华;朱永灿;朱海涛;马龙涛;赵阳;吴孟魁;王岩妹;薛卜玮 申请(专利权)人: 西安工程大学
主分类号: G01H9/00 分类号: G01H9/00
代理公司: 西安弘理专利事务所61214 代理人: 罗笛
地址: 710048 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 基于 光纤 传感器 断路器 振动 监测 系统 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于电力设备在线监测方法技术领域,涉及一种基于光纤传感器的断路器振动监测系统,本发明还涉及上述断路器振动监测系统的监测方法。

背景技术

断路器是电力系统的重要设备,其机械故障会对系统运行构成极大威胁,并导致严重的经济损失。为了确保断路器的安全运行和提高电力系统运行的可靠性,必须加强对其进行振动监测。

随着计算机技术、传感技术、现场总线技术和人工智能的日趋成熟,对断路器振动监测已经成为可能。断路器的振动信号蕴含着丰富的机械状态信息,振动信号监测是一种非侵入式的监测方法,不影响设备的内部结构和正常运行,利用振动信号对断路器机械状态进行监测和诊断,可提前发现和预防故障,是判断机械状态的有效手段。

传统的断路器振动监测方法主要是通过压电式加速度传感器对断路器三相触头末端处进行振动监测,根据上位机显示的波形情况,从而确定断路器的机械状态。虽然可以实时监测到断路器相的振动,但是传感器存在抗干扰能力差、存在积分误差累计的问题,实测的误差较大,并且只监测一个位置的振动信号,并不能说明断路器的机械状态。光纤光栅振动传感器是一种抗电磁干扰、灵敏度高且能在恶劣环境下正常稳定工作的传感器,它能够实时对振动信号进行动态监测。如果将其应用到断路器在线监测,将会在其监测的可靠性和精度上得到很大的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤传感器的断路器振动监测系统,实现了对运行中的断路器进行实时振动监测的目的。

本发明的另一目的在于提供一种基于光纤传感器的断路器振动监测系统的监测方法。

本发明所采用的第一种技术方案是,基于光纤传感器的断路器振动监测系统,包括有安装于断路器上的多个光纤光栅振动传感器和安装于断路器输出触点处的开关量检测模块,光纤光栅振动传感器通过信号线依次与光纤光栅解调仪、信号调理模块及AD转换模块连接,AD转换模块与开关量检测模块分别通过信号线与隔离单元模块连接,隔离单元模块通过信号线与数字信号处理器连接,数字信号处理器通过CAN总线与上位机连接;信号调理模块、AD转换模块、开关量检测模块、隔离单元模块及数字信号处理器均集成于一块印制电路板上。

本发明第一种技术方案的特点还在于:

光纤光栅振动传感器固定于断路器壳体非带电部分的表面,断路器壳体非带电部分的表面上设置有带螺纹安装孔的刚性底座,光纤光栅振动传感器采用螺栓连接的方式与刚性底座连接。

光纤光栅解调仪的型号为SR-100-T。

AD转换模块的型号为AD7656。

隔离单元模块的型号为P781。

本发明所采用的第二种技术方案是,基于光纤传感器的断路器振动监测系统的监测方法,具体按照以下步骤实施:

步骤1、利用光纤光栅振动传感器采集断路器不同位置的分合闸振动参量变化,根据分合闸振动参量变化得到光信号的变化量;

步骤2、光纤光栅解调仪将步骤1中的多个光纤光栅振动传感器采集到的光信号解调成电压信号,并将其放大到适合AD转换的电压信号,得到放大后的电压信号,放大后的电压信号其电压为4.75~5.25V;

步骤3、利用信号调理模块处理经步骤2得到的放大后的电压信号,得到数字信号;同时由开关量检测模块提取断路器的位置信号;

步骤4、将经步骤3得到的数字信号及断路器的位置信号依次经过隔离单元模块、数字信号处理器处理后送至上位机,完成整个振动信号的处理和传输;

步骤5、上位机对不同位置分合闸振动信号进行分析处理、实时显示和报警,并且根据波形分析确定光纤光栅振动传感器的最佳安装位置。

本发明第二种技术方案的特点还在于:

步骤1.1、将多个光纤光栅振动传感器分别安装于断路器壳体非带电部分,具体安装方法为:在断路器壳体非带电部分的表面粘贴一个带螺纹安装孔的刚性底座,然后采用螺栓连接的方式将多个光纤光栅振动传感器固定在这个底座上;

步骤1.2、利用多个光纤光栅振动传感器采集断路器不同位置的分合闸振动参量变化,振动参量变化会导致光纤光栅轴向应变,引起光纤光栅反射波长的变化,即将分合闸的振动参量变化转化为光信号的变化。

步骤3具体按照以下步骤实施:

步骤3.1、利用信号调理模块将放大后的电压信号中高频干扰信号滤除,高频干扰信号是指频率为20kHz以上的干扰信号;

步骤3.2、经步骤3.1,将滤波后的电压信号调整到适合AD采样的范围,得到模拟信号;

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