[发明专利]高压断路器机械特性监测系统及其监测方法

权利要求书

1.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，采用高压断路器机械特性监测系统，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(6)及无线收发模块(10)，所述无线收发模块(10)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；

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；

所述监测终端微控制器(2)采用STM32F407ZGT6芯片；

所述无线收发模块(10)为433MHz无线收发模块；

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；

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；

所述温度传感器(17)为电阻式温度传感器；

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)＝P_N(y)+y^NR(1/2-y)≥0，0≤y≤1，其中P_N(y)满足R(-y)＝-R(y)，并满足sup P(y)＜2^2(N-1)；选定一个实系数三角多项式Q(z)使得P(sin²(ω/2))＝|Q(e^iω)|²；选取中的{h_k}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：V_Open＝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t_Close，则高压断路器动触头的合闸平均速度计算公式为：V_Close＝(S₄-S₃)/t_Close；

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V_t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，能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更加精确，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合闸最大速度值；

采用RTC实时时钟模块(5)计算高压断路器的储能时间、分合闸时间，其计算过程具体如下：

实时判高压断断路器分闸、合闸与储能电机的开入量，当高压断路器分闸、合闸操作结束或者储能电机开始于结束工作时，控制监测终端微控制器(2)依次获取动作开始和结束时刻的时间信息，将动作结束时刻的时间信息与动作起始时刻的时间信息做差，则得到高压断路器分闸时间、合闸时间与储能电机的工作时间；

根据得到的高压断路器的分闸时间和合闸时间，此时得到的时间信息分别有三相触头的信息即T_{OPEN_A}、T_{OPEN_B}、T_{OPEN_C}或T_{Close_A}、T_{Close_B}、T_{Close_C}，其中前三项分别为A、B、C三相触头的分闸时间，后三项分别为A、B、C三相触头的合闸时间；

对三相分闸时间进行两两做差，得到A-B的分闸不同期时间、B-C的不同期时间、C-A的分闸不同期时间，取这三个值中的最大值，即得到高压断路器分闸的不同期时间；

对三相合闸时间进行两两做差，得到A-B的合闸不同期时间、B-C的合闸期时间、C-A的合闸不同期时间，取这三个值中的最大值，即得到高压断路器合闸的不同期时间；

步骤4、待步骤3完成后，采用无线传输的方式在线监测高压断路器触头的温升状况；

步骤5、经步骤1～步骤4后，监测终端微控制器(2)得到分、合闸触头在分合闸过程中的平均速度与最大速度，分闸不同期时间，合闸不同期时间，分、合闸线圈最大电流，储能电机启动电流，分合闸时间，触头温升值这些参数；通过Flash模块(3)将数据存储，防止掉电丢失，并通过CAN模块(7)将数据上传至人机交互模块(11)显示，同时通过以太网模块(8)将数据上传至监控中心(16)，进行远程的监测。