CN104360263A - 基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统 - Google Patents
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Abstract
基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统。现有的断路器操作机构动作特性测试仪仅能完成对机构特性参数的测试，不能进行特性参数的分析和处理功能。本发明方法包括：输入模块将整个专家系统各种信息输入；数据处理模块处理从所述的输入模块传入的数据；专家知识库管理模块对专家知识库里的电流样本曲线数据进行管理，包括写入、查看读取、修改和删除；故障推理模块是将曲线处理模块输入的要诊断的断路器操作机构分合闸线圈电流曲线数据与专家知识库模块中传入的线圈电流样本数据进行对比分析得出结果；输出模块将故障分析推理模块判断的结果显示出来。本发明用于断路器操作机构故障诊断。
Description
技术领域：
本发明涉及断路器操作机构故障诊断领域，具体涉及一种基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统。
背景技术：
断路器是电力系统的重要一次设备，断路器性能的可靠性直接影响电力系统运行的可靠性，而断路器的可靠性主要取决于其操作机构的可靠性，因此对断路器操作机构机械故障进行诊断是非常重要的。断路器操作机构机械故障的诊断可以通过测量断路器的多种机械参数来完成，其中分合闸线圈电流信号是重要的监测参数之一。
附图2所示为操作机构分合闸线圈电流标准波形，从图中可以看出，电磁铁铁芯的运动过程中线圈电流波形变化情况可分为5个阶段，分别为：
阶段1：t
0
-t
1
，断路器操作机构分合闸线圈在t
0
时刻通电，线圈中有电流通过，由于此时电流不够大，所产生的磁通不够大，电磁铁产生的电磁力未达到铁芯动作的动作值，所以此阶段电磁线圈通电，但铁芯不动，线圈电感为常数，线圈电流按指数规律上升。
阶段2：t
1
-t
2
，t
1
时刻，线圈电流增加到所产生的电磁力能克服铁芯自身重力、运动摩擦力和弹簧反力等阻力而带动铁芯动作，随着铁芯的运动，磁路气隙不断减小，磁路磁阻减小，线圈电抗增大，使线圈电流按指数规律下降。
阶段3：t
2
-t
3
，t
2
时刻，铁芯运动速度达到最大，铁芯运动到位，端面撞到合（分）闸锁扣装置停止运动，此阶段铁芯磁路磁阻不变，电抗不再增加，线圈电流又呈指数规律上升。
阶段4：t
3
-t
4
，此阶段是阶段3的延续，线圈电流达到近似稳态。
阶段5：t
4
-t
5
，电流切断阶段，此阶段由于断路器辅助触头断开直流电源，辅助触头间产生电弧并被被迅速拉长，电弧电压升高，使电流减小，直到电弧熄灭，线圈电流减小为零。
断路器操作机构分合闸电磁铁线圈的电流波形中含有很多状态信息，如铁芯运动机构有无卡滞、脱扣、释能机构负载变化的情况，断路器是否发生偷跳、拒动、误动等运行状态，所以可将断路器操作机构在线监测设备监测得到的操作机构动作时线圈电流波形与线圈电流样本波形进行比对，通过比对分析电流波形变化情况或变化趋势，从而判断操作机构的性能状况。
现有的断路器操作机构动作特性测试仪仅能完成对机构特性参数的测试，不能进行特性参数的分析和处理功能。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，该方法包括如下步骤：输入模块将整个专家系统各种信息输入；数据处理模块处理从所述的输入模块传入的数据；专家知识库管理模块对专家知识库里的电流样本曲线数据进行管理，包括写入、查看读取、修改和删除；故障推理模块是将数据处理模块输入的要诊断的断路器操作机构分合闸线圈电流曲线数据与专家知识库模块中传入的样本数据进行对比分析得出结果；输出模块将故障分析推理模块判断的结果显示出来。
所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，所述的输入模块将整个专家系统各种所需的信息输入，包括如下步骤：
（1）选择专家系统功能，选择专家系统库管理功能和故障分析功能；
（2）断路器操作机构的基本信息输入：选择或者手动输入操作机构类型，
选择操作机构的类型有液压、弹簧和液压弹簧；操作机构型号通过手动输入或者选择专家知识库中已经存有的型号；
（3）输入操作机构线圈电流数据，其方式包括：a、与断路器操作机构机械特性测试仪直接相连，如果测试仪提供的数据格式与专家系统要求的数据格式一致，则测试仪直接通过串口通信将线圈电流数据传输至专家系统；b、以文件的方式输入线圈电流数据，文件的格式要求是专家系统支持的数据文件格式；c、以特征点的方式输入线圈电流数据，在输入界面用户按要求输入测试曲线对应的六个特征点数据；
（4）将步骤（2）、步骤（3）中的数据传送至数据处理模块。
所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，所述的数据处理模块对从所述的输入模块传入的数据进行处理，处理过程包括：
（1）如果输入模块传送的操作机构线圈电流曲线数据是完整的电流曲线，首先将图1中所示的六个特征点提取出来，再对整个曲线进行降低采样点和提取出电流曲线中所有极值点，最后将提取出的特征点、极值点数据和降低采样点后电流曲线数据组成存储数据，以较小数据储存并能保证曲线的精度；
（2）如果输入模块传入的是电流曲线特征点，利用输入的特征点进行曲线拟合得到完整的线圈电流曲线，并对整条曲线进行降低采样点处理，将特征点数据和降低采样点处理后的电流曲线数据组成存储数据；
（3）最后将数据根据选择的功能传送至不同的模块，如果选择专家知识库管理功能，将上述步骤（1）、步骤（2）中得到的线圈电流曲线存储数据和输入模块传入的操作机构信息传送至专家知识库管理模块；如果选择故障诊断功能，则传送至故障推理模块。
所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，所述的专家知识库管理模块对专家知识库里的电流样本曲线数据进行管理，包括写入、查看读取、修改和删除，专家知识管理模块能够将数据处理模块传入的数据存入专家知识库中，专家知识库中每个电流曲线样本所包含的内容为：断路器操作机构类型、线圈类型、故障类型及原因说明、电流波形数据和故障发生次数，故障发生次数初始化为零；样本范围为正常情况以及各种可能故障下断路器操作机构线圈电流曲线数据；
电流样本曲线按照分基本大类的原则进行储存，一个基本大类是指特定的操作机构类型和特定线圈类型的组合，如CY6液压机构的分闸线圈是一个基本大类，而CY6液压机构的合闸线圈又是另一基本大类，每个基本大类建立一个独立文件夹，用于存放这个基本大类下的所有样本，每个大类下每种故障类型的发生概率不一致，初始化按照故障发生的概率进行样本排序，但每个样本故障次数初始值为零；等每次故障诊断结束后，诊断出故障后专家库中对应样本的故障次数加1，便于故障推理模块调用数据，故障推理时，专家知识库管理模块将所需的样本数据传送至故障推理模块。
所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，所述的故障推理模块功能是将曲线处理模块输入的要诊断的断路器操作机构分合闸线圈电流曲线数据与专家知识库模块中传入的样本数据进行对比分析得出结果，故障推理是将要诊断的断路器操作机构分合闸线圈电流曲线与专家知识库中的样本电流曲线进行基于特征点的相似度比对，特征点为图1中所示曲线的五个阶段的起始点和终止点，共6个特征点，比对的顺序是对专家知识库中发生故障次数多的电流曲线先进行比较，次数少的后进行比较，当相似度值大于某一数值时，所述的某一数值需要根据不同种类的操作机构和线圈类型进行设定，认为输入电流曲线与样本是相同的，则输出结果且不再进行后续比较，如果没有找到相似度大于某一数值的，就把在专家知识库中与输入线圈电流曲线所属的那个基本大类中所有样本都进行比较，输出相似度比最大的比较结果，并将比较结果传送至输出模块，由输出模块进行结果显示。
所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，所述的输出模块将故障分析推理模块判断的结果显示出来，显示内容包括：（1）电流曲线显示：输入的要判断的未知故障类型的线圈电流曲线和样本库中故障曲线的对比图；（2）显示故障类型或者故障趋势及相关分析；（3）输出诊断结果的word报告。
有益效果：
1. 本发明基于操作机构运行过程中产生故障时，尤其是电磁系统故障时，其线圈电流波形将发生变化。通过把监测得到的实际线圈电流波形与该机构样本电流波形（样本电流波形包括机构的标准电流波形及机构各种可能故障情况下的电流波形）比较，可以分析判断出机构可能出现的故障或是机构性能的变化趋势，为断路器操作机构的检修提供依据，从而提高断路器运行的可靠性。
本发明基于labview软件平台开发，可以直接与断路器机械特性测试仪相连接采集数据，也可以手动输入机构的出厂数据，建立操作机构正常运行及各种可能故障情况下线圈电流样本曲线库，通过检测断路器操作机构动作时线圈电流波形曲线，并与专家系统样本曲线库中的电流曲线进行比对，分析判断操作机构性能变化趋势或故障情况，为断路器操作机构运行、维护及检修提供理论依据。
本发明的专家系统是基于断路器操作机构分合闸线圈电流曲线建立。基于断路器操作机构分合闸线圈正常及可能的各种故障情况下的电流波形所建立。
专家知识库采用操作机构类型和线圈类型为依据的基本大类分类原则，每个样本有历史故障次数信息，每诊断一次相应的故障次数自动加1，有利于快速诊断发生概率高的故障。专家系统库允许用户对专家知识库进行修改。
用户可方便对专家知识库进行查看，并可以获知故障类型及其发生次数，有助于预防频发故障。
本发明的数据处理模块对输入的操作机构线圈电流曲线进行处理，能够提取其特征点和极值点信息，最大限度在保留曲线信息的情况下，减小储存空间并且有利于加快系统运行速度。
曲线处理模块能够进行曲线拟合，根据输入的特征点还原操作机构线圈电流曲线。
故障推理采用基于特征点的曲线相似度比对方法，能够进行快速比较准确的诊断。
本专家系统主要完成对操作机构动作参数测试仪测量的线圈电流曲线的分析和处理，根据分析处理结果判断操作机构的运行状态，给出操作机构性能的变化曲线，对故障或潜在故障给出报警或预警提示。
附图说明：
附图1是本发明方法的流程图。
附图2是本发明断路器操作机构分或合闸线圈电流的标准波形图。
具体实施方式：
实施例1：
一种基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，该方法包括如下步骤：输入模块将整个专家系统各种信息输入；数据处理模块处理从所述的输入模块传入的数据；专家知识库管理模块对专家知识库里的电流样本曲线数据进行管理，包括写入、查看读取、修改和删除；故障推理模块是将数据处理模块输入的要诊断的断路器操作机构分合闸线圈电流曲线数据与专家知识库模块中传入的样本数据进行对比分析得出结果；输出模块将故障分析推理模块判断的结果显示出来。
实施例2：
根据实施例1所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，所述的输入模块将整个专家系统各种所需的信息输入，包括如下步骤：
（1）选择专家系统功能，选择专家系统库管理功能和故障分析功能；
（2）断路器操作机构的基本信息输入：选择或者手动输入操作机构类型，
选择操作机构的类型有液压、弹簧和液压弹簧；操作机构型号通过手动输入或者选择专家知识库中已经存有的型号；
（3）输入操作机构线圈电流数据，其方式包括：a、与断路器操作机构机械特性测试仪直接相连，如果测试仪提供的数据格式与专家系统要求的数据格式一致，则测试仪直接通过串口通信将线圈电流数据传输至专家系统；b、以文件的方式输入线圈电流数据，文件的格式要求是专家系统支持的数据文件格式；c、以特征点的方式输入线圈电流数据，在输入界面用户按要求输入测试曲线对应的六个特征点数据；
（4）将步骤（2）、步骤（3）中的数据传送至数据处理模块。
实施例3：
根据实施例1所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，所述的数据处理模块对从所述的输入模块传入的数据进行处理，处理过程包括：
（1）如果输入模块传送的操作机构线圈电流曲线数据是完整的电流曲线，首先将图1中所示的六个特征点提取出来，再对整个曲线进行降低采样点和提取出电流曲线中所有极值点，最后将提取出的特征点、极值点数据和降低采样点后电流曲线数据组成存储数据，以较小数据储存并能保证曲线的精度；
（2）如果输入模块传入的是电流曲线特征点，利用输入的特征点进行曲线拟合得到完整的线圈电流曲线，并对整条曲线进行降低采样点处理，将特征点数据和降低采样点处理后的电流曲线数据组成存储数据；
（3）最后将数据根据选择的功能传送至不同的模块，如果选择专家知识库管理功能，将上述步骤（1）、步骤（2）中得到的线圈电流曲线存储数据和输入模块传入的操作机构信息传送至专家知识库管理模块；如果选择故障诊断功能，则传送至故障推理模块。
实施例4：
根据实施例1所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，所述的专家知识库管理模块对专家知识库里的电流样本曲线数据进行管理，包括写入、查看读取、修改和删除，专家知识管理模块能够将数据处理模块传入的数据存入专家知识库中，专家知识库中每个电流曲线样本所包含的内容为：断路器操作机构类型、线圈类型、故障类型及原因说明、电流波形数据和故障发生次数，故障发生次数初始化为零；样本范围为正常情况以及各种可能故障下断路器操作机构线圈电流曲线数据；
电流样本曲线按照分基本大类的原则进行储存，一个基本大类是指特定的操作机构类型和特定线圈类型的组合，如CY6液压机构的分闸线圈是一个基本大类，而CY6液压机构的合闸线圈又是另一基本大类，每个基本大类建立一个独立文件夹，用于存放这个基本大类下的所有样本，每个大类下每种故障类型的发生概率不一致，初始化按照故障发生的概率进行样本排序，但每个样本故障次数初始值为零；等每次故障诊断结束后，诊断出故障后专家库中对应样本的故障次数加1，便于故障推理模块调用数据，故障推理时，专家知识库管理模块将所需的样本数据传送至故障推理模块。
实施例5：
根据实施例1所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，所述的故障推理模块功能是将曲线处理模块输入的要诊断的断路器操作机构分合闸线圈电流曲线数据与专家知识库模块中传入的样本数据进行对比分析得出结果，故障推理是将要诊断的断路器操作机构分合闸线圈电流曲线与专家知识库中的样本电流曲线进行基于特征点的相似度比对，特征点为图1中所示曲线的五个阶段的起始点和终止点，共6个特征点，比对的顺序是对专家知识库中发生故障次数多的电流曲线先进行比较，次数少的后进行比较，当相似度值大于某一数值时，所述的某一数值需要根据不同种类的操作机构和线圈类型进行设定，认为输入电流曲线与样本是相同的，则输出结果且不再进行后续比较，如果没有找到相似度大于某一数值的，就把在专家知识库中与输入线圈电流曲线所属的那个基本大类中所有样本都进行比较，输出相似度比最大的比较结果，并将比较结果传送至输出模块，由输出模块进行结果显示。
实施例6：
根据实施例1所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，所述的输出模块将故障分析推理模块判断的结果显示出来，显示内容包括：（1）电流曲线显示：输入的要判断的未知故障类型的线圈电流曲线和样本库中故障曲线的对比图；（2）显示故障类型或者故障趋势及相关分析；（3）输出诊断结果的word报告。
Claims (6)
1.一种基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，其特征是：该方法包括如下步骤：输入模块将整个专家系统各种信息输入；数据处理模块处理从所述的输入模块传入的数据；专家知识库管理模块对专家知识库里的电流样本曲线数据进行管理，包括写入、查看读取、修改和删除；故障推理模块是将数据处理模块输入的要诊断的断路器操作机构分合闸线圈电流曲线数据与专家知识库模块中传入的样本数据进行对比分析得出结果；输出模块将故障分析推理模块判断的结果显示出来。
2.根据权利要求1所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，其特征是：所述的输入模块将整个专家系统各种所需的信息输入，包括如下步骤：
（1）选择专家系统功能，选择专家系统库管理功能和故障分析功能；
（2）断路器操作机构的基本信息输入：选择或者手动输入操作机构类型，
选择操作机构的类型有液压、弹簧和液压弹簧；操作机构型号通过手动输入或者选择专家知识库中已经存有的型号；
（3）输入操作机构线圈电流数据，其方式包括：a、与断路器操作机构机械特性测试仪直接相连，如果测试仪提供的数据格式与专家系统要求的数据格式一致，则测试仪直接通过串口通信将线圈电流数据传输至专家系统；b、以文件的方式输入线圈电流数据，文件的格式要求是专家系统支持的数据文件格式；c、以特征点的方式输入线圈电流数据，在输入界面用户按要求输入测试曲线对应的六个特征点数据；
（4）将步骤（2）、步骤（3）中的数据传送至数据处理模块。
3.根据权利要求1所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，其特征是：所述的数据处理模块对从所述的输入模块传入的数据进行处理，处理过程包括：
（1）如果输入模块传送的操作机构线圈电流曲线数据是完整的电流曲线，首先将图1中所示的六个特征点提取出来，再对整个曲线进行降低采样点和提取出电流曲线中所有极值点，最后将提取出的特征点、极值点数据和降低采样点后电流曲线数据组成存储数据，以较小数据储存并能保证曲线的精度；
（2）如果输入模块传入的是电流曲线特征点，利用输入的特征点进行曲线拟合得到完整的线圈电流曲线，并对整条曲线进行降低采样点处理，将特征点数据和降低采样点处理后的电流曲线数据组成存储数据；
（3）最后将数据根据选择的功能传送至不同的模块，如果选择专家知识库管理功能，将上述步骤（1）、步骤（2）中得到的线圈电流曲线存储数据和输入模块传入的操作机构信息传送至专家知识库管理模块；如果选择故障诊断功能，则传送至故障推理模块。
4.根据权利要求1所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，其特征是：所述的专家知识库管理模块对专家知识库里的电流样本曲线数据进行管理，包括写入、查看读取、修改和删除，专家知识管理模块能够将数据处理模块传入的数据存入专家知识库中，专家知识库中每个电流曲线样本所包含的内容为：断路器操作机构类型、线圈类型、故障类型及原因说明、电流波形数据和故障发生次数，故障发生次数初始化为零；样本范围为正常情况以及各种可能故障下断路器操作机构线圈电流曲线数据；
电流样本曲线按照分基本大类的原则进行储存，一个基本大类是指特定的操作机构类型和特定线圈类型的组合，如CY6液压机构的分闸线圈是一个基本大类，而CY6液压机构的合闸线圈又是另一基本大类，每个基本大类建立一个独立文件夹，用于存放这个基本大类下的所有样本，每个大类下每种故障类型的发生概率不一致，初始化按照故障发生的概率进行样本排序，但每个样本故障次数初始值为零；等每次故障诊断结束后，诊断出故障后专家库中对应样本的故障次数加1，便于故障推理模块调用数据，故障推理时，专家知识库管理模块将所需的样本数据传送至故障推理模块。
5.根据权利要求1所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，其特征是：所述的故障推理模块功能是将曲线处理模块输入的要诊断的断路器操作机构分合闸线圈电流曲线数据与专家知识库模块中传入的样本数据进行对比分析得出结果，故障推理是将要诊断的断路器操作机构分合闸线圈电流曲线与专家知识库中的样本电流曲线进行基于特征点的相似度比对，特征点为图1中所示曲线的五个阶段的起始点和终止点，共6个特征点，比对的顺序是对专家知识库中发生故障次数多的电流曲线先进行比较，次数少的后进行比较，当相似度值大于某一数值时，所述的某一数值需要根据不同种类的操作机构和线圈类型进行设定，认为输入电流曲线与样本是相同的，则输出结果且不再进行后续比较，如果没有找到相似度大于某一数值的，就把在专家知识库中与输入线圈电流曲线所属的那个基本大类中所有样本都进行比较，输出相似度比最大的比较结果，并将比较结果传送至输出模块，由输出模块进行结果显示。
6.根据权利要求1所述的基于分合闸线圈电流的断路器操作机构故障诊断专家系统，其特征是：所述的输出模块将故障分析推理模块判断的结果显示出来，显示内容包括：（1）电流曲线显示：输入的要判断的未知故障类型的线圈电流曲线和样本库中故障曲线的对比图；（2）显示故障类型或者故障趋势及相关分析；（3）输出诊断结果的word报告。
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