CN105424525B - 断路器触头磨损采集系统、判断系统、采集方法和判断方法 - Google Patents

断路器触头磨损采集系统、判断系统、采集方法和判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了断路器触头磨损采集系统、判断系统、采集方法和判断方法，其主要包括力传感器、触发电路、SPI、DSP系统和ARM系统，所述力传感器与DSP系统连接，DSP系统通过SPI和ARM系统连接，所述触发电路的输出端与DSP系统连接，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与ARM系统连接，所述力传感器用以测量合闸力大小，所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样，所述DSP系统用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM系统，所述ARM系统用以接收DSP发送的数据、处理、保存并显示在触摸显示屏上，此套系统通过采集合闸力大小来判断断路器触头磨损程度，装置小巧，人机交互友好。

Description

断路器触头磨损采集系统、判断系统、采集方法和判断方法
技术领域
本发明涉及断路器触头检测领域，特别涉及断路器触头磨损采集系统、判断系统、采集方法和判断方法。
背景技术
在电力系统中，根据电网的运行调度需求，利用断路器来可靠地投入或切除线路以及电气设备。断路器通过触头开闭来断开、闭合电路。由于断路器合闸时动触头与静触头碰撞，次数累计之后会发生触头磨损，导致合闸力不足，影响断路器合闸，因此通过监测断路器拉杆的受力可以判断断路器触头磨损的。
中国专利(201510553490.2)公开了一种基于磁感应的断路器触点磨损监测方法，它在断路器基座与动触头的其中一个上固定设置永磁体，在另外一个上固定设置导磁部件，在断路器合闸状态下，导磁部件处于永磁体产生的磁场范围内且导磁部件与永磁体之间的相对位置随着触点磨损增大而发生偏移；设置一个与基座固定连接的霍尔磁感应元件，在断路器合闸状态下，该霍尔磁感应元件所在位置的由所述永磁体所产生磁场的磁感应强度随着所述偏移而单调变化；通过合闸状态下霍尔磁感应元件所检测到的磁感应强度实现对触点磨损情况的在线监测，但此种检测设备磨损指示不直观且人机交互不够友好。
另一篇中国专利(201510329544.7)公开了一种断路器触点磨损监测方法，它通过设置一个与动触头机械耦合的辅助开关，并将所述辅助开关配置为：在触点磨损未达到预设最大安全磨损情况下，动触头处于合闸位置时，所述辅助开关为第一开关状态；在触点磨损达到或超过预设最大安全磨损情况下，动触头处于合闸位置时，所述辅助开关为第二开关状态；根据断路器的分合闸状态及辅助开关的开关状态对触点磨损情况进行在线监测。此方法无法测得中间磨损状态，只有当磨损情况达到预设的最大安全磨损情况时，此套设备才会显示触头显示结果。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种通过监测断路器拉杆的受力来判断断路器触头磨损情况的断路器触头磨损采集系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：断路器触头磨损检测系统包括力传感器、触发电路、SPI、DSP系统和ARM系统，所述力传感器的输出端与DSP系统连接，DSP系统通过SPI和ARM系统连接，所述触发电路的输出接点两端分别与DSP系统的电源与外部中断引脚相连，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与ARM系统连接；
所述力传感器用以测量合闸力大小，所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样，所述DSP系统用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM系统，所述ARM系统用以接收DSP发送的数据、保存并显示在触摸显示屏上。
进一步的是：还包括连接于力传感器与DSP系统之间的AD采样芯片，所述AD采样芯片的型号为AD7606，所述DSP系统中的DSP芯片型号为TMS320F28335，所述ARM系统中的ARM芯片的型号为S3C6410。
进一步的是：所述触发电路包括两组电阻和光耦继电器，所述两组电阻分别串联在光耦继电器两输入端。
本发明还介绍了断路器触头磨损判断系统，包括力传感器、触发电路、SPI、DSP系统和ARM系统，所述力传感器的输出端与DSP系统连接，DSP系统通过SPI和ARM系统连接，所述触发电路的输出接点两端分别与DSP系统的电源与外部中断引脚相连，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与ARM系统连接；
所述力传感器用以测量合闸力大小，所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样，所述DSP系统用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM系统，所述ARM系统用以接收DSP系统发送的数据、保存并显示在触摸显示屏上，所述ARM系统还包括判断模块，用以判断断路器触头磨损并在触摸显示屏上显示。
进一步的是：还包括连接于力传感器与DSP系统之间的AD采样芯片，所述AD采样芯片的型号为AD7606，所述DSP系统中的DSP芯片型号为TMS320F28335，所述ARM系统中的ARM芯片的型号为S3C6410。
进一步的是：所述触发电路包括两组电阻和光耦继电器，所述两组电阻分别串联在光耦继电器两输入端。
本发明还介绍了断路器触头磨损采集方法，当断路器收到分闸或合闸指令时，与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压，光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号，DSP外部中断产生下降沿变为低电平，经过防抖判定后，DSP进入采样中断，DSP为外部AD提供时钟并读取采样结果存入数组，接着通过SPI发送该数组给ARM系统，ARM系统中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断，自动保存合闸力数据，并在触摸显示屏上显示。
本发明还介绍了断路器触头磨损判断方法，当断路器收到分闸或合闸指令时，与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压，光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号，DSP外部中断产生下降沿变为低电平，经过防抖判定后，DSP进入采样中断，DSP为外部AD提供时钟并读取采样结果存入数组，接着通过SPI发送该数组给ARM系统，ARM系统中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断，自动保存合闸力数据。在判断触头磨损之前，按上述采集方法，采集到全新断路器的合闸力大小以及触头磨损达到一定程度的断路器的合闸力作为参考值，将新测得的合闸力大小送入判断模块与参考值对比，可得出磨损程度，最后将合闸力大小及磨损程度在触摸显示屏上显示。
本发明的有益效果是：本发明能够采样每次断路器合闸完成后合闸力大小，用于判断断路器触头磨损程度且装置基于嵌入式系统，所需空间小，人机交互友好，便于检修人员判断断路器工作状态，延长断路器使用寿命。
附图说明
图1为断路器触头磨损检测系统的整体结构图。
图2为断路器触头磨损检测系统的软件流程图。
图3为触发电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
断路器(英文名称：circuit-breaker，circuit breaker)是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器主要由3个基本部分组成，即触头、灭弧系统和各种脱扣器，包括过电流脱扣器、失压(欠电压)脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器。断路器开关是靠操作机构手动或电动合闸的，触头闭合后，自由脱扣机构将触头锁在合闸位置上。当电路发生上述故障时，通过各自的脱扣器使自由脱扣机构动作，自动跳闸以实现保护作用。分励脱扣器则作为远距离控制分断电路之用。过电流脱扣器用于线路的短路和过电流保护，当线路的电流大于整定的电流值时，过电流脱扣器所产生的电磁力使挂钩脱扣，动触点在弹簧的拉力下迅速断开，实现短路器的跳闸功能。由于断路器合闸时动触头与静触头碰撞，次数累计之后会发生触头磨损，导致合闸力不足，影响断路器合闸，因此通过监测断路器拉杆的受力可以判断断路器触头磨损。
如图1所示，断路器触头磨损检测系统包括断路器触头位移采集系统，包括力传感器、触发电路、SPI、DSP系统和ARM系统，所述SPI是串行外设接口(Serial PeripheralInterface)的缩写，SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。所述DSP为数字信号处理(digital signal processing)的缩写，它是用数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术,所述ARM系统是Acorn有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作Acorn RISC Machine。所述力传感器的输出端与DSP系统连接，DSP系统通过SPI和ARM系统连接，所述触发电路的输出接点两端分别与DSP系统的电源与外部中断引脚相连，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与ARM系统连接；所述力传感器用以测量合闸力大小，所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样，所述DSP系统用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM系统，所述ARM系统用以接收DSP发送的数据、保存并显示在触摸显示屏上。当要对断路器触头进行检测时，将力传感器安装于连杆与绝缘拉杆之间，将触发电路的两输入端分别连接于断路器合闸线圈与分闸线圈两端，然后启动断路器，力传感器与触发电路同时获得信号开始工作，力传感器将测得的连杆力传入DSP中，同时由于触发电路的触发，DSP系统的外部中断产生下降沿变为低电平，DSP进入采样中断进行数据采集，将采集到的模拟信号经DSP系统中的片内AD转换成数字信号并将其存入数组，DSP再通过SPI将发送该数组至ARM系统，ARM系统中的软件在SPI收到数据之后将后台进入中断，自动保存合闸力数据，并将数据在触摸显示屏上显示。本套数据空间小，人机交互友好，且检修人员可对触摸屏上显示的数据进行分析，从而判断断路器触头的磨损情况。
此发明的另一套系统为断路器触头磨损判断系统，包括力传感器、触发电路、SPI、DSP系统和ARM系统，所述力传感器的输出端与DSP系统连接，DSP系统通过SPI和ARM系统连接，所述触发电路的输出接点两端分别与DSP系统的电源与外部中断引脚相连，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与ARM系统连接；所述力传感器用以测量合闸力大小，所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样，所述DSP系统用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM系统，所述ARM系统用以接收DSP系统发送的数据、保存并显示在触摸显示屏上，所述ARM系统还包括判断模块，用以判断断路器触头磨损并在触摸显示屏上显示。当要对断路器触头进行检测时，将力传感器安装于连杆与绝缘拉杆之间，将触发电路的两输入端分别连接于断路器合闸线圈与分闸线圈两端，然后启动断路器，力传感器与触发电路同时获得信号开始工作，力传感器将测得的连杆力传入DSP中，同时由于触发电路的触发，DSP系统的外部中断产生下降沿变为低电平，DSP进入采样中断进行数据采集，将采集到的模拟信号经DSP系统中的片内AD转换成数字信号并将其存入数组，DSP再通过SPI将发送该数组至ARM系统，ARM系统中的软件在SPI收到数据之后将后台进入中断，自动保存合闸力数据，并将数据在触摸显示屏上显示。检修人员可对触摸屏上显示的数据进行分析，从而判断断路器触头的磨损情况，且在ARM系统判断触头磨损之前，要先按上述方法采集全新断路器的合闸力大小及触头磨损达到一定程度的合闸力作为参考值放入判断模块，然后将新测得的合闸力大小送入判断模块与参考值对比，即可得出磨损程度，并将磨损程度和合闸力大小通过断路器触头磨损情况显示软件在触摸显示屏上显示。此套系统能够采样每次断路器合闸完成后合闸力大小，用于判断断路器触头磨损程度且装置基于嵌入式系统，所需空间小，人机交互友好，便于检修人员判断断路器工作状态，延长断路器使用寿命，且检修人员可以通过触摸屏查阅以前检测数据以供分析，人机交互友好。
此外，上述两套系统还可使用外部AD采样芯片，AD采样芯片有多种，此处采用的芯片型号为AD7606，所述AD芯片连接于力传感器与DSP系统之间，一般情况下，DSP的片内AD精度为8位或10位，而AD7606能达到16位，使得AD转换更精确。本系统采用的DSP芯片为TMS320F28335，此芯片具备32位浮点处理单元，与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本小，功耗小，性能高，外设集成度高，数据及程序存储量大等优点。本系统采用的ARM芯片为S3C6410，相比以往的ARM系统，具有更高的主频和更丰富外设，能适用于对性能和处理能力有更高要求的嵌入式系统应用场合。
并且，上述两套系统所述的触发电路包括电阻和光耦继电器，此处使用的光耦继电器型号为TLP3553，所述光耦继电器的输入端与电阻串联后分别并联于合闸线圈与分闸线圈两端，输出接点两端一端接地，另一端分为两条支路，一条支路与DSP的中断引脚相连，一条支路串联一个上拉电阻再与DSP的电源接口相连，因为光耦继电器是没有寿命的，发光二极管导通截止，接收二极管导通截止，不会因为老化而坏掉，因此光耦继电器适用于反复开关的领域。
本发明还介绍一种断路器触头磨损采集方法，当断路器收到分闸或合闸指令时，与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压，光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号，DSP外部中断产生下降沿变为低电平，经过防抖判定后，DSP进入采样中断，DSP为外部AD提供时钟并读取采样结果存入数组，接着通过SPI发送该数组给ARM系统，ARM系统中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断，自动保存合闸力数据，并在触摸显示屏上显示，检修人员可通过查看触摸显示屏上显示的合闸力数据来判断断路器触头的磨损情况，此方法操作简单且得出的数据精确。
此外还介绍一种断路器触头磨损检测方法，当断路器收到分闸或合闸指令时，与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压，光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号，DSP外部中断产生下降沿变为低电平，经过防抖判定后，DSP进入采样中断，DSP为外部AD提供时钟并读取采样结果存入数组，接着通过SPI发送该数组给ARM系统，ARM系统中的软件在SPI收到数据之后将后台进入中断，自动保存合闸力数据。在判断触头磨损之前，按上述采集方法，采集到全新断路器的合闸力大小以及触头磨损达到一定程度的断路器的合闸力作为参考值，将新测得的合闸力大小与参考值对比，可得出磨损程度，最后将合闸力大小及磨损程度在触摸显示屏上显示。此种方法检修人员可直接在触摸显示屏上查看到断路器触头磨损程度，显示更为直观，使用更为方便。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.断路器触头磨损采集系统，其特征在于：包括力传感器、触发电路、SPI、DSP系统和ARM系统，所述力传感器的输出端与DSP系统连接，DSP系统通过SPI和ARM系统连接，所述触发电路的输出接点两端分别与DSP系统的电源与外部中断引脚相连，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与ARM系统连接；
所述力传感器用以测量合闸力大小，所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样，所述DSP系统用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM系统，所述ARM系统用以接收DSP发送的数据、保存并显示在触摸显示屏上。
2.如权利要求1所述的断路器触头磨损采集系统，其特征在于：还包括连接于力传感器与DSP系统之间的AD采样芯片，所述AD采样芯片的型号为AD7606，所述DSP系统中的DSP芯片型号为TMS320F28335，所述ARM系统中的ARM芯片的型号为S3C6410。
3.如权利要求1所述的断路器触头磨损采集系统，其特征在于：所述触发电路包括两组电阻和光耦继电器，所述两组电阻分别串联在光耦继电器两输入端。
4.断路器触头磨损判断系统，其特征在于：包括力传感器、触发电路、SPI、DSP系统和ARM系统，所述力传感器的输出端与DSP系统连接，DSP系统通过SPI和ARM系统连接，所述触发电路的输出接点两端分别与DSP系统的电源与外部中断引脚相连，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与ARM系统连接；
所述力传感器用以测量合闸力大小，所述触发电路用以触发DSP外部中断进行采样，所述DSP系统用以进行AD采样、数据处理并通过SPI将数据发送至ARM系统，所述ARM系统用以接收DSP系统发送的数据、保存并显示在触摸显示屏上，所述ARM系统还包括判断模块，用以判断断路器触头磨损并在触摸显示屏上显示。
5.如权利要求4所述的断路器触头磨损判断系统，其特征在于：还包括连接于力传感器与DSP系统之间的AD采样芯片，所述AD采样芯片的型号为AD7606，所述DSP系统中的DSP芯片型号为TMS320F28335，所述ARM系统中的ARM芯片的型号为S3C6410。
6.如权利要求4所述的断路器触头磨损判断系统，其特征在于：所述触发电路包括两组电阻和光耦继电器，所述两组电阻分别串联在光耦继电器两输入端。
7.断路器触头磨损采集方法，其特征在于：当断路器收到分闸或合闸指令时，与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压，光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号，DSP外部中断产生下降沿变为低电平，经过防抖判定后，DSP进入采样中断，DSP为外部AD提供时钟并读取采样结果存入数组，接着通过SPI发送该数组给ARM系统，ARM系统中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断，自动保存合闸力数据，并在触摸显示屏上显示。
8.断路器触头磨损判断方法，其特征在于：当断路器收到分闸或合闸指令时，与分合闸线圈并联的电阻光耦继电器支路两端同时获得电压，光耦继电器输出接点闭合使DSP得到信号，DSP外部中断产生下降沿变为低电平，经过防抖判定后，DSP进入采样中断，DSP为外部AD提供时钟并读取采样结果存入数组，接着通过SPI发送该数组给ARM系统，ARM系统中的SPI驱动模块在SPI收到数据之后将后台进入中断，自动保存合闸力数据，在判断触头磨损之前，按上述采集方法，采集到全新断路器的合闸力大小以及触头磨损达到一定程度的断路器的合闸力作为参考值，将新测得的合闸力大小送入判断模块与参考值对比，可得出磨损程度，最后将合闸力大小及磨损程度在触摸显示屏上显示。
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