CN107450017A - 一种开关设备缺陷智能检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关设备缺陷智能检测系统，包括：至少一台检测终端，用于实时采集各开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号，并将其发送给分析监测系统；分析监测系统，通过通讯设备与所述检测终端连接，用于获取所述检测终端的检测数据，并通过上述多个参数进行预警分析评估及数据监测处理，对开关设备缺陷、故障进行监测和/或预警。本发明通过对分、合闸操作线圈动作电流等信号的监测来实现开关设备缺陷检测，检测的缺陷更全面，使用范围更广。

Description

一种开关设备缺陷智能检测系统

技术领域

本发明涉及一种电气工程技术领域的开关设备，具体地，涉及一种开关设备缺陷智能检测系统。

背景技术

与变压器、发电机相比，高压开关设备在线监测技术起步较晚。从某种意义上讲“GIS技术”和“状态检修”的概念促进了开关设备在线监测技术的发展。但直到90年代以后开关设备特别是高压断路器在线监测技术才逐渐发展起来，这主要是因为现在的电力系统事故已经不在单纯以其对电力系统的危害来衡量它造成的经济损失。

美国学者率先给出断路器寿命与开断电流的关系，提出“灭弧触头电寿命”的概念，“全工况跳合闸回路完整性监视”的概念也是同期提出的，此时的研究工作主要是围绕着断路器状态检修进行的。近些年随着研究的深入，各国先后都生产了自己的高压断路器在线监测装置，不过都存在检测结果的适应性和部分项目的检测手段仍然很不理想。

根据现有开关设备的工作原理，其中分合闸线圈是高压开关设备操动机构中的重要元件，作为开关设备操作的一级控制单元，其结构一般为螺管电磁铁。当分合闸线圈中通过电流时产生磁通，线圈内部的铁心受磁力吸动，从而控制断路器完成分闸或合闸操作。线圈电流随时间而变化，该电流波形反映了分合闸线圈本身以及所控制的机构在操作过程中的工作情况，包含了大量可作为诊断机械故障用的信号。

经检索，中国专利CN201210036531.7(公开号CN102590739A)，公开一种电力开关柜断路器分合闸周期在线检测装置及其检测方法，解决了现有在线检测装置及方法存在的测量随机性大，信号处理不合理和检测结果不准确等问题。但是该专利技术仅仅是提供了断路器分合闸周期在线检测，通过周期检测来判断是否是否报警，使用范围和检测的缺陷有限。

进一步检索中，尚未发现采用分合闸线圈其他相关信号进行开关设备智能检测的技术报道。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种开关设备缺陷智能检测系统，通过对分、合闸操作线圈动作电流等信号的监测来实现开关设备缺陷检测，检测的缺陷更全面，使用范围更广。

为实现上述目的，本发明提供一种开关设备缺陷智能检测系统，包括：

至少一台检测终端，用于实时采集各开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号，并将其发送给分析监测系统；

分析监测系统，通过通讯设备与所述检测终端连接，用于获取所述检测终端的检测数据，并通过上述多个参数进行预警分析评估及数据监测处理，对开关设备缺陷、故障进行监测和/或预警。

优选地，所述检测终端包括：信号采集模块、信号调理模块和控制模块，其中：

所述信号采集模块的输入端用于采集开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号，输出端连接到所述信号调理模块；

所述信号调理模块的输入端连接所述信号采集模块的输入端，对所述信号采集模块采集的信号进行调理，输出端连接所述控制模块；

所述控制模块用于控制上述信号采集模块、信号调理模块的工作，并将所述信号调理模块调理后的数据输出到分析监测系统。

更优选地，所述信号采集模块包括电流传感器、振动传感器、位移传感器、温湿度传感器、负荷电流传感器，其中：

所述电流传感器用于采集开关设备分闸电流信号、开关设备合闸电流信号、开关设备储能电机电流信号；

所述振动传感器用于采集开关设备的振动信号；

所述位移传感器用于采集开关设备动触头的位移；

所述温湿度传感器用于采集开关设备母排温度信号、开关柜温湿度信号；

所述负荷电流传感器用于采集配电系统电流电压信号；

上述电流传感器、振动传感器、位移传感器、温湿度传感器、负荷电流传感器的信号均输入到所述信号调理模块。

更优选地，所述电流传感器采用穿心式分合闸电流及储能电机电流传感器，该传感器的拨叉一头固定在开关设备的动触头的螺杆上，一头固定在所述位移传感器的滑块上。

进一步优选地，所述穿心式分合闸电流及储能电机电流传感器为带霍尔元件的交直流钳式电流传感器。

进一步优选地，所述振动传感器为带永磁吸盘型集成加速度传感器，设置在要测量开关设备的附近。

更优选地，所述温湿度传感器，安装在开关设备触头臂套管外侧，或者安装在开关设备母排处。

优选地，所述分析监测系统，包括：

信号分析模块，对所述检测终端采集的数据进行分析，结合主回路电流信息或辅助节点信息，计算出反映开关设备机械动作特性的参数，所述反映开关设备机械动作特性的参数包括分合闸时间、触头行程、刚分合速度、分合闸最大速度以及分合闸平均速度；将开关设备分合闸线圈电流波形与标准波形比对分析，分析电磁铁铁芯运动的大致情况，由此反映出开关设备的动作状态；

故障特征库模块，根据对开关设备正常工作过程和不同故障特征的时间顺序上和过程自身状态的区分，得到不同缺陷或故障的特征集，从而建立用于辨识开关设备存在的缺陷、缺陷类型或故障的故障特征库；

状态评估模块，根据上述信号分析模块的分析结果与所述故障特征库模块中的故障特征库进行比对，得出开关设备存在的缺陷、缺陷类型或故障的状态评估。

更优选地，所述信号分析模块，进一步包括：模型构建模块，该模块根据开关设备故障机理分析，构建开关设备分合闸线圈模型、电气及机械机构试验模型，用于开关设备机械动作特性计算和分析。

更优选地，所述信号分析模块，进一步包括：波形处理模块，该模块根据开关设备进行试点测试及运行试验，确定开关设备分合闸线圈电流标准波形、开关设备缺陷与线圈电流波形的对应关系，形成分合闸电流波形特征库，为根据所述检测终端实测的电流波形判断开关设备缺陷、缺陷类型或故障的提供依据。

更优选地，所述波形处理模块，确定开关设备分合闸线圈电流波形特性与操动机构故障对应关系，并应用曲元分析(CCA)与自组织神经网络(SOM)方法对开关设备故障、缺陷或缺陷类型进行故障诊断和分析。

优选地，所述分析监测系统，进一步包括：在线监测模块，该模块用于对所述开关设备上述各参数、状态评估模块的结果进行在线监测，一旦发生问题，即可启动报警。

进一步的，所述系统进一步包括报警模块，与所述检测终端和/或所述分析监测系统连接，在所述检测终端检测的数据或所述分析监测系统状态评估结果出现异常时，发出报警信息提示，用于故障辅助诊断。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明采集开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号，经过分析和处理，能够实现对开关设备缺陷内的温度、湿度、分合闸电流、电机储能电流、振动等多种数据进行采集分析，并可以结合电流波形等进行开关设备状态评估，从而实现在线监测；

进一步的，本发明通过建立分合闸电流波形特征库、故障特征库以及开关设备分合闸线圈电流波形特性与操动机构故障对应关系等，结合前述采集数据的监测和分析，可以对开关设备的状态进行比较全面的评估，确定开关设备故障、缺陷或缺陷类型进行故障诊断和分析，在出现异常及安全隐患的情况立即提醒相关责任人尽快处理，为有效预防和控制开关设备安全事故起到了很好的预警作用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中系统结构框图；

图2为本发明一实施例中检测终端的结构图；

图3为本发明一实施例中分析监测系统结构框图；

图4为本发明一实施例中具体实施原理图；

图5为本发明一实施例中断路器分闸锁扣润滑不足缺陷电流曲线；

图6为本发明一实施例中断路器操作线圈匝间短路缺陷电流曲线；

图7为本发明一实施例中分合闸回路接触不良缺陷电流曲线；

图8为本发明一实施例中机构速度降低缺陷电流曲线；

图9为本发明一实施例中辅助开关切换不良缺陷电流曲线；

图10为本发明一实施例中断路器分合闸线圈电流波形；

图中：检测终端100，分析监测系统200；

信号采集模块1、信号调理模块2、控制模块3；

电流传感器101、振动传感器102、位移传感器103、温湿度传感器104、负荷电流传感器105；

存储器301、显示器302、时钟模块303、电源模块304、JTAG接口305、无线通讯设备306；

信号分析模块201，故障特征库模块202，状态评估模块203。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图1所示，一种开关设备缺陷智能检测系统，包括：

至少一台检测终端10，用于实时采集各开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号，并将其发送给分析监测系统200；

分析监测系统200，用于获取所述检测终端10的检测数据，并通过上述多个参数预警分析评估及数据监测处理，对开关设备缺陷运行或故障进行监测和/或预警。

参照图2所示，在部分实施例中，所述检测终端10包括：信号采集模块1、信号调理模块2和控制模块3，其中：

所述信号采集模块1的输入端用于采集开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号，输出端连接到所述信号调理模块2；

所述信号调理模块2的输入端连接所述信号采集模块1的输入端，对所述信号采集模块1采集的信号进行调理，输出端连接所述控制模块3；

所述控制模块3的输入端连接所述信号调理模块2的输出端，根据所述信号调理模块2的信号判断开关设备工作是否正常。

进一步的，所述信号采集模块1包括电流传感器101、振动传感器102、位移传感器103、温湿度传感器104和负荷电流传感器105，其中：

所述电流传感器101用于采集开关设备分闸电流信号、开关设备合闸电流信号、开关设备储能电机电流信号；

所述振动传感器102用于采集开关设备的振动信号；

所述位移传感器103用于采集开关设备动触头的位移；

所述负荷电流传感器用于采集配电系统电流电压信号；

所述温湿度传感器104用于采集开关设备母排温度信号、开关柜温湿度信号；

上述电流传感器101、振动传感器102、位移传感器103、温湿度传感器104、负荷电流传感器105的信号均输入到所述信号调理模块2。

在一优选实施例中，所述电流传感器101采用穿心式分合闸电流及储能电机电流传感器101，该传感器的拨叉一头固定在开关设备的动触头的螺杆上，一头固定在所述位移传感器103的滑块上。进一步地，所述穿心式分合闸电流及储能电机电流传感器101为带霍尔元件的交直流钳式电流传感器101。

在一优选实施例中，所述振动传感器102为带永磁吸盘型集成加速度传感器，可以很方便的进行安装，且振动传感器可以选择安装在需要测量的开关设备附近。

在一优选实施例中，所述温湿度传感器104，安装在开关设备触头臂套管外侧，或者安装在开关设备母排处。

在一优选实施例中，所述负荷电流传感器105为感应式电流互感器。

在一优选实施例中，所述控制模块3设有存储器301，用于存储上述过程中产生的各种数据。

在一优选实施例中，所述控制模块3连接有显示器302，用于显示上述过程中产生的各种数据和/或报警信息。

在一优选实施例中，所述控制模块3连接有时钟模块303和电源模块304，为整个终端提供电源和时钟信号。

在一优选实施例中，所述控制模块3还设有JTAG接口，用于提供进一步扩展功能。

参照图3所示，所述分析监测系统200，包括：

信号分析模块201，对所述检测终端10采集的数据进行分析，结合主回路电流信息或辅助节点信息，计算出反映开关设备机械动作特性的参数，所述反映开关设备机械动作特性的参数包括分合闸时间、触头行程、刚分合速度、分合闸最大速度以及分合闸平均速度；将开关设备分合闸线圈电流波形与标准波形比对分析，分析电磁铁铁芯运动的大致情况，由此反映出开关设备的动作状态；

故障特征库模块202，根据对开关设备正常工作过程和不同故障特征的时间顺序上和过程自身状态的区分，得到不同缺陷或故障的特征集，从而建立用于辨识开关设备存在的缺陷、缺陷类型或故障的故障特征库；

状态评估模块203，根据上述信号分析模块的分析结果与所述故障特征库模块中的故障特征库进行比对，得出开关设备存在的缺陷、缺陷类型或故障的状态评估。

在部分优选实施例中，所述信号分析模块201，进一步包括：模型构建模块，该模块根据开关设备故障机理分析，构建开关设备分合闸线圈模型、电气及机械机构试验模型，用于开关设备机械动作特性计算和分析。

在部分优选实施例中，所述信号分析模块201，进一步包括：波形处理模块，该模块根据开关设备进行试点测试及运行试验，确定开关设备分合闸线圈电流标准波形、开关设备缺陷与线圈电流波形的对应关系，形成分合闸电流波形特征库，为根据所述检测终端10实测的电流波形判断开关设备缺陷、缺陷类型或故障提供依据。

在一优选实施例中，所述波形处理模块，确定开关设备分合闸线圈电流波形特性与操动机构故障对应关系，并应用曲元分析(CCA)与自组织神经网络(SOM)方法对开关设备故障、缺陷或缺陷类型进行故障诊断和分析。

在部分优选实施例中，所述分析监测系统200，进一步包括：在线监测模块，该模块用于对所述开关设备上述各参数、状态评估模块的结果进行在线监测，一旦发生问题，即可启动报警。

在部分优选实施例中，所述系统进一步包括报警模块，与所述检测终端10和/或所述分析监测系统200连接，在所述检测终端10检测的数据或所述分析监测系统200状态评估结果出现异常时，发出报警信息提示，用于故障辅助诊断。

以下结合具体应用的实施例提供详细说明，以下实施例以开关设备中的断路器为例，其他开关设备因工作原理比较类似，不再赘述。

参照图4所示，本实施例中所述的开关设备缺陷智能检测系统，包括：检测终端100，分析监测系统200，两者通过无线通讯模块连接。

所述检测终端包括传感器单元和下位机，其中传感器单元包括电流传感器101、振动传感器102、位移传感器103、温湿度传感器104，这些传感器构成了信号采集模块1，用于采集各开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号、储能电机电流等信号。

在本实施例中，所述电流传感器101采用穿心式分合闸电流及储能电机电流传感器101，该传感器的拨叉一头固定在断路器的动触头的螺杆上，一头固定在所述位移传感器103的滑块上。

在本实施例中，下位机中设置信号调理模块2、控制模块3，控制模块用于对数据采集进行控制，通过存储器301、显示器302对数据进行存储和显示，并将数据通过无线通讯模块传给分析监测系统200；

分析监测系统200设置在上位机，包括信号分析模块201，故障特征库模块202，状态评估模块203；

上述系统用于断路器开关柜数据的检测、管理，记录，以及断路器缺陷、缺陷类型或故障的检测。

所述检测终端实时采集断路器合分闸电参量(分闸电流信号、合闸电流信号、储能电机电流信号等)、机械特性参量(振动信号、位移等)、母排温度(触头温度)、开关柜温湿度等，这些参数传送给分析监测系统200，有分析监测系统200对断路器整体状态进行评估及故障诊断，判断是否存在缺陷，进一步的，确定缺陷类型或故障。

本实施例中采用上述参量进行监测，对于开关设备(断路器)能够正常工作都是比较重要的，比如：

1、关于储能电机电流：

现有高压断路器弹簧操动机构中最核心的部件就是储能弹簧，直接对其进行监测是十分麻烦的，需要将受力的部件截断，装入应力传感器或扭矩传感器，但是这会明显改变设备的结构，厂家、用户很难接受。因此，本实施例中通过电流传感器101测量断路器储能电动机的电流，通过分析其波形从而间接监测储能弹簧状态。

2、关于振动信号：

获取断路器机械振动信号的方法是在断路器多个部位安装振动传感器102，从而得到相应位置的振动信号。需要指出的是振动传感器102安装的位置不同，得到的振动信号可以差别很大，如果需要对断路器的某个特定部分进行机械运动的状态监测，则可以将振动传感器102安装在接近该结构的位置，这样得到的振动信号才能更准确的反映该部位真实的运动状态。断路器机械振动信号的在线监测有如下几个特点：

1)、可以安装在高压断路器接地端，从而避免了在线监测时高低压绝缘的问题。

2)、振动传感器102安装在断路器的外部，不会对正常工作造成太大的影响。

振动信号中的冲击振动波对应着断路器内部的主要振动情况，如分合闸线圈铁心的运动，动静触头的碰撞，缓冲器的运动情况等。因断路器的振动信号是由内部机械部件相互作用产生的一些列撞击波叠加而成的复杂信号，所以通过振动信号能反映高压断路器各机械部件的相对运动，当机械部件出现故障，比如弹簧弹力不足，将会导致所对应的振动信号变化。振动信号时域图上的各个冲击对应着高压断路器机械部件间的各个冲击，对应着高压断路器开关过程的一个事件。

因振动信号包含了监测设备丰富的机械运动特性，且振动信号是一种机械信号，所以电磁干扰较小，振动传感器102体积小，质量轻，便于安装，工作可靠性高，因此振动信号的在线监测比较容易实现，很适合用于电气设备在线监测的场合。

3、关于温度和湿度信号：

高压断路器需要长期通过负荷电流，可能会产生较高的温度，从而引起严重的事故，因此对温度信号的监测就显得必不可少。同样的，湿度也会对高压断路器的工作产生影响。为了保证高压断路器可靠的工作，本实施例中采用温湿度传感器104进行温度和湿度的监测，保证断路器导体本身和导电连接处的温度、湿度都不超过规定值。

4、关于断路器分合闸线圈的电流：

断路器分合闸线圈的电流在线监测原理简单，利用霍尔电流传感器测量操动线圈处的电流信号，经过数模转换后经数据传输模块将数据送至分析监测系统200进行数据分析处理。由于线圈电流比较平稳且幅值不大，又处于低压侧，电磁干扰较小，测量比较准确。

一般来说，断路器线圈端电压是恒定不变的，在触头开合的时刻会产生电压脉冲，但会立刻恢复恒定。对线圈电压的在线监测的主要目的是监测线圈端电压的大小，当电压过大或过小时则预示着断路器可能发生故障。对不同的断路器，正常工作时的线圈电流是不同的，但是曲线的大致形状以及特征量差别不大。因此，本发明中通过电流传感器101采用断路器线圈电流的监控，并通过后续处理，得到其波形特性，以用于是否处于正常工作状态的判断。

本实施例中，电流传感器101采用补偿式霍尔电流传感器来监测断路器分合闹线圈的电流。它的测量精度高、线性度动态特性和电气特性好，铁芯体积可以做得很小，而且分合闹线圈回路引线穿心而过，不会影响高压断路器其他机构的正常工作。

为了验证断路器分合闸线圈电流与常见典型机械缺陷之间的关系，通过模拟实验，记录分合闸线圈电流，并与正常状态下线圈电流曲线进行对比。试验结果表明，分合闸线圈电流曲线特征量变化与常见机械缺陷之间具有明显的关联性，基于此，信号分析模块201建立分合闸电流波形特征库，以及确定开关设备分合闸线圈电流波形特性与操动机构故障对应关系。为了便于理解，进一步对其中具体原理说明如下：

1)分闸锁扣润滑不足缺陷。分闸锁扣润滑不足是断路器常见的机构缺陷，如果不及时处理，将可能导致断路器拒分故障。断路器正常与缺陷时的电流曲线对比见图5，从图5可以看出，分合锁扣润滑不足时，断路器启动时刻电流增大，线圈耗能增加，同时辅助开关转换时刻，线圈分闸时间变慢。

2)操作线圈匝间短路缺陷。操作线圈故障也是断路器运行过程中经常出现的一种故障。正常与缺陷曲线对比见图6，从图6可以看出，在发生线圈故障时，线圈电流低于正常值，同时操作时间也较正常状况加长。

3)分合闸回路接触不良缺陷。断路器分闸线圈电路接触不良缺陷对应的电流曲线见图7，从图7中可以看出，其线圈最大电流比标准值已有明显降低，且后一时间段内最大电流不够稳定。

4)机构速度降低缺陷。断路器动作速度降低缺陷对应的电流曲线见图8，从图8中可以看出，断路器机构脱扣时间与正常值基本一致，但其辅助接点切换时间明显延迟，因为该辅助接点与断路器机构直接机械连接，因此，可以认为是断路器动作速度下降。

5)辅助开关切换不良缺陷。断路器动作时辅助开关切换不良缺陷对应的电流曲线见图9，从图9可以看出，辅助开关切换时电流抖动，切换时间变长。

为了对缺陷或故障进行全面的过程分析，把上述缺陷或故障子过程作如下定义：

(1)缺陷或障子过程定义

典型的断路器合(分)闸电流波形如图10所示，从图可以看出，整个过程根据铁芯运动可以分为5个阶段：

根据电流波形，铁心的运动可以分为5个阶段：

阶段一：t＝t₀～t₁。

t₀时刻为高压断路器分合间命令的下达时刻，线圈在t₀时刻通电，电流在t₀-t₁时间内迅速上升。t₁时刻为铁芯开始运动的时刻，线圈内磁通上升到足以驱动铁芯运动。阶段一时间的长短与控制电源的电压和线圈电阻有关，可以反映线圈的状态。其特点是电流上升，铁芯还没有运动。

阶段二：t＝t₁～t₂。t₁时刻铁芯在电磁力的作用下克服了重力、弹簀力等阻力幵始做加速运动。电流开始迅速下降，直至铁芯停止运动，此时对应时刻为t₂，此刻代表铁芯已经触动操动机械的负载。阶段二可以反映出铁芯的运动状态，反映出铁芯运动时有无卡涩、脱扣等故障情况。。

阶段三：t＝t₂～t₃。当铁心撞上合闸锁扣装置锁闩或阀门，铁心停止运动或有短暂的弹跳，电流开始增大，使分闸弹簧开始分闸。

阶段四：t＝t₃～t₄。这个阶段是前一阶段的延续，电流保持缓慢增长或稳定的态势，开断过程继续进行。

阶段五：t＝t₄～t₅。这是电流的切断阶段，电流值迅速下降至零。在此阶段中，辅助开关分断，在辅助开关触头间产生电弧并被拉长，电弧电压将快速升高，迫使线圈电流迅速减小，触头完全分离，触头间等效电阻迅速增大，直到电弧完全熄灭。

电流有两个峰值点和一个谷值点，t0～t1阶段反映了线圈的工作状态，该阶段可以检测线圈电阻是否正常。t1～t2阶段反应铁芯的工作状态，如脱扣与释能机械负载变动、结构有无卡涩等。t2～t4阶段是传动结构带动触头完成合闸或分闸操作的过程。

以t0为时间零点，可选取八个特征参数：t1，t2，t3，t4，t5，I1，I2，I3来分析断路器的操作机构供电电压的质量、铁芯的空行程、机构的摩擦阻力、是否有卡滞等工作状况。

(2)建立故障特征库

根据上述波形特征分析可以看出：开关设备发生缺陷或故障的总过程，可以看作由一系列的子过程构成。因此，可以通过对不同子过程的时间顺序上和过程自身状态的区分可以达开关设备缺陷及故障辨识的目的。

基于上述各种故障的过程特征，可以得到不同故障的特征集，比如，在一实施例中，依据不同故障模拟测试，获得不同故障特征集如下：

ZC:正常；

TD:合闸铁芯空行程太大；

HKS:铁芯有卡涩；

GD:操作电压过低；

FK:辅助开关动作接触不良；

CKS:操作机构有卡涩；

因此，本实施例中采用故障特征库模块，根据对开关设备正常工作过程和不同故障特征的时间顺序上和过程自身状态的区分，得到不同缺陷或故障的特征集，从而建立用于辨识断路器存在的缺陷、缺陷类型或故障的故障特征库。

本实施例中还可以进一步包括：波形处理模块，该模块根据开关设备进行试点测试及运行试验，确定开关设备分合闸线圈电流标准波形、开关设备缺陷与线圈电流波形的对应关系，形成分合闸电流波形特征库，方便根据所述检测终端实测的电流波形判断开关设备缺陷、缺陷类型或故障的提供依据。

本实施例中，采用波形处理模块分析确定开关设备分合闸线圈电流波形特性与操动机构故障对应关系，并应用曲元分析(CCA)与自组织神经网络(SOM)方法对开关设备故障、缺陷或缺陷类型进行故障诊断和分析。

(3)特征提取处理，然后进行状态评估

基于上述实施例中的描述，采用状态评估模块进行断路器的状态评估，先通过信号处理模块进行波形处理，然后通过状态评估模块进行状态评估。在一实施例中，具体步骤包括：

第一步：波形的预处理

波形处理模块调用小波函数进行分析，计算S模极大值时刻，做故障过程t1，t2，t3，t4，t5以及I1，I2，I3幅值的状态辨识。

第二步：根据缺陷或故障状态定义，进行开关设备(断路器)异常状态辨识。

第三步：按照各个状态发生过程的时间点排序。

第四步：状态评估模块将上述第三步的结果与上述故障特征库的故障特征集进行比对。

第五步：通过对比，得出状态评估结论，比如缺陷、哪种类型缺陷或故障。

在本实施例中，所述系统还包括报警模块，该模块与所述检测终端和/或所述分析监测系统连接，在所述检测终端检测的数据或所述分析监测系统状态评估结果出现异常时，发出报警信息提示，用于故障辅助诊断。

本实施例中，分析监测系统200采用B/S架构，整体系统既能支持友好型可视化人机交互，同时满足可靠性和稳定性要求。所述系统中的通讯采用物联网通信系统，采取ZigBee无线技术，具备自组网功能。在就地智能监测终端中，各类传感器将其采集的信息上传，以实现对信息的实时处理和区段现场设备间信息共享，经初步处理的信息将进一步由监测终端通过Zigbee无线组网通信方式上传至后台监控系统；后台监控系统在综合处理各类信息的基础上，通过Zigbee无线组网通信及现场总线向现场设备发布各类信号。此外，移动终端可通过4G方式访问后台监控系统。

本实施例中，所述系统通过Zigbee无线组网通信获取就地监测数据，通过多参数预警评估及数据监测处理，对开关设备缺陷运行及故障进行监测和预警。同时，所述系统还可通过移动4G实现开关设备缺陷运行及故障的远程监测和实时访问，完成对众多信息的综合处理和系统协调控制。

本实施例中，所述系统可以安装于变电站开关柜仪表室，能够对接收到的开关设备电气运行状态等数据等进行实时处理分析，具有趋势分析与预警、报警记录分析、历史数据存储、数据报表生成等功能。监控系统还能为运行、管理人员提供直观、简洁的数据显示和系统控制界面。

综上，基于上述断路器的缺陷检测的详细原理说明，本实施例实现了对断路器缺陷内的温度、湿度、分合闸电流、电机储能电流、振动等数据的实时采集和在线状态分析，并能对出现异常及安全隐患的情况立即提醒相关责任人尽快处理，为有效预防和控制开关设备安全事故起到了很好的预警作用。

本发明所述系统有助于实现状态检修，提高工作效率，针对开关设备及其附属设备利用各种监测技术手段，实现事前预警，未雨绸缪；实现精细化管理，做到实时巡视；将未知隐患及事故提前预警，并制定相关预防措施，将损失减少到最小，从根本上改变传统的周期性检修模式；减少人工巡视工作量，降低人工巡视所产生人力、交通等费用，节约电力系统运行维护成本。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，包括：

至少一台检测终端，用于实时采集各开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号，并将其发送给分析监测系统；

分析监测系统，通过通讯设备与所述检测终端连接，用于获取所述检测终端的检测数据，并通过上述多个参数进行预警分析评估及数据监测处理，对开关设备缺陷、故障进行监测和/或预警。

2.根据权利要求1所述的开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，所述检测终端包括：信号采集模块、信号调理模块和控制模块，其中：

所述信号采集模块的输入端用于采集开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号，输出端连接到所述信号调理模块；

所述信号调理模块的输入端连接所述信号采集模块的输入端，对所述信号采集模块采集的信号进行调理，输出端连接所述控制模块；

所述控制模块用于控制上述信号采集模块、信号调理模块的工作，并将所述信号调理模块调理后的数据输出到分析监测系统。

3.根据权利要求2所述的开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，所述信号采集模块包括电流传感器、振动传感器、位移传感器、温湿度传感器，其中：

所述电流传感器用于采集开关设备分闸电流信号、开关设备合闸电流信号、开关设备储能电机电流信号；

所述振动传感器用于采集开关设备的振动信号；

所述位移传感器用于采集开关设备动触头的位移；

所述温湿度传感器用于采集开关设备母排温度信号、开关柜温湿度信号；

所述负荷电流传感器用于采集配电系统电流电压信号；

上述电流传感器、振动传感器、位移传感器、温湿度传感器、负荷电流传感器的信号均输入到所述信号调理模块。

4.根据权利要求3所述的开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，所述电流传感器采用穿心式分合闸电流及储能电机电流传感器，该传感器的拨叉一头固定在开关设备的动触头的螺杆上，一头固定在所述位移传感器的滑块上。

5.根据权利要求4所述的开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，所述系统具有以下至少一种特征：

-所述穿心式分合闸电流及储能电机电流传感器为带霍尔元件的交直流钳式电流传感器；

-所述振动传感器为带永磁吸盘型集成加速度传感器，设置在要测量开关设备的附近；

-所述温湿度传感器，安装在开关设备触头臂套管外侧，或者安装在开关设备母排处；

-所述负荷电流传感器为感应式电流互感器。

6.根据权利要求1所述的开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，所述分析监测系统，包括：

信号分析模块，对所述检测终端采集的数据进行分析，结合主回路电流信息或辅助节点信息，计算出反映开关设备机械动作特性的参数，所述反映开关设备机械动作特性的参数包括分合闸时间、触头行程、刚分合速度、分合闸最大速度以及分合闸平均速度；并将开关设备分合闸线圈电流波形与标准波形比对分析，分析电磁铁铁芯运动的大致情况，由此反映出开关设备的动作状态；

故障特征库模块，根据对开关设备正常工作过程和不同故障特征的时间顺序上和过程自身状态的区分，得到不同缺陷或故障的特征集，从而建立用于辨识开关设备存在的缺陷、缺陷类型或故障的故障特征库；

状态评估模块，根据上述信号分析模块的分析结果与所述故障特征库模块中的故障特征库进行比对，得出开关设备存在的缺陷、缺陷类型或故障的状态评估。

7.根据权利要求6所述的开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，所述信号分析模块进一步包括：模型构建模块，该模块根据开关设备故障机理分析，构建开关设备分合闸线圈模型、电气及机械机构试验模型，用于开关设备机械动作特性计算和分析。

8.根据权利要求6所述的开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，所述信号分析模块进一步包括：波形处理模块，该模块根据开关设备进行试点测试及运行试验，确定开关设备分合闸线圈电流标准波形、开关设备缺陷与线圈电流波形的对应关系，形成分合闸电流波形特征库，为根据所述检测终端实测的电流波形判断开关设备缺陷、缺陷类型或故障的提供依据。

9.根据权利要求8所述的开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，所述波形处理模块，确定开关设备分合闸线圈电流波形特性与操动机构故障对应关系，并应用曲元分析与自组织神经网络方法对开关设备故障、缺陷或缺陷类型进行故障诊断和分析。

10.根据权利要求1-9任一项所述的开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，所述系统进一步包括以下至少一种特征：

-在线监测模块，该模块用于对所述开关设备上述各参数、状态评估模块的结果进行在线监测，一旦发生问题，即可启动报警；

-报警模块，与所述检测终端和/或所述分析监测系统连接，在所述检测终端检测的数据或所述分析监测系统状态评估结果出现异常时，发出报警信息提示，用于故障辅助诊断。