CN111781494A - 一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法及其装置，该方法与装置对自动判断动作、对包含未知次数动作的动作组进行测量、提高测量精度的问题，分别通过设计断路器动作预判算法、采用设定的算法流程、设计断路器刚分刚合点判断算法解决。借助断路器动作预判算法，该装置无需接入断路器动作信令，即可自动启动采样。借助设定的算法流程，该装置根据断路器动作与否，自动启停高速采样状态，从而对动作组中的所有动作进行采样。借助刚分刚合点判断算法高精度的定位刚分刚合点从而提高机械特性计算精度。本发明提高了断路器机械特性在线检测的自动化程度与精度，可靠性好，适用范围广，安装难度低，且可集成在智能成套开关柜设备中。

Description

一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法及其装置

技术领域

本发明属于断路器机械特性检测技术领域，具体涉及一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法及其装置。

背景技术

随着国家智能电网建设的不断发展，用户对电能可靠性和质量的要求也在不断提高，因此基于智能组件及电子装置的智能配电设备得到广泛的应用。断路器作为配电网中的重要组成部分，它的运行状态对配电网能否安全可靠运行有着重要的影响。因此，对断路器的机械特性进行检测分析，能够为配电网的安全，经济运行，提高供电可靠性，保证电能质量，完善设备管理以及提高工作效率等方面提供现代化的可靠保障。

当前对于断路器的机械特性检测，一般是在出厂试验时利用机械特性测试仪进行。这种测量方法虽然可以确保产品在出厂时满足机械特性参数的要求，但在断路器实际运行时，随着使用时间与次数增多，断路器的机械特性参数往往会发生变化，因此在投入运行后仍需要定期与不定期的进行机械特性的测试。然而进行检修一方面需要设备暂时停止运转，降低了工作效率，另一方面检修需要对设备进行拆卸，同样会对设备造成损伤。因此，对断路器机械特性进行可靠的在线检测分析是十分有必要的。

在过去几十年中，国内外的专家学者也对该领域进行了较充分的研究，也提出了一些断路器机械特性的在线检测方案，有一部分也做成了产品实际投入运行测试。这些测量方案与产品虽然也可以完成一部分检测任务，但也各自存在着一些不足。

目前的断路器机械特性的在线检测方案大多依赖断路器的分合闸动作信令，无法自动触发采样与分析流程。而接入分合闸信令一方面增加了硬件复杂度，导致体积增大，而一般开关柜的断路器室空间都相当有限；另一方面，装置的安装难度也会增加，甚至可能无法在一些已经投入运行的开关柜设备上使用。

另外，目前的方案无法对未知次数与顺序的断路器动作组进行分析处理，在进行测试之前往往还需要提前输入将要进行的这次动作的类型，如果是自动重合闸等动作组的话，更是需要在测试前把将要发生的动作次序发送给装置，而这一点极大的限制了装置的自动化程度与使用复杂度，并且开关柜在实际投入运行时，其发生的动作流程可能相当复杂，依赖人工提前设置动作组次序的装置无法应对复杂的动作情况，泛用性也收到极大限制。

最后，机械特性测量的精度也有待提高。想要提高机械特性测量的精度，最主要的是准确的找到刚分点与刚合点的位置。目前精度较高的测试方法是通过采集触头压力数据进行判断，这种方法刚分点与刚合点的特征较为明显，不过由于刚分与刚合动作极快，往往在1毫秒之内，因此需要建立高精度与高效率的分析算法来实现刚分点与刚合点快速精确定位。

综上，断路器机械特性自动在线检测装置的设计难点与要点总结如下：

1、在不增设额外硬件的情况下，能够不依赖断路器动作信令，自动的预判断路器开始动作与停止动作，并启动相应的采样或分析流程。

2、能够在不需要提前输入动作组次序的情况下，对包含未知的若干次动作的动作组的各次动作数据自动进行完整的采样与分析。

3、能够用复杂度较低的算法快速且准确的实现刚分点与刚合点的定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法及其装置，通过对断路器的触头受力、触头位移、分合闸线圈电流以及储能电机电流进行测量，借助高性能的硬件与算法设计，无需断路器动作信令，可以自动完成连续未知次数分合闸动作组的采样分析，并能快速且准确的计算出断路器的机械特性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种改良的断路器机械特性自动在线检测装置，包括拉压力传感器、角位移传感器、霍尔电流传感器、触头受力信号调理模块、触头位移信号调理模块、分合闸线圈与储能电机电流信号调理模块、开关量输入模块、电源模块、主控模块以及通讯模块；其中，

三路拉压力传感器分别安装于三相绝缘拉杆下方，角位移传感器安装于断路器大轴上，霍尔电流传感器位于装置内部，分合闸线圈电流与储能电机电流通过引线串联装置预留的测量端子完成安装，在装置内部，接线端子的引线将穿过霍尔电流传感器的闭环，霍尔电流传感器则会输出一个与分合闸线圈电流和储能电机电流相关的电流信号；拉压力传感器的输出信号通过触头受力信号调理模块进行信号调理，角位移传感器的输出信号通过触头位移信号调理模块进行信号调理，分合闸线圈和储能电机的电流通过霍尔传感器输出的电流信号输入到分合闸线圈与储能电机电流信号调理模块进行信号调理，获得AD采样的高信噪比信号；断路器转换开关的开点与闭点各1路，已储能状态闭点1路，一共3路开关量信号输入到开关量输入模块，经过隔离调理后输入给主控模块；装置正常启动后，主控模块将通过调理后的分合闸线圈电流信号判断是否发生分合闸动作，如果发生分合闸动作，主控模块则对触头受力信号调理模块、触头位移信号调理模块调理后的三相触头受力信号、触头位移信号，以及分合闸线圈与储能电机电流信号调理模块调理后的储能电机电流信号、分合闸线圈电流信号进行同步采样，直到通过分合闸线圈电流信号判断出分合闸动作基本结束；最后，主控模块对采集到的数据进行进一步的分析计算，并通过通讯模块与外部设备进行信息交互；电源模块用于将市电转换为装置所需的直流低压电源，为该装置中的所有模块供电。

一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法，该测量方法基于所述的一种改良的断路器机械特性自动在线检测装置，包括如下步骤：

1)将三相拉压力传感器分别安装到三相绝缘拉杆下方、角位移传感器安装于断路器大轴上；将4只传感器与分合闸线圈和储能电机的电源线分别连接至装置上对应的接线端子上，以完成安装；

2)连接装置电源并打开开关，在运行指示灯开始闪烁后，等待来自上位机的指令；如果接收到来自上位机的“启动测试”指令则执行步骤3)；

3)主控模块执行断路器动作预判算法，当发现将要发生分合闸动作时，执行步骤4)；如果超过设定时限仍未预判出断路器将要动作，则跳转回步骤2)继续等待上位机指令；

4)主控模块开始进行高速率的同步采样，采集三路触头受力信号、触头位移信号、储能电机电流信号与分合闸线圈电流信号；同时执行断路器动作预判算法，判断断路器动作是否将要停止；如果发现动作将要停止，则在一定延迟之后停止高速率的同步采样，并进入步骤5)；同时在采样和AD转换的间隙利用算法对采样数据进行分析；

5)重复执行步骤3)-4)，直到一整套的断路器分合动作全部完成，则进入步骤6)；同时在采样和AD转换的间隙利用算法对已经采集到的数据进行分析；

6)停止所有采样过程，利用算法对已经采集到的数据进行分析，求解每次动作的刚分点或刚合点，并计算每次动作行程、超程、刚分或刚合速度机械特性参数，同时判断动作是否存在故障，将其结果保存在代表这次动作的结构体中，直到所有动作的机械特性参数均被计算完毕并填入代表动作组的结构体数组中，则进入步骤7)；

7)等待上位机发送“请求数据”的指令，接收到之后则将包含本次断路器所有分合动作机械特性参数的结构体数组发送给上位机，同时回到步骤2)。

本发明进一步的改进在于，断路器动作预判算法使用了加权微分拟合模型，具体包括如下步骤：

a)进行低速的分合闸线圈电流采样；

b)在每个分合闸线圈电流采样完成时，将采样结果代入下面的加权微分拟合模型中，计算模型值M_z；其中，I_-n为过去第n个分合闸线圈电流采样值，K⁰ _-n、K¹ _-n与K² _-n为加权系数，通过对样本数据进行分析确定合理值；

c)输出结果：当目前断路器处于未发生动作的状态时，如果模型值M_z大于上限阈值M_zmax，则认为断路器要发生分合闸动作，否则认为断路器不会发生动作；当目前断路器处于发生动作的状态时，如果模型值M_z小于下限阈值M_zmin，则认为断路器要结束当前动作，否则认为断路器将继续动作。

本发明进一步的改进在于，刚分点与刚合点的检测是通过差分方程模型计算的。

本发明进一步的改进在于，差分方程模型的建立包括如下步骤：

a)采集多份训练样本；所述的一份训练样本包括前后总计5秒的分合闸线圈电流I，三相拉杆受力F₁、F₂、F₃、储能电机线圈电流I_e以及角位移L的高速采样数据，分别保存在6个的数组中，数组长度n为这份样本的总采样次数；在这5秒中包含一次分闸或合闸动作，且个样本中动作发生的时间各不相同；

b)构建差分方程模型；所述的差分方程模型以三相拉杆受力采样数组F₁、F₂、F₃为输入，模型计算值数组M₁、M₂、M₃作为输出；所述的差分方程模型中需要设置的参数包括：常量系数K₁，一阶差分系数K₂，二阶差分系数K₃；所述的差分方程模型计算式如下：其中，M_x代表第x相的模型计算结果，它为一个数组，数组长度同样为n；F_x为第x相的拉杆受力采样数组；计算完M_x数组后，寻找数组中的最大值的索引i_max即为刚分点或刚合点所在的数据点位置，再乘以采样间隔Δt即可得到刚分点或刚合点所在的时间t_fin；

c)对模型的参数进行调整，直到取得满意的精度；在上位机环境中编写程序，构建差分方程模型，为常量系数K₁，一阶差分系数K₂，二阶差分系数K₃分别赋值，并输入样本数据，得到刚分点或刚合点的结果，并与人工分析的结果进行对比；不断调整参数直到模型计算结果与人工分析结果的误差满足要求；

d)找到刚分点或刚合点后，根据角位移采样数据进一步计算机械特性参数；如果为分闸过程，则需要计算刚分速度、开距、行程、分闸时间；如果为合闸过程，则需要计算刚合速度、合闸速度、行程、超程；

e)将调整好的差分方程模型储存在MCU中，用于断路器机械特性计算。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

本发明提供的一种改良的断路器机械特性自动在线检测装置，该装置体积小，集成度高，可靠性好，具备较强的电磁兼容性能；具有良好的测量精度；具备较高的自动化程度，无需分合闸动作信令即可自动完成测量，且可对包含未知次动作的动作组的动作信息进行完整采样分析；支持RS485方式通讯，便于集成在智能化开关柜系统中。

本发明提供的一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法，该方法通过断路器动作预判算法对断路器开始与停止动作进行预判，达到无需断路器动作信令的目的；通过设定的算法流程，达到可对包含未知次动作的动作组的动作信息进行完整采样分析的目的；通过差分方程模型分析触头受力数据寻找刚分刚合点；结合触头位移数据计算刚分刚合速度、行程等机械特性，并判断断路器动作是否成功，如果失败的话进一步判断具体原因。一方面，断路器动作预判的功能与可对包含未知次动作的动作组进行分析采样的功能使装置免除了分合闸信令与动作组信息的接入，提高了自动化程度，并降低了装置的安装要求与难度，提高了装置的兼容性；另一方面，刚分刚合点检索算法具备很高的判断精度，能将刚分刚合点的时间误差控制在几百微秒之内，进一步提高了所有机械特性参数计算的精度，更容易判断出断路器的状态。

综上所述，本发明研究设计一种能够自动检测分合闸动作，兼容包含未知次动作的动作组，并能以较高精度进行刚分刚合点判断以及参数计算的新型断路器机械特性在线测量方法及其系统。由于采用基于断路器动作预判算法的自动测量模式，并采用基于差分方程模型的算法，使得本发明在实现方法、适用范围、测量精度等方面都具有明显的优势。

附图说明

图1为断路器机械特性自动在线检测装置的结构图；

图2为断路器机械特性自动在线检测方法状态转换图；

图3为断路器机械特性自动在线检测方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合附图进一步详细说明本发明的实施例。

如图1所示，本发明提供的一种改良的断路器机械特性自动在线检测装置，包括拉压力传感器、角位移传感器、霍尔电流传感器、触头受力信号调理模块、触头位移信号调理模块、分合闸线圈与储能电机电流信号调理模块、开关量输入模块、电源模块、主控模块以及通讯模块；其中，三路拉压力传感器分别安装于三相绝缘拉杆下方，角位移传感器安装于断路器大轴上，霍尔电流传感器位于装置内部，分合闸线圈电流与储能电机电流通过引线串联装置预留的测量端子完成安装；各个传感器的输出信号分别通过对应的信号调理模块进行高性能的信号调理，获得适合AD采样的高信噪比信号；装置正常启动后，主控模块将通过调理后的分合闸线圈电流信号判断是否发生分合闸动作，如果发生分合闸动作，主控模块则开始以较高的速率对调理后的三相触头受力信号、触头位移信号、储能电机电流信号以及分合闸线圈电流信号进行同步采样，直到通过分合闸线圈电流信号判断出分合闸动作基本结束；最后，主控模块对采集到的数据进行进一步的分析计算，并通过通讯模块与其他设备进行信息交互。

本发明所述的断路器机械特性自动在线检测方法，其中包含了断路器动作预判算法。通过断路器动作预判算法，可以自动判断断路器是否将要发生分闸或合闸动作，或者断路器动作过程是否马上要结束。通过使用该算法，能让装置在不依赖断路器动作信令的情况下，判断出断路器是否要开始动作，自动开启后续的高速采样与分析流程；同时也可以通过断路器动作预判算法判断出断路器是否将要停止，以此在动作组的多次动作之间进行状态切换，在占用最少内存的情况下将动作组中所有的动作信息都完整采集下来。可见，断路器动作预判算法可以提高装置的自动化性能与适用范围，以及降低装置安装的难度与要求。

本发明所述的断路器机械特性自动在线检测方法，其中包含了断路器动作预判算法，该算法使用了加权微分拟合模型，其算法包括如下步骤：

1)进行低速的分合闸线圈电流采样；

2)在每个分合闸线圈电流采样完成时，将采样结果代入下面的加权微分拟合模型中，计算模型值M_z；其中，I_-n为过去第n个分合闸线圈电流采样值，K⁰ _-n、K¹ _-n与K² _-n为加权系数，通过对样本数据进行分析确定合理值；

3)输出结果：当目前断路器处于未发生动作的状态时，如果模型值M_z大于上限阈值M_zmax，则认为断路器马上要发生分合闸动作，否则认为断路器不会发生动作；当目前断路器处于发生动作的状态时，如果模型值M_z小于下限阈值M_zmin，则认为断路器马上要结束当前动作，否则认为断路器将继续动作。

本发明所述的断路器机械特性自动在线检测方法，其主要状态及其转换关系如图2所示。其中主要包含待机状态、低速采样状态、高速采样状态与数据处理状态。

待机状态为空闲状态，此时装置等待来自外部设备的指令，当装置上电自动进入该状态，在结束上一次动作组的采样、分析并将分析结果回传后将从数据处理状态进入该状态。

低速采样状态仅维持低速的分合闸线圈电流采样流程，并将采样数据输入断路器动作预判算法，进行断路器动作预判。低速采样状态由待机状态收到“开始测量”指令后进入，在高速采样状态时执行断路器动作预判算法后发现断路器的一次动作即将结束时，经过短暂延迟也将进入低速采样状态。处在低速采样状态时，进行断路器动作预判，如果发现断路器即将开始一次动作时，立即进入高速采样状态。当一个完整的动作组结束时，装置将由低速采样状态进入数据处理状态。

高速采样状态为断路器正在动作时装置所处于的状态，此时将以较高的采样速率采集断路器的触头受力、触头位移、分合闸线圈电流以及储能电机电流等关键参量，同时仍进行断路器动作预判算法，判断断路器动作何时停止。当发现断路器动作将要停止时，装置将经过短暂延迟后进入低速采样状态。

数据处理状态为断路器的一套动作组已经完成，装置正在利用刚分刚合点检索算法等进行数据分析，以计算出断路器的三相刚分刚合速度、行程、超程、开距等机械特性参数。当分析完成之后，等待外部设备获取数据，之后将会回到低速采样状态。

以此可见，断路器机械特性自动在线检测方法借助断路器动作预判算法对断路器动作与否进行自动判断，并在高速采样状态与低速采样状态之间不断切换，可以实现对包含未知次动作的动作组的所有动作信息的完整采样并分析的功能。

如图3所示，本发明一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法，其完整算法流程如下：

1)将三相拉压力传感器分别安装到三相绝缘拉杆下方、角位移传感器安装于断路器大轴上；将4只传感器与分合闸线圈和储能电机的电源线分别连接至装置上对应的接线端子上，以完成安装；

2)连接装置电源并打开开关，在运行指示灯开始闪烁后，等待来自上位机的指令；如果接收到来自上位机的“启动测试”指令则执行步骤3)；

3)主控模块执行断路器动作预判算法，当发现将要发生分合闸动作时，执行步骤4)；如果超过设定时限仍未预判出断路器将要动作，则跳转回步骤2)继续等待上位机指令；

4)主控模块开始进行高速率的同步采样，采集三路触头受力信号、触头位移信号、储能电机电流信号与分合闸线圈电流信号；同时执行断路器动作预判算法，判断断路器动作是否将要停止；如果发现动作将要停止，则在一定延迟之后停止高速率的同步采样，并进入步骤5)；同时在采样和AD转换的间隙利用算法对采样数据进行分析；

5)重复执行步骤3)-4)，直到一整套的断路器分合动作全部完成，则进入步骤6)；同时在采样和AD转换的间隙利用算法对已经采集到的数据进行分析；

6)停止所有采样过程，利用算法对已经采集到的数据进行分析，求解每次动作的刚分(如果为分闸动作)或刚合(如果为合闸动作)点，并计算每次动作行程、超程、刚分或刚合速度机械特性参数，同时判断动作是否存在故障，将其结果保存在代表这次动作的结构体中，直到所有动作的机械特性参数均被计算完毕并填入代表动作组的结构体数组中，则进入步骤7)；

7)等待上位机发送“请求数据”的指令，接收到之后则将包含本次断路器所有分合动作机械特性参数的结构体数组发送给上位机，同时回到步骤2)。

在断路器动作预判算法中使用结构体的数据结构对每次断路器动作进行抽象，每个结构体包含一次动作的类型(分闸还是合闸)、距离上次动作的时间、分(合)闸时间、三相的刚分(刚合)速度、三相的开距(超程)、行程、是否发生故障(如果发生则写明故障类型)等数据成员；一个包含若干次动作的动作组抽象为一个由若干个上述的结构体元素构成的结构体数组。

为了能对包含未知次数动作的动作组进行采样分析，当一个断路器分合闸动作组的第一次分合闸动作发生后，直到该动作组结束之前，算法将仅从2种状态机之间相互切换；其一为：当前断路器正在进行分闸或合闸动作，此状态中进行全部参量的高速采样，并利用权利要求3所述的动作预判算法预测断路器动作完成的时间，当断路器动作将要完成时，在延迟十毫秒后切换至状态机二；其二为：当前断路器没有进行分闸或合闸动作，但一个动作组尚未完成，之后在未知的时间仍然可能发生动作，此状态中仅维持分合闸线圈电流的低速采样，并利用权利要求3所述的动作预判算法预测断路器的下一次动作，当断路器即将发生动作时，立刻切换到状态机一。

其中，刚分点与刚合点的判定是通过差分方程模型得到的。所述差分方程模型的建立包括如下步骤：

1)采集多份训练样本；所述的一份训练样本包括前后总计5秒的分合闸线圈电流I，三相拉杆受力F₁、F₂、F₃、储能电机线圈电流I_e以及角位移L的高速采样数据，分别保存在6个的数组中，数组长度n为这份样本的总采样次数；在这5秒中一定包含一次分闸或合闸动作，且个样本中动作发生的时间各不相同；

2)构建差分方程模型；所述的差分方程模型以三相拉杆受力采样数组F₁、F₂、F₃为输入，模型计算值数组M₁、M₂、M₃作为输出；所述的差分方程模型中需要设置的参数包括：常量系数K₁，一阶差分系数K₂，二阶差分系数K₃；所述的差分方程模型计算式如下：其中，M_x代表第x相的模型计算结果，它为一个数组，数组长度同样为n；F_x为第x相的拉杆受力采样数组；计算完M_x数组后，寻找数组中的最大值的索引i_max即为刚分点或刚合点所在的数据点位置，再乘以采样间隔Δt即可得到刚分点或刚合点所在的时间t_fin；

3)对模型的参数进行调整，直到取得满意的精度；在上位机环境中编写程序，构建差分方程模型，为常量系数K₁，一阶差分系数K₂，二阶差分系数K₃分别赋值，并输入样本数据，得到刚分点或刚合点的结果，并与人工分析的结果进行对比；不断调整参数直到模型计算结果与人工分析结果的误差满足要求；

4)找到刚分点或刚合点后，根据角位移采样数据进一步计算机械特性参数；如果为分闸过程，则需要计算刚分速度、开距、行程、分闸时间；如果为合闸过程，则需要计算刚合速度、合闸速度、行程、超程；

5)将调整好的差分方程模型储存在MCU中，用于断路器机械特性计算。

将所述的断路器机械特性自动在线检测装置应用于实际开关柜中进行分合闸测试，与测试仪的预期结果进行对比，来验证所提出的方法的可行性，以及考察该方法的测量精度。测试结果如表1所示，可以看出，本发明具有良好的测量精度。

表1断路器机械特性测试结果

Claims (5)

1.一种改良的断路器机械特性自动在线检测装置，其特征在于，包括拉压力传感器、角位移传感器、霍尔电流传感器、触头受力信号调理模块、触头位移信号调理模块、分合闸线圈与储能电机电流信号调理模块、开关量输入模块、电源模块、主控模块以及通讯模块；其中，

三路拉压力传感器分别安装于三相绝缘拉杆下方，角位移传感器安装于断路器大轴上，霍尔电流传感器位于装置内部，分合闸线圈电流与储能电机电流通过引线串联装置预留的测量端子完成安装，在装置内部，接线端子的引线将穿过霍尔电流传感器的闭环，霍尔电流传感器则会输出一个与分合闸线圈电流和储能电机电流相关的电流信号；拉压力传感器的输出信号通过触头受力信号调理模块进行信号调理，角位移传感器的输出信号通过触头位移信号调理模块进行信号调理，分合闸线圈和储能电机的电流通过霍尔传感器输出的电流信号输入到分合闸线圈与储能电机电流信号调理模块进行信号调理，获得AD采样的高信噪比信号；断路器转换开关的开点与闭点各1路，已储能状态闭点1路，一共3路开关量信号输入到开关量输入模块，经过隔离调理后输入给主控模块；装置正常启动后，主控模块将通过调理后的分合闸线圈电流信号判断是否发生分合闸动作，如果发生分合闸动作，主控模块则对触头受力信号调理模块、触头位移信号调理模块调理后的三相触头受力信号、触头位移信号，以及分合闸线圈与储能电机电流信号调理模块调理后的储能电机电流信号、分合闸线圈电流信号进行同步采样，直到通过分合闸线圈电流信号判断出分合闸动作基本结束；最后，主控模块对采集到的数据进行进一步的分析计算，并通过通讯模块与外部设备进行信息交互；电源模块用于将市电转换为装置所需的直流低压电源，为该装置中的所有模块供电。

2.一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法，其特征在于，该测量方法基于权利要求1所述的一种改良的断路器机械特性自动在线检测装置，包括如下步骤：

1)将三相拉压力传感器分别安装到三相绝缘拉杆下方、角位移传感器安装于断路器大轴上；将4只传感器与分合闸线圈和储能电机的电源线分别连接至装置上对应的接线端子上，以完成安装；

2)连接装置电源并打开开关，在运行指示灯开始闪烁后，等待来自上位机的指令；如果接收到来自上位机的“启动测试”指令则执行步骤3)；

3)主控模块执行断路器动作预判算法，当发现将要发生分合闸动作时，执行步骤4)；如果超过设定时限仍未预判出断路器将要动作，则跳转回步骤2)继续等待上位机指令；

4)主控模块开始进行高速率的同步采样，采集三路触头受力信号、触头位移信号、储能电机电流信号与分合闸线圈电流信号；同时执行断路器动作预判算法，判断断路器动作是否将要停止；如果发现动作将要停止，则在一定延迟之后停止高速率的同步采样，并进入步骤5)；同时在采样和AD转换的间隙利用算法对采样数据进行分析；

5)重复执行步骤3)-4)，直到一整套的断路器分合动作全部完成，则进入步骤6)；同时在采样和AD转换的间隙利用算法对已经采集到的数据进行分析；

6)停止所有采样过程，利用算法对已经采集到的数据进行分析，求解每次动作的刚分点或刚合点，并计算每次动作行程、超程、刚分或刚合速度机械特性参数，同时判断动作是否存在故障，将其结果保存在代表这次动作的结构体中，直到所有动作的机械特性参数均被计算完毕并填入代表动作组的结构体数组中，则进入步骤7)；

7)等待上位机发送“请求数据”的指令，接收到之后则将包含本次断路器所有分合动作机械特性参数的结构体数组发送给上位机，同时回到步骤2)。

3.根据权利要求2所述的一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法，其特征在于，断路器动作预判算法使用了加权微分拟合模型，具体包括如下步骤：

a)进行低速的分合闸线圈电流采样；

b)在每个分合闸线圈电流采样完成时，将采样结果代入下面的加权微分拟合模型中，计算模型值M_z；其中，I_-n为过去第n个分合闸线圈电流采样值，K⁰ _-n、K¹ _-n与K² _-n为加权系数，通过对样本数据进行分析确定合理值；

c)输出结果：当目前断路器处于未发生动作的状态时，如果模型值M_z大于上限阈值M_zmax，则认为断路器要发生分合闸动作，否则认为断路器不会发生动作；当目前断路器处于发生动作的状态时，如果模型值M_z小于下限阈值M_zmin，则认为断路器要结束当前动作，否则认为断路器将继续动作。

4.根据权利要求2所述的一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法，其特征在于，刚分点与刚合点的检测是通过差分方程模型计算的。

5.根据权利要求4所述的一种改良的断路器机械特性自动在线检测方法，其特征在于，差分方程模型的建立包括如下步骤：

a)采集多份训练样本；所述的一份训练样本包括前后总计5秒的分合闸线圈电流I，三相拉杆受力F₁、F₂、F₃、储能电机线圈电流I_e以及角位移L的高速采样数据，分别保存在6个的数组中，数组长度n为这份样本的总采样次数；在这5秒中包含一次分闸或合闸动作，且个样本中动作发生的时间各不相同；

b)构建差分方程模型；所述的差分方程模型以三相拉杆受力采样数组F₁、F₂、F₃为输入，模型计算值数组M₁、M₂、M₃作为输出；所述的差分方程模型中需要设置的参数包括：常量系数K₁，一阶差分系数K₂，二阶差分系数K₃；所述的差分方程模型计算式如下：其中，M_x代表第x相的模型计算结果，它为一个数组，数组长度同样为n；F_x为第x相的拉杆受力采样数组；计算完M_x数组后，寻找数组中的最大值的索引i_max即为刚分点或刚合点所在的数据点位置，再乘以采样间隔Δt即可得到刚分点或刚合点所在的时间t_fin；

c)对模型的参数进行调整，直到取得满意的精度；在上位机环境中编写程序，构建差分方程模型，为常量系数K₁，一阶差分系数K₂，二阶差分系数K₃分别赋值，并输入样本数据，得到刚分点或刚合点的结果，并与人工分析的结果进行对比；不断调整参数直到模型计算结果与人工分析结果的误差满足要求；

d)找到刚分点或刚合点后，根据角位移采样数据进一步计算机械特性参数；如果为分闸过程，则需要计算刚分速度、开距、行程、分闸时间；如果为合闸过程，则需要计算刚合速度、合闸速度、行程、超程；

e)将调整好的差分方程模型储存在MCU中，用于断路器机械特性计算。

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