CN112485664B - 高压断路器诊断系统、方法、电子终端及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供高压断路器诊断系统、方法、电子终端及存储介质，包括上位机；输出控制及数据采集模块，与所述上位机通信连接；继电器模块，与所述输出控制及数据采集模块连接；所述继电器模块连接电源，并连接被测断路器的分闸线圈、合闸线圈；电流传感器模块，与所述输出控制及数据采集模块连接，并采集所述被测断路器的分闸线圈、合闸线圈的线圈电流信号。本发明相比于现有技术中基于单片机人机界面所进行的断路器测试，采用了更为智能的上位机直接操作，输入命令的按键次数下降至传统单片机界面的10%，大大提高了测试效率。此外，本发明能够自动诊断断路器是否发生故障，并能够反馈故障类型及原因，实现了断路器诊断的智能化和高效化。

Description

高压断路器诊断系统、方法、电子终端及存储介质

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，尤其涉及高压断路器诊断系统、方法、电子终端及存储介质。

背景技术

高压断路器是一种额定电压为10KV及以上，能够关合、承载和开断运行状态的正常电流，并能在规定时间内关合、承载和开断规定的异常电流（如短路电流、过负荷电流）的开关电器。断路器的测试过程通常较为繁琐耗时，且依赖于人工操作，不仅低效不便，而且操作人员无法及时获悉断路器的故障状态、故障原因及相应的解决方案。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供高压断路器诊断系统、方法、电子终端及存储介质，能够方便地对断路器进行状态诊断。

一种高压断路器诊断系统，包括上位机；输出控制及数据采集模块，与所述上位机通信连接；继电器模块，与所述输出控制及数据采集模块连接；所述继电器模块连接电源，并连接被测断路器的分闸线圈、合闸线圈，以通过所述电源向所述分闸线圈、合闸线圈供电，以使被测断路器执行分闸操作、合闸操作；电流传感器模块，与所述输出控制及数据采集模块连接，并采集所述被测断路器的分闸线圈、合闸线圈的线圈电流信号；其中，所述上位机向所述输出控制及数据采集模块发送操作测试指令；所述输出控制及数据采集模块根据操作测试指令向所述继电器模块传送相应的测试操作序列和时序，以控制所述被测断路器进行合闸操作和/或分闸操作；所述电流传感器模块采集分闸线圈和/或合闸线圈的线圈电流信号，并将所述线圈电流信号上传至上位机，以供上位机根据所述线圈电流信号诊断所述被测断路器的机械特性。

一种高压断路器诊断方法，包括以下步骤：

步骤S001，下发操作测试指令；所述操作测试指令用于驱动被测断路器执行相应的合闸操作和/或分闸操作；

步骤S002，接收合/分闸线圈电流信号，并根据所述合/分闸线圈电流信号诊断被测断路器的机械特性；

步骤S003，在诊断被测断路器的机械特性为良好时，则继续当前的测试；

步骤S004，在诊断被测断路器的机械特性为故障时，下发停止测试指令，并反馈故障类型、故障原因及对应的解决方案。

一种高压断路器诊断终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述高压断路器诊断方法。

一种高压断路器的可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能够实现所述高压断路器的诊断方法。

有益效果：本发明相比于现有技术中基于单片机人机界面所进行的断路器测试，采用了更为智能的上位机直接操作，输入命令的按键次数下降至传统单片机界面的10%，大大提高了测试效率。此外，本发明能够自动诊断断路器是否发生故障，并能够反馈故障类型及原因，实现了断路器诊断的智能化和高效化。

附图说明

图1显示为本申请一实施例中断路器诊断系统的结构示意图。

图2显示为本申请一实施例中某高压交流断路器合闸线圈电流波形示意图。

图3显示为本申请一实施例中某高压断路器O-CO操作时合/分闸线圈电流典型波形图。

图4A显示为本申请一实施例中合闸不到位状态下断路器拒分的示意图。

图4B显示为本申请一实施例中合闸到位状态下断路器正常分闸的示意图。

图5A显示为本申请一实施例中典型异常分闸线圈电流波形示意图。

图5B显示为本申请一实施例中典型正常合闸电流波形示意图。

图6A显示为本申请一实施例中储能正常状态下断路器可以正常合闸的示意图。

图6B显示为本申请一实施例中储能不到位断路器拒合的示意图。

图7A显示为本申请一实施例中典型异常合闸线圈电流波形示意图。

图7B显示为本申请一实施例中合闸前典型正常的储能电机监控电流波形示意图。

图8显示为本申请一实施例中断路器诊断方法的流程示意图。

图9显示为本申请一实施例中电子终端的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，展示了本发明一实施例中的断路器诊断系统的结构示意图。本实施例提供的断路器诊断系统包括上位机11、输出控制及数据采集模块12、继电器模块13、以及电流传感器模块14。上位机11与输出控制及数据采集模块12建立通信连接；继电器模块13与输出控制及数据采集模块12连接，所述继电器模块13连接电源，并连接被测断路器的分闸线圈、合闸线圈、及储能电机接线端，以通过所述电源向所述分闸线圈、合闸线圈、储能电机供电，以使被测断路器执行分闸操作、合闸操作、及分合闸储能等操作。电流传感器模块14与所述输出控制及数据采集模块12连接，并采集所述被测断路器的分闸线圈、合闸线圈的线圈电流信号。

具体来说，上位机11向所述输出控制及数据采集模块12发送测试指令；所述输出控制及数据采集模块12根据测试指令向所述继电器模块13传送相应的测试操作序列和时序，据以驱动所述被测断路器15进行合闸操作或分闸操作；所述电流传感器模块14采集所述被测断路器15在合闸操作或分闸操作过程中输出的线圈电流信号，并将所述线圈电流信号上传至上位机11，以供上位机11对所述线圈电流信号进行特征参数提取后诊断被测断路器15的机械特性。

可选的，本实施例中的上位机11可选用控制器（如ARM控制器、FPGA控制器、SOC控制器、DSP控制器或者MCU控制器等），也可选用个人电脑（如台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、智能手表、智能头盔等），还可选用服务器等。输出控制及数据采集模块12可选用数据采集卡，包括但不限于模拟量输入板卡（A/D卡）、模拟量输出办卡（D/A卡）、开关量输入板卡、开关量输出板卡、脉冲量输入板卡、多功能板卡等。继电器模块13包括合闸控制回路输出固态继电器131和分闸控制回路输出固态继电器132，合闸控制回路输出固态继电器131用于驱动被测断路器进行合闸操作，分闸控制回路输出固态继电器132用于驱动被测断路器进行分闸操作。电流传感器模块14包括合闸线圈电流传感器141和分闸线圈电流传感器142，合闸线圈电流传感器141用于采集被测断路器在合闸操作过程中输出的线圈电流信号，分闸线圈电流传感器142用于采集被测断路器在分闸操作过程中输出的线圈电流信号。

在一些示例中，上位机11在诊断被测断路器15的机械特性为良好时，则继续当前的测试；所述上位机11在诊断被测断路器15的机械特性为故障时，向所述输出控制及数据采集模块12下发停止测试指令，并反馈故障类型、故障原因及对应的解决方案。

需要说明的是，上述提及的测试操作序列和时序是为测试断路器的机械特性所设定的测试规范，以高压断路器为例，根据国标及IEC标准的规定，高压断路器应能进行的操作包括单分、单合、合分、重合闸几类，作为断路器驱动装置的断路器操作机构必须能够根据以上操作要求，在接到命令时，对断路器本体进行驱动，并完成相应的操作。标准规定的高压断路器寿命为M1级合M2级两类，M1级是根据标准规定，完成总计2000次机械操作，断路器状态仍然满足要求；M2级是完成总计5次M1级规定的机械操作，且完成后其状态仍然满足要求。标准规定在进行M1级特性测试时，需要进行C-ta-O-ta（高控制电压下500次，额定控制电压下500次和最低控制电压下500次操作）和O-t-CO-ta-CO（额定控制电压下250次机械操作）两种序列的操作。其中，O表示一次分闸操作，C表示一次合闸操作，CO表示一次合闸操作后立即（即无任何故意时延）进行分闸操作；t和ta表示两次操作之间的间隔时间。例如O-t-CO-ta-CO操作是指器先进行分闸操作，然后经过t时间后进行合分操作，经过ta时间后再进行一次合分操作。

上文，对本实施例提供的断路器诊断系统的组成结构做了详细的解释。下文，将对断路器诊断系统对被测断路器进行故障诊断的原理和过程做进一步的说明。

在一些示例中，断路器诊断系统对被测断路器进行拒动故障诊断。拒动故障是指被测断路器接收到分闸命令或合闸命令后不能正常执行相应的分闸操作或合闸操作，其诊断方式为：上位机在下发操作指令后未能从电流传感器模块反馈回的信号中检测到有效的线圈电流信号时，结合所述被测断路器之前执行的操作或所处状态，诊断所述被测断路器是否出现拒动故障。举例来说，若上位机下发分闸指令后未能从分闸线圈电流传感器反馈回的信号中检测到有效的分闸线圈电流时间特征、波峰特征、波谷特征参数等，则可初步诊断被测断路器有发生拒动故障的可能性；接着，上位机再分析该断路器之前执行的操作或所处状态，若断路器之前就处于分闸状态，则说明拒动是由于断路器本身就已处于分闸状态而造成的，并非发生了拒动故障；而若断路器之前处于合闸状态，则说明确实发生了拒动故障。在发生拒动故障的情况下，上位机还会根据当前的操作是单分操作还是重合闸操作来判断拒分原因是由于线圈回路断电，还是机构重合闸不到位导致的分闸闭锁不能释放而出现了拒动故障，这些都会在下文中予以详述。

在一些示例中，断路器诊断系统对被测断路器进行误动故障诊断。误动故障是指被测断路器未接收到操作指令而执行了操作，如分闸、合闸、合分或重合闸等操作，其诊断方式为：上位机在未下发任何操作指令的情况下，若仍能从电流传感器模块反馈回的信号中检测到有效的线圈电流信号，则可诊断被测断路器发生误动故障。

在一些示例中，上位机从电流传感器模块反馈的电流波形信号中提取波形特征参数，包括合闸时间、合闸电流峰值、第一个合闸波谷时刻及电流值、分闸时间、分闸电流峰值、第一个分闸波谷时刻及电流值等。

以下将解释上述这些波形特征参数的提取方法及提取过程，且由于合闸电流和分闸电流各参数的提取方式类似，因此下文仅以合闸电流为例来说明各个参数的提取方法，本领域技术人员可在此基础上知晓分闸电流各参数的提取方法。

以下将解释上述这些波形特征参数的提取方法及提取过程，且由于合闸电流和分闸电流各参数的提取方式类似，因此下文仅以合闸电流为例来说明各个参数的提取方法，本领域技术人员可在此基础上知晓分闸电流各参数的提取方法。

在提取合闸时间这一参数的过程中，首先根据上升沿和下降沿的触发判定预设电压确定所述线圈电流信号的上升沿和下降沿，其次获取上升沿的起始时间和下降沿的终止时间，最后计算该起始时间和终止时间之间的时间差，该时间差即作为对应的合闸时间。在提取合闸电流峰值这一参数的过程中，首先剔除合闸时间内出现的电流值异常高的尖峰干扰信号，然后选取最大电流值作为合闸电流峰值，例如：采用线圈电流被辅助开关切断过程中，电流开始下降前0~10ms内（该范围根据不同断路器类型做调整）电流数据的众数，作为最大（稳定）电流。在提取合闸电流第一个波谷的发生时刻这一参数的过程中，从合闸电流峰值算起出现的最小电流作为第一个波谷的电流谷值，其对应的发生时刻即作为合闸电流第一个波谷的发生时刻。

以图2为例来解释波形特征参数提取的原理：通常来说，合/分闸线圈电流在1.2~5A之间，可按照经验值预先设定上升沿触发判定电流和下降沿触发判定电流都为0.7A，根据该预设的判定电流来判定合/分闸线圈电流信号的上升沿和下降沿。根据判定得到的合/分闸线圈电流信号的上升沿确定该上升沿的起始时间，并根据判定得到的合/分闸线圈电流信号的下降沿确定该下降沿的终止时间。计算所述上升沿的起始时间与所述下降沿的终止时间之间的时间差，并以该时间差作为对应的合/分闸时间，例如图2中的合闸时间提取到35.78ms。

根据获取到的合闸线圈电流的电流波形发生时刻，对该电流波形进行有效分割，并在有效数据段中，将获取到的最大值与其它较大值进行对比，如若差异较大（例如超过预设阈值），则认为峰值过大而被视为无效的干扰信号，于是再往小取峰值；以此类推，直到取到有效的合闸电流峰值，图2中的合闸电流峰值为1.457A。在确定了合闸电流峰值后，将该电流峰值后出现的电流最小值所对应的点作为第一个波谷A，其电流值作为合闸电流谷值，对应的发生时刻为合闸电流第一个波谷的电流谷值。

值得说明的是，本实施例提取的是第一个波谷的特征参数，这里强调第一个波谷的原因在于，虽然电流信号曲线中存在多个波谷，例如图2中展示的第二个波谷B，虽同为波谷，但第一个波谷的发生时刻代表合/分闸线圈电磁铁顶杆运动到推动断路器机构动作的发生时刻，而后面的波谷则是由振动引起的干扰，并不具有实际意义。

在一些示例中，上位机根据第一个波谷的波形特征参数来诊断被测断路器是否发生故障。所述波谷特征参数包括波谷时刻和波谷电流；根据所述波谷特征参数判断被测断路器是否发生故障包括：

（1）若波谷时刻发生后延，且波谷电流在预设波动范围内，则判断被测断路器的电磁铁顶杆发生松动且电磁铁顶杆与一级脱口装置间隙增大。

（2）若波谷时刻发生后延，且波谷电流小于预设波动范围且最大稳定电流在正常范围内，则判断被测断路器有直流回路有接地或者间歇性短路发生。

（3）若波谷时刻发生后延，且波谷电流大于预设波动范围且最大稳定电流也大于正常范围，则判断被测断路器电磁铁发生匝间短路。

仍以图2所展示的合闸线圈电流波形为例，合闸线圈电流波形上升到个峰值后会下降，这是由于合闸线圈得电后线圈中的电流会上升所导致的。起先随着电流的升高，合闸线圈电磁铁顶杆并未随之发生移动，而当电磁力足以推动合闸线圈电磁铁顶杆后，合闸线圈电磁铁顶杆便开始移动，而其移动过程中在合闸线圈上感应处负电动势，该负电动势会阻止合闸线圈电流的进一步上升，对应的是合闸线圈电流在顶峰后转而向下变化。向下的过程持续到合闸线圈电磁铁顶杆移动至其受机械限位的最大位移处，之后合闸线圈电流将由谷底转而向上变化，这个谷底即为第一个波谷。因此，合闸线圈电流第一个波谷的波谷时刻就是合闸线圈电磁铁顶杆运动到推动断路器机构动作的发生时刻，结合波谷时刻以及波谷电流可以有效判断断路器是否发生故障并精准判断故障类型。

在一些示例中，上位机向所述输出控制及数据采集模块发送单分和单合操作测试指令，所述输出控制及数据采集模块根据测试指令向所述继电器模块传送相应的测试操作序列和时序，据以驱动所述被测断路器执行相应的单分和单合操作。上位机接收到来自电流传感器模块上传的电流驱动信号后，比较合闸时间和分闸时间的大小，并根据比较结果来诊断被测断路器是否出现故障。

具体来讲，所述合分操作测试指令为C-ta-O-ta指令，即令被测断路器执行合闸操作后经历ta时间后再进行分闸操作。对于高压交流断路器而言，分闸时间通常都要短于合闸时间，有甚者分闸时间只有合闸时间的50%，这是由高压断路器的功能决定的。因此，上位机11如果判断合闸时间与分闸时间很接近，或者合闸时间小于分闸时间，那么可以诊断被测断路器出现了机械故障或缺陷，从而导致分闸时间变长。

在一些示例中，上位机11向所述输出控制及数据采集模块12发送重合闸操作测试指令，所述输出控制及数据采集模块12根据测试指令向所述继电器模块13传送相应的测试操作序列和时序，据以驱动所述被测断路器15执行相应的重合闸操作。上位机11接收到来自电流传感器模块上传的电流驱动信号后，提取一分操作和第一个合分操作的特征参数，通过判断是否出现完整的三个电流波形来确定被测断路器是否发生故障。

具体来说，所述重合闸操作测试指令为O-t-CO-ta-CO指令，即令被测断路器15执行分闸操作后经过t时间执行第一个合分操作，再经过ta时间执行第二个合分操作。为便于理解，下文将O-t-CO-ta-CO指令中第一个O称为一分操作（即第一次分闸操作），第一个CO中的O称为二分操作（即第二次分闸操作）。此外，上位机11还提取一分操作和二分操作的特征参数，通过判断二分操作的分闸时间与一分操作的分闸时间的时间差是否超过预设阈值，来确定被测断路器是否发生故障。

为便于本领域 技术人员理解，现结合图3来做详细的解释说明。图3展示的是某高压断路器O-CO操作时合/分闸线圈电流典型波形图，其中的三个波形分别是一分操作中分闸线圈电流波形、第一个合分操作中合闸线圈电流波形、二分操作中分闸线圈电流波形。上位机11从这些电流波形中分别提取一分操作的分闸时间及对应电流峰值、第一个合分操作中合闸操作的合闸时间及对应电流峰值、二分操作中分闸时间及对应电流峰值，判断三个线圈电流是否都已经出现，并且分/合闸时间及对应电流峰值都在被测断路器额定值及其包络线规定的范围内；如果三个线圈电流都在范围内，则可以诊断被测断路器并无故障；如果有任一线圈电流不在范围内，则可以诊断被测断路器出现故障。

此外，从图3中可以看出虽同为分闸操作，但二分操作的分闸时间比一分操作的分闸时间要长，这是由于在执行二分操作时断路器机构状态恢复未达最终状态，所以二分操作的分闸时间会有一定的时延。该时延有一定的范围，若时延过长（例如超过预设的时延范围），则可诊断被测断路器的重合闸不稳定。因此，上位机11对O-t-CO-ta-CO操作序列中分合闸线圈电流的时间特征和电流特征进行提取和分析，可以最大限度的发现被测断路器的缺陷和故障。

在一些示例中，上位机11向所述输出控制及数据采集模块12发送合分操作测试指令，所述输出控制及数据采集模块12根据测试指令向所述继电器模块13传送相应的测试操作序列和时序，据以驱动所述被测断路器15执行相应的合分操作。上位机11提取合分操作中合闸操作与分闸操作的时间参数、电流波形参数，并判断是否有完整且合格的合闸电流信号和分闸电流信号，由此诊断被测断路器是否出现了合闸不到位导致的拒分故障。

其中，根据国标及IEC标准的相关规定，高压断路器的操作机构在断电情况下，要能完整执行一个O-CO的操作，即分闸再合分操作。基于该功能要求，断路器操作机构设计时，通常是在合闸C操作时给分闸O进行储能，以确保断路器机构可以驱动断路器进行重合闸操作（O-CO）的第二个分闸操作。因此，断路器机构的合闸和分闸传动链之间有闭锁结构，合闸动作不到位时，分闸闭锁结构无法释放，断路器再接收到分闸命令后无法正常执行分闸指令。因此，上位机11下发CO指令后，通过电流传感器上传的电流信号分析是否存在完整且合格的合闸电流信号和分闸电流信号。

下文将结合图4A、4B、5A、5B来说明断路器因合闸不到位导致拒分故障的诊断逻辑。图4A展示的是合闸不到位状态下断路器拒分的示意图；图4B展示的是合闸到位状态下断路器正常分闸的示意图；图5A展示的是典型异常分闸线圈电流波形示意图；图5B展示的是典型正常合闸电流波形示意图。

需说明的是，在图5A中各横轴时刻及纵轴电流的含义如下：t0时刻对应的是通电，t1时刻对应的是衔铁开始运动，t2时刻对应的是衔铁撞击脱扣装置（即A波谷），t3时刻对应的是过电流保护装置开始动作，t4时刻对应的是过电流保护装置完全切断线圈电流；电流Imax表示电流最大点，由线圈电阻决定，一般是2~5A。在图5B中各横轴时刻及纵轴电流的含义如下：t0时刻对应的是通电，t1时刻对应的是衔铁开始运动，t2时刻对应的是衔铁撞击脱扣装置（即A波谷），t3时刻对应的是衔铁与脱扣装置运动到位（即B波谷），t4时刻对应的是辅助开关开始动作，t5时刻对应的是辅助开关完全切断线圈电流；电流Imax表示电流最大点，由线圈电阻决定，一般是2~5A。

具体来说，储能拐臂401可基于A点做顺时针转动，分闸拐臂402可在分闸电磁铁403的推动下基于F点做顺时针转动。相比于图4B中断路器合闸到位状态，图4A中断路器合闸后储能拐臂401的D端与分闸拐臂401的F端接触，储能拐臂401阻碍了分闸拐臂402的顺时针旋转。也即，在图4B的机构状态下，分闸电磁铁403通电后，其顶端的顶杆向上运动视图推动分闸拐臂402做顺时针旋转，而分闸拐臂402被储能拐臂401阻挡，无法进行顺时针旋转，断路器操作机构将不能完成分闸操作，也就是出现了拒分故障。

此时，系统监控到的分闸线圈电流波形如图5A所示只有A点一个波谷（典型的异常合闸/分闸线圈电流波形示意图），而分闸之前的合闸线圈电流波形如图5B所示是典型的正常电流波形。图4A的机构状态与图5A和5B的线圈电流波形存在一一对应关系，所以当监控到图5A和5B波形时说明断路器出现因合闸不到位所导致的拒分（拒绝分闸操作指令）的故障。

在一些示例中，所述电流传感器模块14还包括储能回路电流传感器143，用于采集被测断路器15的储能回路电流并上传至上位机11，供上位机11分析储能回路是否发生故障。具体来说，如果上位机11下发了合闸命令或分闸命令，被测断路器都不能正常操作，而储能回路电流传感器的监测结果显示，其电流通电时间过短或过长（通常在几秒至15秒之间必须完成储能），或者监测到储能电机电流过小或过大（超出了其额定功率折算所得的额定电流范围），则可判断储能回路出现了故障。若储能回路电流通电时间过短，则是行程开关故障导致储能回路提前切断或发生了接地短路，直流电源被切断；若储能回路电流通电时间过长，则是断路器操作机构减速环节出现了磨损打滑，导致在额定时间内不能完成储能操作。

下文将结合图6A、6B、7A、7B来说明断路器因合闸不到位导致拒分故障的诊断逻辑；其中，图6A展示的是储能正常状态下断路器可以正常合闸的示意图；图6B展示的是储能不到位断路器拒合的示意图；图7A展示的是典型异常合闸线圈电流波形示意图；图7B展示的是合闸前典型正常的储能电机监控电流波形示意图。

需说明的是，在图7A中各横轴时刻及纵轴电流的含义如下：t0时刻对应的是通电，t1时刻对应的是衔铁开始运动，t2时刻对应的是衔铁撞击脱扣装置（即A波谷），t3时刻对应的是过电流保护装置开始动作，t4时刻对应的是过电流保护装置完全切断线圈电流；电流Imax表示电流最大点，由线圈电阻决定，一般是2~5A。在图7B中各横轴时刻及纵轴电流的含义如下：t0时刻对应的是通电，t1时刻对应的是行程开关切断储能电机，t0时刻和t1时刻之间的时间差△t表示储能时间，通常小于15s，一般为5ms左右；电流Imax表示电流最大点，由电极功率决定；电流I1表示行程开关切断储能电机电流。

具体来说，图6B中的储能拐臂601相比于图6A而言右倾一定角度，储能拐臂601呈竖直状态时，行程开关602即将储能电机电流切断；储能拐臂601未过死点，操作机构的储能弹簧无法将储能拐臂601拉动顺时针旋转；储能拐臂601的D点并未与合闸拐臂603的E点接触，合闸电磁铁604通电后其顶端顶杆（衔铁）不能撞击合闸拐臂603顺时针旋转。

在该状态下合闸线圈电流波形如图7A所示只有A点一个波谷（典型的异常合闸/分闸线圈电流波形示意图，正常电流波形存在2个谷底），合闸前的储能电机监控电流波形如图7B所示大小正常。图6B中储能不到位断路器拒合的状态与图7A和7B的波形存在一一对应的关系，因此当系统监控到如图7A和7B的波形时，系统判断为机构行程开关松动而导致其位置变化，继而导致断路器操作机构出现了储能不到位而拒合（拒绝合闸指令）的故障。

如图8所示，展示了本发明一实施例中断路器诊断方法的流程示意图。本实施例的断路器诊断方法应用于上文的断路器诊断系统中的上位机，主要包括步骤S81和S82。

步骤S81：下发操作测试指令；所述操作测试指令用于驱动被测断路器执行相应的合闸操作和/或分闸操作。

步骤S82：接收合/分闸线圈电流信号，并根据所述合/分闸线圈电流信号诊断被测断路器的机械特性。

在一些示例中，所述断路器诊断方法还包括：在诊断被测断路器的机械特性为良好时，则继续当前的测试；在诊断被测断路器的机械特性为故障时，下发停止测试指令，并反馈故障类型、故障原因及对应的解决方案。

需说明的是，本实施例提供的断路器诊断方法与上文中的断路器诊断系统类似，因此不再赘述。

如图9所示，展示了本发明一实施例中电子终端的结构示意图。本实施例提供的电子终端包括：处理器91、存储器92、通信器93；存储器92通过系统总线与处理器91和通信器93连接并完成相互间的通信，存储器92用于存储计算机程序，通信器93用于和其他设备进行通信，处理器91用于运行计算机程序，使电子终端执行如上断路器诊断方法的各个步骤。

上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该系统总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述断路器诊断方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本申请提供断路器诊断系统、方法、电子终端及存储介质，本发明相比于现有技术中基于单片机人机界面所进行的断路器测试，采用了更为智能的上位机直接操作，输入命令的按键次数下降至传统单片机界面的10%，大大提高了测试效率。此外，本发明能够自动诊断断路器是否发生故障，并能够反馈故障类型及原因，实现了断路器诊断的智能化和高效化。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

在提取合闸时间这一参数的过程中，首先根据上升沿和下降沿的触发判定预设电压确定所述线圈电流信号的上升沿和下降沿，其次获取上升沿的起始时间和下降沿的终止时间，最后计算该起始时间和终止时间之间的时间差，该时间差即作为对应的合闸时间。在提取合闸电流峰值这一参数的过程中，首先剔除合闸时间内出现的电流值异常高的尖峰干扰信号，然后选取最大电流值作为合闸电流峰值，例如：采用线圈电流被辅助开关切断过程中，电流开始下降前0~10ms内（该范围根据不同断路器类型做调整）电流数据的众数，作为最大（稳定）电流。在提取合闸电流第一个波谷的发生时刻这一参数的过程中，从合闸电流峰值算起出现的最小电流作为第一个波谷的电流谷值，其对应的发生时刻即作为合闸电流第一个波谷的发生时刻。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种高压断路器诊断系统，其特征在于：包括上位机；

输出控制及数据采集模块，与所述上位机通信连接；

继电器模块，与所述输出控制及数据采集模块连接；所述继电器模块连接电源，并连接被测断路器的分闸线圈、合闸线圈，以通过所述电源向所述分闸线圈、合闸线圈供电，以使被测断路器执行分闸操作、合闸操作；

电流传感器模块，与所述输出控制及数据采集模块连接，并采集所述被测断路器的分闸线圈、合闸线圈的线圈电流信号；

其中，所述上位机向所述输出控制及数据采集模块发送操作测试指令；所述输出控制及数据采集模块根据操作测试指令向所述继电器模块传送相应的测试操作序列和时序，以控制所述被测断路器进行合闸操作和/或分闸操作；所述电流传感器模块采集分闸线圈和/或合闸线圈的线圈电流信号，并将所述线圈电流信号上传至上位机，以供上位机根据所述线圈电流信号诊断所述被测断路器的机械特性；

其中，所述上位机从电流传感器模块所反馈的线圈电流信号中提取第一个波谷的波谷特征参数，并根据所述波谷特征参数判断被测断路器是否发生故障；所述波谷特征参数包括波谷时刻和波谷电流；设定标准波谷时刻作为参考，根据所述波谷特征参数判断被测断路器是否发生故障的方式包括：

将提取到的所述第一个波谷的波谷时刻与作为参考的所述标准波谷时刻进行比较；

若所述第一个波谷的波谷时刻相比于所述标准波谷时刻发生后延，且波谷电流在预设波动范围内，则判断被测断路器的电磁铁顶杆发生松动且电磁铁顶杆与一级脱口装置间隙增大；

若所述第一个波谷的波谷时刻相比于所述标准波谷时刻发生后延，且波谷电流小于预设波动范围且最大稳定电流在正常范围内，则判断被测断路器有直流回路有接地或者间歇性短路发生；

若所述第一个波谷的波谷时刻相比于所述标准波谷时刻发生后延，且波谷电流大于预设波动范围且最大稳定电流也大于正常范围，则判断被测断路器电磁铁发生匝间短路。

2.如权利要求1所述的高压断路器诊断系统，其特征在于：所述上位机在诊断被测断路器的机械特性为良好时，继续当前的测试；所述上位机在诊断被测断路器的机械特性为故障时，向所述输出控制及数据采集模块下发停止测试指令，并反馈故障类型、故障原因及对应的解决方案；所述上位机在下发操作指令后未能从电流传感器模块反馈回的信号中检测到有效的线圈电流信号时，结合所述被测断路器之前执行的操作或所处状态，诊断所述被测断路器是否出现拒动故障；其中，若所述被测断路器之前执行的操作或所处状态与上位机当下发出的操作指令相一致，则诊断被测断路器未出现拒动故障；否则，诊断被测断路器发生拒动故障；所述上位机在未下发任何操作指令的情况下，若仍能从电流传感器模块反馈回的信号中检测到有效的线圈电流信号，则诊断所述被测断路器发生误动故障。

3.如权利要求1所述的高压断路器诊断系统，其特征在于：所述波谷特征参数的提取方式包括：

根据预设的上升沿触发判定电流来判定合/分闸线圈电流信号的上升沿，并根据预设的下降沿触发判定电流来判定合/分闸线圈电流信号的下降沿；

根据判定得到的合/分闸线圈电流信号的上升沿确定该上升沿的起始时间，并根据判定得到的合/分闸线圈电流信号的下降沿确定该下降沿的终止时间；

计算所述上升沿的起始时间与所述下降沿的终止时间之间的时间差，并以该时间差作为对应的合/分闸时间；

避开尖峰干扰选取所述合/分闸时间内的最大电流值作为合/分闸电流峰值，从所述合/分闸电流峰值算起出现最小电流的波形位置作为第一个波谷。

4.如权利要求1所述的高压断路器诊断系统，其特征在于：所述上位机向所述输出控制及数据采集模块发送单分和单合操作测试指令，所述输出控制及数据采集模块根据测试指令向所述继电器模块传送相应的测试操作序列和时序，据以驱动所述被测断路器执行相应的单分和单合操作；所述上位机接收电流传感器模块反馈的电流驱动信号后，比较合闸时间和分闸时间的大小并根据比较结果来诊断所述被测断路器是否出现故障；所述单分和单合操作测试指令为C-ta-O-ta指令，用于驱动被测断路器先执行合闸操作，经历ta时间后进行分闸操作，并再经历ta时间；所述上位机若判断合闸时间与分闸时间的时间差小于预设阈值或者合闸时间小于分闸时间，则诊断所述被测断路器出现了机械故障而导致分闸时间过长。

5.如权利要求1所述的高压断路器诊断系统，其特征在于：所述上位机向所述输出控制及数据采集模块发送重合闸操作测试指令，所述输出控制及数据采集模块根据测试指令向所述继电器模块传送相应的测试操作序列和时序，据以驱动被测断路器执行相应的重合闸操作；所述上位机接收电流传感器模块反馈的电流驱动信号后，提取第一个分闸操作和第一个合分操作所产生的合/分闸线圈电流信号，通过判断是否出现三个完整的电流波形来诊断被测断路器是否故障；所述上位机接收电流传感器模块反馈的电流驱动信号后，提取第一个分闸操作的分闸时间以及第一个合分操作中分闸操作的分闸时间，通过判断后者与前者的时间差是否超过预设阈值来诊断被测断路器是否故障；所述重合闸操作测试指令为O-t-CO-ta-CO指令，用于驱动被测断路器先执行分闸操作，经历t时间后执行第一个合分操作，经历ta时间后经历第二次合分操作；其中，令第一个分闸操作为一分操作，第一个合分操作中分闸操作为二分操作；所述上位机接收电流传感器模块反馈的电流驱动信号后，分别提取一分操作的分闸时间及对应电流峰值、第一个合分操作中合闸操作的合闸时间及对应电流峰值、二分操作中分闸时间及对应电流峰值，据此判断三次操作的线圈电流是否都已出现并且合/分闸时间及对应电流峰值都在被测断路器额定值及其包络线规定的范围内；若都符合，则诊断断路器正常；若不符合，则诊断断路器出现故障；所述上位机向所述输出控制及数据采集模块发送合分操作测试指令，所述输出控制及数据采集模块根据测试指令向所述继电器模块传送相应的测试操作序列和时序，据以驱动被测断路器执行相应的合分操作；所述上位机提取合分操作中合闸操作与分闸操作的时间参数和电流波形参数，并通过判断是否有完整且合格的合闸电流信号与分闸电流信号来诊断被测断路器是否出现了合闸不到位导致的拒分故障。

6.如权利要求1所述的高压断路器诊断系统，其特征在于：所述电流传感器模块还包括：储能回路电流传感器，用于采集被测断路器储能回路电流并上传至所述上位机，供上位机分析储能回路是否发生故障；所述上位机若监测到储能回路的电流通电时间超过预设时间范围，或者监测到储能电机电流超出额定电流范围，则诊断被测断路器储能回路出现故障；所述继电器模块包括用于驱动被测断路器进行合闸操作的合闸控制回路输出固态继电器，以及用于驱动被测断路器进行分闸操作的分闸控制回路输出固态继电器；所述电流传感器模块包括用于采集被测断路器在合闸操作过程中输出的线圈电流信号的合闸线圈电流传感器，以及用于采集被测断路器在分闸操作过程中输出的线圈电流信号的分闸线圈电流传感器。

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