CN114019363A - 电器元件触点故障识别系统 - Google Patents

Abstract

本申请适用于电器元件检测技术领域，提供了一种电器元件触点故障识别系统，包括：监测单元，用于采集电器元件中的线圈监测信息和主回路监测信息，并对触点进行故障识别，生成对应的触点故障识别信息；数据转存单元，用于存储监测单元采集的线圈监测信息、主回路监测信息和故障识别信息；故障分析单元，用于接收数据转存单元发送的线圈监测信息、主回路监测信息和故障识别信息，进行数据查询、数据挖掘、数据筛选和生成报表。本申请实施例提供的电器元件触点故障识别系统，利用电器元件的线圈监测信息和主回路监测信息，判断电器元件中的触点是否出现故障，能够在数量众多的电器元件中迅速、准确地筛选出故障点，帮助用户提高设备抢修的工作效率。

Description

电器元件触点故障识别系统

技术领域

本申请属于电器元件检测技术领域，尤其涉及一种电器元件触点故障识别系统。

背景技术

在继电器和接触器等传统电器元件中，常会使用线圈和触点控制主回路的导通或截止。触点长期受大电流冲击，其表面容易出现氧化并形成凹坑。这些损耗持续积累，会造成继电器和接触器故障操作，进而给整个电路系统及设备运行造成障碍。许多大型设备的电路系统中常常会用到为数众多的继电器和接触器，一旦突发电路故障，难以在短时间内准确识别具体的故障点，给抢修造成困难。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种电器元件触点故障识别系统，以解决目前难以快速准确识别电器元件触点故障的问题。

本申请实施例提供了一种电器元件触点故障识别系统，包括：监测单元，用于采集电器元件中的线圈监测信息，以及主回路监测信息，并根据线圈监测信息和主回路监测信息对触点进行故障识别并生成对应的触点故障识别信息；所述主回路为受所述电器元件中的触点控制的电回路；数据转存单元，用于存储所述监测单元采集的线圈监测信息和主回路监测信息；故障分析单元，用于接收所述数据转存单元发送的线圈监测信息、主回路监测信息和故障识别信息，进一步进行数据查询、数据挖掘、数据筛选和生成报表等。

在本申请的一些实施例中，所述监测单元包括电源、无线通信模块、采集模块和数据处理模块；所述电源从所述电器元件的控制回路取电，所述电源包括储能模块，所述储能模块用于在所述电器元件关断时为所述监测单元供电。所述数据转存单元包含无线通信模块、联网模块、本地存储模块和外部转存接口；所述数据转存单元通过对应的无线通信模块接收控制范围内监测单元采集的线圈监测信息和主回路监测信息，并本地存储；所述数据转存单元通过对应的联网模块将所述线圈监测信息和主回路监测信息发给所述故障分析单元；或者，所述数据转存单元通过对应的外部转存接口将所述线圈监测信息和主回路监测信息导出到U盘。所述故障分析单元包括联网模块和外部转存接口；所述故障分析单元为上位机软件或系统；所述故障分析单元通过对应的联网模块接收所述数据转存单元存储的数据，或者所述故障分析单元通过对应的外部转存接口及U盘导入所述数据转存单元存储的数据；所述故障分析单元用于数据查询、数据挖掘、数据筛选和生成报表等。

在本申请的一些实施例中，所述监测单元采集的线圈监测信息包括线圈的初始上电时间，所述监测单元采集的主回路监测信息包括主回路的初始上电时间；所述主回路的初始上电时间的判断依据为任一相电流大于预设的阈值；所述监测单元根据所述线圈的初始上电时间和所述主回路的初始上电时间，判断所述触点是否出现导通故障。

在本申请的一些实施例中，所述监控单元根据所述线圈的初始上电时间和所述主回路的初始上电时间，计算所述触点的吸合时间；当所述吸合时间在预设的第一时间以内时，所述监测单元对所述主回路的电流连续进行若干个市电周期的有效值监测；若所述若干个有效值全部大于预设的阈值，则所述监测单元确定所述触点未出现导通故障。若某个或某几个有效值小于预设的阈值，则所述监测单元确定所述触点出现抖动导通故障。

在本申请的一些实施例中，当所述吸合时间大于预设的第一时间且小于预设的第二时间时，所述监测单元确定所述触点出现卡滞导通故障；所述第二时间大于所述第一时间。

在本申请的一些实施例中，从所述线圈的初始上电时间开始，经过预设的第二时间后，当所述监测单元始终没有采集到所述主回路中的任一相电流时，所述监测单元确定所述触点出现开路故障。

在本申请的一些实施例中，所述监测单元采集的线圈监测信息还包括线圈的初始断电时间，所述监测单元采集的主回路监测信息还包括主回路的初始断电时间；所述主回路的初始断电时间判断依据为三相电流全部小于预设的阈值；所述监测单元根据所述线圈的初始断电时间和所述主回路的初始断电时间，判断所述触点是否出现断开故障。

在本申请的一些实施例中，所述监测单元根据所述线圈的初始断电时间和所述主回路的初始断电时间，计算所述触点的断开时间；当所述断开时间大于预设的第三时间时，所述监测单元确定所述触点出现卡滞关断故障。

在本申请的一些实施例中，当所述断开时间大于预设的第四时间时，所述监测单元确定所述触点出现粘连故障。

在本申请的一些实施例中，当所述触点未出现故障时，所述故障分析单元还用于根据所述线圈监测信息和主回路监测信息计算所述触点的累计导通损耗和/或累计断开损耗，并根据所述累计导通损耗和/或累计断开损耗进行对应的触点损耗评估。

本申请实施例提供的电器元件触点故障识别系统，利用电器元件的线圈监测信息和主回路监测信息，判断电器元件中的触点是否出现故障，能够在电路系统出现故障引发设备运行异常的突发情况下，在数量众多的电器元件中迅速、准确地筛选出故障点，帮助用户提高设备抢修的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的电器元件触点故障识别系统的示意图；

图2示出了监测单元的一个具体示例的示意图；

图3示出了数据转存单元的一个具体示例的示意图；

图4示出了故障分析单元的一个具体示例的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

传统的继电器和接触器等开关器件，利用线圈控制触点的吸合及断开。继电器和接触器能否正确动作，对于电路系统及设备的连续可靠运行十分重要。以高铁车厢为例，高铁车厢中会设置数量众多的继电器和接触器。其中任一继电器或接触器动作错误都会造成高铁运营故障。一旦出现电气故障，如何从为数众多的继电器和接触器中筛选出故障点，是一个难题。为此，本申请实施例提出了一种电器元件触点故障识别系统，帮助用户在突发电气故障时迅速、准确地识别出故障点。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本申请实施例提供了一种电器元件触点故障识别系统，如图1所示，该系统可以包括监测单元101、数据转存单元102和故障分析单元103。

在一具体实施方式中，监测单元101用于采集电器元件中的线圈监测信息，以及主回路监测信息。主回路为受电器元件中的触点控制的电回路。

一般，监测单元采集的线圈监测信息可以是线圈的初始上电时间，主回路监测信息可以是主回路的初始上电时间。如图2所示，监测单元101可以包括电源、无线通信模块、采集模块和数据处理模块。电源从电器元件的控制回路取电，电源中包括储能模块，用于在电器元件关断时为监测单元供电。

数据转存单元102用于存储监测单元采集的线圈监测信息和主回路监测信息。

故障分析单元103用于接收数据转存单元发送的线圈监测信息、主回路监测信息和故障识别信息，进一步进行数据查询、数据挖掘、数据筛选和生成报表等。

具体的，监测单元101可以根据线圈的初始上电时间和主回路的初始上电时间，判断触点是否出现导通故障，并根据触点故障识别信息，采集线圈监测信息和主回路监测信息。

在识别触点的导通故障时，可以首先计算触点的吸合时间。吸合时间为线圈的初始上电时间至主回路的初始上电时间之间的时长。可以将线圈从无电变为有电的时机，认定为线圈初始上电的时机，对应的时间点即线圈的初始上电时间。在线圈的初始上电时间后，主回路从无电变为有电的时机即主回路初始上电的时机，对应的时间点即主回路的初始上电时间。

正常情况下，触点的吸合时间应当在50ms以内。可以将50ms设定为一个阈值，即将50ms设定为预设的第一时间，首先考察吸合时间是否在第一时间以内。当吸合时间在预设的第一时间(例如50ms)以内时，并不能直接判定触点正常吸合。在实际应用中，许多损耗较大的触点会在吸合后出现抖动故障，即时而吸合时而断开，应当对抖动故障进行识别。

对于吸合时间在预设的第一时间(50ms)以内的触点，可以进一步采集线圈监测信息和主回路监测信息。当吸合时间在预设的第一时间以内时，监测单元101对主回路的电流连续进行若干个市电周期的有效值监测；若若干个有效值全部大于预设的阈值，则监测单元101确定触点未出现导通故障；若某个或某几个有效值小于预设的阈值，则监测单元101确定触点出现抖动导通故障。在对主回路进行断电持续时间监测时，可以设定一个监测时长，例如1s。即从主回路的初始上电时间开始，在监测时长内对主回路的电流连续进行若干个市电周期的有效值监测，以排查触点是否存在抖动导通故障。

当吸合时间超出预设的第一时间(例如50ms)时，监测单元101可以判定触点出现导通故障。一旦触点的吸合时间超过50ms，可以认为其出现了导通故障。导通故障包括卡滞、开路和缺相等多种故障类型。为具体识别这些导通故障，可以引入第二时间。作为示例，可以将第二时间设定为1s。当触点的吸合时间在50ms和1s之间时，监测单元101可以将其归入卡滞导通故障。

当触点出现开路导通故障时，由于线圈上电后对应的触点不会吸合，使得在线圈的初始上电时间后，对应的主回路始终无电流。为识别开路导通故障，引入等待时间作为监测开路故障的一个阈值。在一具体实施方式中，可以将预设的等待时间设定为2s。从线圈的初始上电时间开始，经过预设的等待时间(2s)后，如果监测单元101始终没有采集到的主回路电流时，监测单元101确定对应的触点出现开路导通故障。

采用与上述开路故障类似的监测方法，可以对缺相故障进行有效监测。具体的，从线圈的初始上电时间开始，经过预设的等待时间(2s)后，对于主回路中的任一相，如果监测单元101始终没有采集到该相对应的电流时，监测单元101确定对应的触点出现缺相导通故障。

现有技术难以对继电器和接触器等电器元件的触点进行损耗评估，为了避免突发电气故障，运营人员会定期对高铁车厢等设备中的继电器和接触器进行整体更换，由此产生高额运维费用。本申请实施例提出的电器元件触点故障识别系统，可以针对触点损耗进行量化评估，能够帮助用户准确识别带病工作的电器元件，对带病工作的电器元件进行及时更换，一方面能够规避电气故障，另一方面能够降低设备和电路系统的运维费用。

在一具体实施方式中，当监测单元101判定触点未出现任何导通故障时，监测单元101进一步采集主回路的电流。触点未出现任何导通故障属于触点故障识别信息中的一类信息，主回路的电流属于主回路监测信息中的一类信息。监测单元可以根据线圈的初始上电时间、主回路的初始上电时间和主回路的电流，计算触点的本次导通损耗。

作为示例，可以通过以下公式计算触点每一次吸合引起的导通损耗：

其中，s_i表示触点第i次吸合引起的导通损耗，I_i表示触点第i次吸合后主回路的电流值，t_1i表示第i次吸合对应的吸合时间。吸合时间即从线圈的初始上电时间开始，至主回路的初始上电时间为止，对应的时长。

监测单元还可以进一步计算触点的累计导通损耗。

作为示例，可以通过以下公式计算触点的累计导通损耗：

其中，S表示触点的累计导通损耗，N表示触点吸合的总次数，通过将触点每一次吸合引起的导通损耗累加，可以计算得到触点的累计导通损耗。监测单元可以根据累计导通损耗，评估触点是否损耗过度。

在一具体实施方式中，可以通过预设的导通损耗阈值，对触点的导通损耗进行评估。具体的，当触点的累计导通损耗小于预设的导通损耗阈值时，判定触点损耗可控；当触点的累计导通损耗大于或等于预设的导通损耗阈值时，可以判定触点损耗过度。

对于累计导通损耗较小的触点，可以认为其损耗处于可控、可接受范围，即触点损耗可控。一般情况下，这类触点及电器元件能够有效执行对应的功能，不必进行更换。

对于累计导通损耗较大的触点，可以认为其损耗过渡，其表面氧化情况比较严重，甚至表面已出现凹坑，即触点损耗过度。一般情况下，这类触点及电器元件难以继续执行对应的功能，如不及时更换会威胁电路系统及整个设备的正常运行。此外，对于已经出现抖动、卡滞、缺相或开路等导通故障的触点，可以不再考察期其累计导通损耗，而直接判定对应的触点及电器元件损耗过度，并提示告警，帮助用户识别故障点。

在实际应用中，除了考察电器元件中各个触点在吸合过程中是否出现导通故障及导通损耗以外，还需要对触点的断开过程进行故障识别和损耗量化统计，从而对触点故障及触点损耗进行全方位识别或评估。具体的，在监测单元101判定触点未出现导通故障后，监测单元101可以进一步采集电器元件中线圈的初始断电时间，以及主回路的初始断电时间。线圈的初始断电时间属于线圈监测信息中的一类信息，主回路的初始断电时间属于主回路监测信息中的一类信息。监测单元101可以根据线圈的初始断电时间和主回路的初始断电时间，判断触点是否出现断开故障。当触点出现断开故障时，可以直接判定触点损耗过度。

在识别触点的断开故障时，可以首先计算触点的断开时间。断开时间为线圈的初始断电时间至主回路的初始断电时间之间的时长。可以将线圈从有电变为无电的时机，认定为线圈初始断电的时机，对应的时间点即线圈的初始断电时间。在线圈的初始断电时间后，主回路从有电变为无电的时机即主回路初始断电的时机，对应的时间点即主回路的初始断电时间。

当断开时间大于预设的第三时间(例如50ms)时，可以判定触点出现断开故障。正常情况下，触点的断开时间应当在50ms以内。一旦触点的断开时间超过50ms，可以认为其出现了断开故障。断开故障包括卡滞和黏连等多种故障类型。为具体识别这些断开故障，可以引入第四时间。作为示例，可以将第四时间设定为1s。当触点的断开时间在50ms至1s范围以内时，可以将其归入卡滞断开故障；当触点的断开时间超过1s时，可以将其归入粘连断开故障。

当触点未出现断开故障时，监测单元根据线圈的初始断电时间、主回路的初始断电时间和主回路的电流，计算触点的本次断开损耗。

作为示例，可以通过以下公式计算触点每一次断开引起的断开损耗：

其中，s’_i表示触点第i次断开引起的断开损耗，I_i表示触点第i次断开前主回路的电流值，t_2i表示第i次断开对应的断开时间。断开时间为从线圈的初始断电时间开始，至主回路的初始断电时间为止，对应的时长。

监测单元可以进一步计算触点的累计断开损耗。

作为示例，可以通过以下公式计算触点的累计断开损耗：

其中，S’表示触点的累计断开损耗，N表示触点断开的总次数，通过将触点每一次断开引起的断开损耗累加，可以计算得到触点的累计断开损耗。监测单元可以根据累计断开损耗，评估触点是否损耗过度。

在利用累计断开损耗对触点进行损耗评估时，可以通过预设的断开损耗阈值，对触点的断开损耗进行评估。具体的，当触点的累计断开损耗小于预设的断开损耗阈值时，可以判定触点损耗可控；当触点的累计断开损耗大于或等于预设的断开损耗阈值时，可以判定触点损耗过度。

在实际应用中，可以将本申请实施例提供的电器元件触点故障识别系统设置在机电式继电器或接触器等电器元件中，对电器元件的触点故障及触点损耗进行本地监控。在这种应用场景下，监测单元可以将其生成或计算得到的触点故障识别信息、累计导通损耗、累计断开损耗，以及触点损耗评估结果等信息或数据存储于数据转存单元102中。用户通过调取数据转存单元102内存储的信息和数据，能够随时掌握电器元件的工作状态。

此外，本申请实施例还提供了另外一种应用场景。在该应用场景下，用户可以在设备中的每个机电式继电器或接触器等电器元件中设置一个监测单元101，并为设备设置一个数据转存单元102(例如，选用设备中的“黑匣子”作为数据转存单元)，该数据转存单元102可同时存储各个监测单元101采集的信息和数据。故障分析单元103可以通过有线通信、无线通信或存储介质转存(例如，利用优盘转存)等方式读取数据转存单元102中的信息和数据，进而生成报表。在这种应用场景下，故障分析单元103可以是本地设置或远程设置的工控机，也可以是设置在云端的服务器。用户可以根据实际监测工作的需要，自由选配电器元件触点故障识别系统的应用场景。

如图3所示，数据转存单元102可以包括无线通信模块、联网模块、本地存储模块和外部转存接口。数据转存单元通过对应的无线通信模块接收控制范围内监测单元采集的线圈监测信息和主回路监测信息，并本地存储。数据转存单元通过对应的联网模块将线圈监测信息和主回路监测信息发给故障分析单元103；或者，数据转存单元102通过对应的外部转存接口将线圈监测信息和主回路监测信息导出到U盘。

如图4所示，故障分析单元103可以包括联网模块和外部转存接口。故障分析单元103可以是上位机软件或系统。故障分析单元103通过对应的联网模块接收数据转存单元存储的数据，或者故障分析单元103通过对应的外部转存接口及U盘导入数据转存单元存储的数据。故障分析单元103可用于数据查询、筛选和生成报表。

本申请实施例提供的电器元件触点故障识别系统，利用电器元件的线圈监测信息和主回路监测信息，判断电器元件中的触点是否出现故障，能够在电路系统出现故障引发设备运行异常的突发情况下，在数量众多的电器元件中迅速、准确地筛选出故障点，帮助用户提高设备抢修的工作效率。此外，在电器元件触点能够正常工作的情况下，本申请实施例提供的电器元件触点故障识别系统将触点损耗量化，实现针对触点损耗的量化评估，使得触点损耗评估有据可查、有法可依，能够有效排查出触点损耗过度但仍可正常工作的电器元件，防治电器元件及其触点的“未病”，帮助用户准确识别带病工作的电器元件。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电器元件触点故障识别系统，其特征在于，包括：

监测单元，用于采集电器元件中的线圈监测信息，以及主回路监测信息，并根据线圈监测信息和主回路监测信息对触点进行故障识别并生成对应的触点故障识别信息；所述主回路为受所述电器元件中的触点控制的电回路；

数据转存单元，用于存储所述监测单元采集的线圈监测信息、主回路监测信息和故障识别信息；

故障分析单元，用于接收所述数据转存单元发送的线圈监测信息、主回路监测信息和故障识别信息，进一步进行数据查询、数据挖掘、数据筛选和生成报表等。

2.如权利要求1所述的电器元件触点故障识别系统，其特征在于，所述监测单元包括电源、无线通信模块、采集模块和数据处理模块；所述电源从所述电器元件的控制回路取电，所述电源包括储能模块，所述储能模块用于在所述电器元件关断时为所述监测单元供电；

所述数据转存单元包含无线通信模块、联网模块、本地存储模块和外部转存接口；所述数据转存单元通过对应的无线通信模块接收控制范围内监测单元采集的线圈监测信息和主回路监测信息，并本地存储；所述数据转存单元通过对应的联网模块将所述线圈监测信息和主回路监测信息发给所述故障分析单元；或者，所述数据转存单元通过对应的外部转存接口将所述线圈监测信息和主回路监测信息导出到U盘；

所述故障分析单元包括联网模块和外部转存接口；所述故障分析单元为上位机软件或系统；所述故障分析单元通过对应的联网模块接收所述数据转存单元存储的数据，或者所述故障分析单元通过对应的外部转存接口及U盘导入所述数据转存单元存储的数据；所述故障分析单元用于数据查询、数据挖掘、数据筛选和生成报表等。

3.如权利要求1所述的电器元件触点故障识别系统，其特征在于，所述监测单元采集的线圈监测信息包括线圈的初始上电时间，所述监测单元采集的主回路监测信息包括主回路的初始上电时间；所述主回路的初始上电时间的判断依据为任一相电流大于预设的阈值；

所述监测单元根据所述线圈的初始上电时间和所述主回路的初始上电时间，判断所述触点是否出现导通故障。

4.如权利要求3所述的电器元件触点故障识别系统，其特征在于，所述监测单元根据所述线圈的初始上电时间和所述主回路的初始上电时间，计算所述触点的吸合时间；

当所述吸合时间在预设的第一时间以内时，所述监测单元对所述主回路的电流连续进行若干个市电周期的有效值监测；

若所述若干个有效值全部大于预设的阈值，则所述监测单元确定所述触点未出现导通故障；若某个或某几个有效值小于预设的阈值，则所述监测单元确定所述触点出现抖动导通故障。

5.如权利要求4所述的电器元件触点故障识别系统，其特征在于，若所述触点未出现导通故障，监测单元可以根据线圈的初始上电时间、主回路的初始上电时间和主回路的电流，计算触点的本次导通损耗和累计导通损耗。

6.如权利要求4所述的电器元件触点故障识别系统，其特征在于，当所述吸合时间大于预设的第一时间且小于预设的第二时间时，所述监测单元确定所述触点出现卡滞导通故障；所述第二时间大于所述第一时间。

7.如权利要求4所述的电器元件触点故障识别系统，其特征在于，从所述线圈的初始上电时间开始，经过预设的第二时间后，当所述监测单元始终没有采集到所述主回路中的任一相电流时，所述监测单元确定所述触点出现开路故障。

8.如权利要求1所述的电器元件触点故障识别系统，其特征在于，所述监测单元采集的线圈监测信息还包括线圈的初始断电时间，所述监测单元采集的主回路监测信息还包括主回路的初始断电时间；所述主回路的初始断电时间判断依据为三相电流全部小于预设的阈值；

所述监测单元根据所述线圈的初始断电时间和所述主回路的初始断电时间，判断所述触点是否出现断开故障。

9.如权利要求8所述的电器元件触点故障识别系统，其特征在于，所述监测单元根据所述线圈的初始断电时间和所述主回路的初始断电时间，计算所述触点的断开时间；

当所述断开时间在预设的第三时间以内时，所述监测单元确定所述触点未出现断开故障；当所述断开时间大于预设的第三时间时，所述监测单元确定所述触点出现卡滞关断故障；当所述断开时间大于预设的第四时间时，所述监测单元确定所述触点出现粘连故障。

10.如权利要求9所述的电器元件触点故障识别系统，其特征在于，当触点未出现断开故障时，监测单元根据线圈的初始断电时间、主回路的初始断电时间和主回路的电流，计算触点的本次断开损耗和累计断开损耗。

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