CN114295975A - 一种高压开关设备故障在线监测装置及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种高压开关设备故障在线监测装置及其监测方法，利用加速度振动传感器获取断路器分合闸刚分和刚合点信息，再结合位移传感器获得断路器触头超程信息，进而判断断路器触头机械磨损情况；利用SF6气体泄漏监测传感器监测SF6气体泄漏情况，进而判断断路器绝缘情况；利用避雷器总泄漏电流监测传感器获得避雷器总泄漏电流，进而获得避雷器阻性电流，大大提高了避雷器性能监测的准确性，通过上述监测方法可以获取开关设备电气及机械特性信息，进而实现高压开关设备故障在线监测。
Description
技术领域
本发明属于电力设备监测领域，具体涉及一种高压开关设备故障在线监测装置及其监测方法。
背景技术
目前高压开关设备的故障主要包括机械故障和电气故障；其中机械故障是由高压开关设备长期工作过程中弹簧弹性降低，螺丝松动等原因导致；而在断路器操作机构动作过程中，当触头磨损严重时，容易出现触头超程不到位，从而会出现触头发热等现象，甚至会发生着火等故障。目前对于高压隔离开关动作情况的检测主要是机构在动作时，肉眼观察指示针的旋转来判断闸刀位置，但是观察指示针并不能真实反应闸刀位置情况。根据高压隔离开关机械结构的特点，在机械结构上安装光纤位移传感器和压力传感器获取高压隔离开关在动作时的闸刀动作信号，经过计算机对闸刀动作信号处理，从而判别出机械结构是否故障。因此，在传统的高压隔离开关上安装智能组件进行实时监测，必然是高压隔离开关向智能化发展的趋势。
高压开关设备发生故障较多的还有电气特性故障，一般是由于SF6气体泄漏导致绝缘特性降低，或者是柜内避雷器由于潮湿等原因，导致避雷器性能劣化等引起。目前我国采用紫外线电离、高频振荡无极电离、电子捕获和铂丝热电子发射及负电晕放电等方法对SF6气体泄漏进行监测，但上述方法需要定期校准，浪费了更多的人力物力。对于避雷器的性能检测，目前我国大多采用PT柜取电，通过采集流经避雷器的电流，得出避雷器的总泄漏电。
随着智能电网的飞速发展，高压开关设备作为电网中的重要组成部分，也必然朝着智能化的方向发展，在传统的高压开关设备中需要将各种传感器、数据处理、信息传输等集成在一起，并对高压开关设备各项数据进行实时监测、实时显示，并将数据发送到上位机，使其真正的向智能化发展，从而保证电网的稳定运行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种高压开关设备故障在线监测装置及其监测方法，利用加速度振动传感器获取断路器分合闸刚分和刚合点信息，再结合位移传感器获得断路器触头超程信息，进而判断断路器触头机械磨损情况；利用SF6气体泄漏监测传感器监测SF6气体泄漏情况，进而判断断路器绝缘情况；利用避雷器总泄漏电流监测传感器获得避雷器总泄漏电流，进而获得避雷器阻性电流，大大提高了避雷器性能监测的准确性，通过上述监测方法可以获取开关设备电气及机械特性信息，进而实现高压开关设备故障在线监测。
本发明采用的技术方案为：一种高压开关设备故障在线监测装置，包括监测系统监测单元、电源稳压电路、STM32微处理器和外设电路单元；所述电源稳压电路输出端与所述监测系统监测单元、所述STM32微处理器、所述外设电路单元对应电源端连接，为其提供持续工作的电能；所述STM32微处理器与所述外设电路单元对应I/O口连接；所述STM32微处理器也与监测系统监测单元对应接口连接；
所述监测系统监测单元包括高压隔离开关操作机构状态监测单元、高压隔离开关柜内避雷器性能监测单元、SF6气体泄漏监测单元和断路器机械特性监测单元；所述高压隔离开关操作机构状态监测单元、所述高压隔离开关柜内避雷器性能监测单元、所述SF6气体泄漏监测单元、所述断路器机械特性监测单元的输出端分别与所述STM32微处理器对应接口连接；
所述外设电路单元包括数据存储电路、按键电路、RS485数据传输模块电路和液晶显示电路；所述数据存储电路、所述按键电路、所述RS485数据传输模块电路、所述液晶显示电路分别与所述STM32微处理器对应接口连接；
所述高压隔离开关操作机构状态监测单元包括穿心式电流互感器、两个高速A/D转换电路、角位移传感器、动作信号同步输入和光耦隔离电路；所述穿心式电流互感器、所述角位移传感器的输出端分别与两个高速A/D转换电路对应输入端连接；所述动作信号同步输入的输出端与所述光耦隔离电路的输入端连接；
所述高压隔离开关柜内避雷器性能监测单元包括避雷器总泄漏电流监测传感器、电压基准信号获取电路和电能质量芯片电路；所述避雷器总泄漏电流监测传感器、所述电压基准信号获取电路输出端分别与所述电能质量芯片电路对应输入端连接；
所述SF6气体泄漏监测单元包括SF6气体泄漏监测传感器和信号放大电路；所述SF6气体泄漏监测传感器的输出端与所述信号放大电路的输入端连接；
所述断路器机械特性监测单元包括霍尔电流传感器、三路加速度振动传感器、三路位移传感器、动作信号同步输入、光耦隔离电路和高速A/D转换电路；所述霍尔电流传感器、所述三路加速度振动传感器、所述三路位移传感器的输出端分别与对应所述高速A/D转换电路的输入端连接；所述动作信号同步输入的输出端与所述光耦隔离电路的输入端连接。
进一步，所述位移传感器安装在断路器拉杆的下端，使断路器动作带动位移传感器滑柄移动；所述加速度振动传感器安装在断路器触头拉杆的底部，跟随触头动作。
进一步，所述RS485数据传输模块电路采用差分信号数据传输，通过两根传输线的电平差来表示传输逻辑数据。
进一步，所述RS485数据传输模块电路中采用MODBUS通信协议和CRC校验，保证系统在电磁干扰较为严重的高压电场领域能够将数据准确地上传到上位机。
进一步，所述SF6气体泄漏监测传感器包括红外光源、干涉滤光片、双检测器和放大器，所述干涉滤光片包括测量通道干涉滤光片和参比干涉滤光片，所述双检测器包括参比检测器和测量检测器，参比检测器放置在参比通道内，参比检测器信号输出端与放大器同相输入端连接；测量检测器放置在测量通道内，测量检测器信号输出端与放大器同反输入端连接；放大器输出信号大小代表SF6气体浓度大小；所述红外光源安装在SF6气室内，红外光源在气室中进行光反射，并最终终止于测量通道干涉滤光片和参比干涉滤光片上，并分别输出一个电平；所述测量通道干涉滤光片上覆盖一层能透通过红外光谱中SF6气体所吸收的光谱的滤光材料；所述参比干涉滤光片覆盖一层能透通过红外光谱中被SF6气体所不被吸收光谱的滤光材料；所述测量通道干涉滤光片和参比干涉滤光片与放大器相连。
本发明还涉及一种高压开关设备故障在线监测方法，包括如下步骤：
步骤一，STM32微处理器对监测系统监测单元、电源稳压电路和外设电路单元进行初始化；
步骤二，通过动作信号同步输入获取高压断路器同步动作信号，通过穿心式电流互感器获取操作机构驱动电机电流，通过如下公式获得电流时间曲线：
其中，T为电机转矩；KT为比例系数；
为气隙磁通；I为电机电流；
将获得的电流时间曲线显示在液晶屏幕上；
通过角位移传感器获取电机的旋转角度，通过电机的旋转角度判断高压断路器所处位置，并将其显示在液晶屏幕上；
步骤三，通过动作信号同步输入获取断路器的动作信号，由霍尔电流传感器读取储能电机电流；由加速度振动传感器读取断路器分合闸振动加速度数据，根据在刚分和刚合点处引起的振动信号的突然变化，绘制振动信号变化拐点，进而判断刚分和刚合点；通过结合位移传感器获取触头动作总行程，得出断路器触头总行程、开距、超程、平均分合闸速度，并统计真空泡动作次数数据，将其显示在液晶屏幕上；
步骤四，通过SF6气体泄漏监测传感器获取SF6气体泄露信号，并判断SF6气体浓度；通过避雷器总泄漏电流监测传感器获取高压开关柜内三相避雷器的总泄露电流值，结合电压基准信号获取电路获取的三相避雷器的阻性电流值，并将其显示在液晶屏幕上；
步骤五，将步骤二、步骤三和步骤四中采集的数据通过RS485数据传输模块电路上传数据至上位机中进行实时显示，当有故障发生时，上位机监测系统发出报警。
进一步，在步骤四中，当SF6气体进入气室时，SF6气体吸收了红外光辐射光谱，此时测量干涉滤光片上输出的电压信号减弱，而参比干涉滤光片上输出的电压信号保持不变，测量干涉滤光片和参比干涉滤光片上输出电压差异经过运算放大器对电压信号进行放大，并且与标准的SF6气体检测仪进行对比、标定后，进而计算SF6气体的浓度。
进一步，所述霍尔电流传感器对断路器电磁驱动机构线圈电流实时监测，根据其电流波形中含有的信息，判断电磁驱动机构动作时是否存在卡涩、脱扣或断杆故障。
本发明产生的有益效果是：
1、本发明基于多层感知机的断路器超程模式识别方法，以达到防止误判需双验证(利用不用方法或不同原理，对同一事件进行验证)的要求，利用加速度振动传感器采集多组断路器分合闸加速度振动信号，通过Python中的多层感知机函数对振动信号特征提取，构造特征量，并建立触头超程状态(偏大、正常、偏小)数学模型，断路器分合闸动作后，将采集到断路器动作加速度振动信号传送到触头超程状态自动识别数学模型中，便可实现断路器触头超程状态的自动识别。
2、为了对高压隔离开关柜内避雷器性能进行监测，耦合母排电压相位信号的耦合电极放置在柜外，便于安装，且采用一相耦合电极进行电压相位的测量，设计时将耦合电极靠近避雷器母排上端的A相，这样就可以获得A相电压参考相位信号(仅考虑电压相位，不考虑电压有效值)，对于B相和C相，根据三相电压相位满足相差120°的关系，即可获得B相电压相位信号和C相电压相位信号，再利用电流互感器获得避雷器三相总泄漏电流，这样就可分别获得A相避雷器阻性电流、B相避雷器阻性电流、C相避雷器阻性电流，从而实现避雷器性能在线监测。
附图说明
图1为本发明的结构原理图；
图2为本发明的监测流程图；
图3为断路器合闸触头振动加速度信号图；
图4为断路器分闸触头加速度振动信号图；
图5为断路器触头超程状态准确率；
图6为SF6气体泄漏监测传感器的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明是一种高压开关设备故障在线监测装置，包括监测系统监测单元、电源稳压电路、STM32微处理器和外设电路单元；电源稳压电路输出端与监测系统监测单元、STM32微处理器、外设电路单元对应电源端连接，为其提供持续工作的电能；STM32微处理器与外设电路单元对应I/O口连接；STM32微处理器也与监测系统监测单元对应接口连接。STM32微处理器采用意法半导体公司的STM32F103系列的微处理器，该微处理器资源丰富，适合本发明的研制，微处理器的最小系统包括：主控芯片部分，采用的是3.3V电压供电；8MHz晶振部分，作为系统的时钟源，芯片外围电路设计简单。电源稳压电路采用AC220V工频电源，在线监测装置内部芯片所需要的电压有+5V、+3.3V两种电平。为了实现两种电平供电电压，本发明采用HIECUBE-5.0隔离电源模块将AC220V转换为+12V直流电压，再经过开关电源芯片LM2596-5.0组成的BUCK电路将12伏降压为5V电压，最后采用线性稳压电源芯片LM1117-3.3将5V电压转化为3.3V。
监测系统监测单元包括高压隔离开关操作机构状态监测单元、高压隔离开关柜内避雷器性能监测单元、SF6气体泄漏监测单元和断路器机械特性监测单元；高压隔离开关操作机构状态监测单元、高压隔离开关柜内避雷器性能监测单元、SF6气体泄漏监测单元、断路器机械特性监测单元的输出端分别与STM32微处理器对应接口连接。
外设电路单元包括数据存储电路、按键电路、RS485数据传输模块电路和液晶显示电路；数据存储电路、按键电路、RS485数据传输模块电路、液晶显示电路分别与STM32微处理器对应接口连接。RS485数据传输模块电路采用差分信号数据传输，通过两根传输线的电平差来表示传输逻辑数据。假定A、B的电平分别为VA、VB，当VA-VB≥0.2V时，表示逻辑1，当VA-VB≤-0.2V时，表示逻辑0，RS485采用采用双绞线传输数据，通常双绞线的特征阻抗为120Ω，因此在输出端并联120Ω的阻抗匹配电阻，可以减小信号的反射，增加信号的强度。在现场使用的干扰较大，因此在输出端增加瞬态抑制二极管吸收浪涌电流，保护RS485电路稳定运行。RS485数据传输模块电路中采用MODBUS通信协议和CRC校验，保证系统在电磁干扰较为严重的高压电场领域能够将数据准确地上传到上位机。下位机向上位机传输数据的波特率为9600bps。
高压隔离开关操作机构状态监测单元包括穿心式电流互感器、两个高速A/D转换电路、角位移传感器、动作信号同步输入；穿心式电流互感器、角位移传感器的输出端分别与两个高速A/D转换电路对应输入端连接。
高压隔离开关柜内避雷器性能监测单元包括避雷器总泄漏电流监测传感器、电压基准信号获取电路和电能质量芯片电路；避雷器总泄漏电流监测传感器、电压基准信号获取电路输出端分别与电能质量芯片电路对应输入端连接。电能质量芯片电路采用IDT90E36电能计量芯片，采集三相避雷器的总泄漏电流Ia、Ib、Ic，以电流电压相位角Φa、Φb、Φc。在降低设计难度的情况下，又保证了采集精度。
SF6气体泄漏监测单元包括SF6气体泄漏监测传感器和信号放大电路；SF6气体泄漏监测传感器的输出端与信号放大电路的输入端连接。信号放大电路采用LM358芯片对电压信号进行二级放大，通过调整阻值，从而可以调整放大倍数。如图6所示，SF6气体泄漏监测传感器包括红外光源、干涉滤光片、双检测器和放大器，所述干涉滤光片包括测量通道干涉滤光片和参比干涉滤光片，所述双检测器包括参比检测器和测量检测器，参比检测器放置在参比通道内，参比检测器信号输出端与放大器同相输入端连接；测量检测器放置在测量通道内，测量检测器信号输出端与放大器同反输入端连接；放大器输出信号大小代表SF6气体浓度大小；所述红外光源安装在SF6气室内，红外光源在气室中进行光反射，并最终终止于测量通道干涉滤光片和参比干涉滤光片上，并分别输出一个电平；所述测量通道干涉滤光片上覆盖一层能透通过红外光谱中SF6气体所吸收的光谱的滤光材料；所述参比干涉滤光片覆盖一层能透通过红外光谱中被SF6气体所不被吸收光谱的滤光材料；所述测量通道干涉滤光片和参比干涉滤光片与放大器相连。
断路器机械特性监测单元包括霍尔电流传感器、三路加速度振动传感器、三路位移传感器、动作信号同步输入、光耦隔离电路和高速A/D转换电路；霍尔电流传感器、三路加速度振动传感器、三路位移传感器输出端分别与对应高速A/D转换电路输入端连接；动作信号同步输入输出端与光耦隔离电路输入端连接。霍尔电流传感器能够对断路器电磁驱动机构线圈电流实时监测，根据其电流波形中含有的信息，判断电磁驱动机构动作时是否存在卡涩、脱扣或断杆故障，例如曲线中阻力增加表明存在卡涩，阻力减小表明脱口或断杆。位移传感器安装在断路器拉杆的下端，使断路器动作带动位移传感器滑柄移动；所述加速度振动传感器安装在断路器触头拉杆的底部，跟随触头动作。
如图2所示，一种高压开关设备故障在线监测方法，包括如下步骤：
步骤一，STM32微处理器对监测系统监测单元、电源稳压电路和外设电路单元进行初始化。
步骤二，通过动作信号同步输入获取高压断路器同步动作信号，通过穿心式电流互感器获取操作机构驱动电机电流，通过如下公式获得电流时间曲线：
其中，T为电机转矩；KT为比例系数；
为气隙磁通；I为电机电流；
将获得的电流时间曲线显示在液晶屏幕上；
通过角位移传感器获取电机的旋转角度，通过电机的旋转角度判断高压断路器所处位置，并将其显示在液晶屏幕上。
步骤三，通过动作信号同步输入获取断路器的动作信号，由霍尔电流传感器读取储能电机电流。由于断路器的总行程H＝开距h+超程hc、即H＝h+hc，若获得总行程，再结合刚分和刚合点就可以获得开距和超程的具体数值，为了实现断路器开距和超程的在线监测，利用安装在断路器拉杆的下端位移传感器测量断路器的总行程，采用加速度振动传感器试验时，将加速度振动传感器安装在断路器触头拉杆的底部，跟随触头动作，由加速度振动传感器读取断路器分合闸振动加速度数据。当断路器分合闸操作动作时，断路器拉杆带动加速度振动传感器动作，根据在刚分和刚合点处引起的振动信号的突然变化，绘制振动信号变化拐点，进而判断刚分和刚合点；通过结合位移传感器获取触头动作总行程，得出断路器触头总行程H、开距h、超程hc，平均分合闸速度h1＝H/t，其中t为动作时间，并统计真空泡动作次数数据，并将其显示在液晶屏幕上。在实际监测过程中若发现触头超程减小，则可以间接地判断断路器触头出现磨损情况。
本发明基于多层感知机的断路器超程模式识别方法，感知机是一种线性分类器，属于判别模式，另外一种是生成模式，通过输入特征信号，利用超平面，将输入的特征信号分为两类甚至多类，感知机是神经网络和SVM信息处理的基础。
对于一个输入信号，假如输入信号为
输入空间是Y＝{+1,-1},其中X＝{X1,……，Xn},Xi为一个特征向量，
定义从输入到输出的空间函数为：f(x)＝sign(w.x+b)为感知机，w为感知机的比例权重，b为偏置值，
感知机最终得到的结果是在一个平面上，将各个类的点区分开。对于二维或者多维的平面，通过一条直线，或者多条直线对于坐标系中的点进行区分，对于已经给出的一个点的坐标，或者是一个特征向量，便可以通过二维图来确定这个点的类别。
多层感知机的三大要素：模型、策略和算法，根据感知机的数学模型，便可以实现感知机算法和学习策略，具体的步骤为：
(1)、确定需要初始化的w和b；
(2)、从训练中随机选取点(xi,yi)，则预测值为sign(w*xi+b)；
(3)、在预测过程中，如果准确率较低，或者是不正确，即sign(w*xi+b)≤0，则更改w和b的值，继续预测；
(4)、重复迭代步骤(2)和(3)，直至预测结果小于期望误差；
(5)、输入未知的点(xi+1,yi+1)的特征向量xi+1,yi+1＝sign(w*xi+1+b)。在第三步中，通过更新w和b的值，一般采用所有误差点到超平面的总距离，即
其中M为所有误差点的集合。根据最小梯度下降法，wi+1＝wi+ηyixi,bi+1＝bi+ηyi，根据以上步骤，便可以构建多层感知机的数学学习模型，在本发明中通过Python语言来实现多层感知机函数。
加速度振动传感器采集的振动信号，通过RS485上传到上位机中，经过电脑去除噪声处理之后，得到的加速度信号图如图3和图4所示。
根据断路器可知，触头超程状态不能超过4.2mm而且不能小于3.3mm。本文将断路器触头超程状态分为三类：正常状态(3.3mm≤超程≤4.2mm)、偏大状态(超程＞4.2mm)和偏小状态(超程<3.3mm)。本文中共选取了100组断路器的动作数据作为训练样本，其中34组正常状态触头加速度数据，33组偏大状态触头加速度数据，33组偏小状态触头加速度数据，每组数据共有2500个点。在通过多层感知机分类时，偏大状态分类标签为1，正常状态分类标签为2，偏小状态分类标签为3。通过多层感知机数学模型对100组数据迭代，最终运行结果显示，迭代准确率为95.2％，迭代结果如图5所示。
步骤四，通过SF6气体泄漏监测传感器获取SF6气体泄露信号，当SF6气体进入气室时，SF6气体吸收了红外光辐射光谱，此时测量干涉滤光片上输出的电压信号减弱，而参比干涉滤光片上输出的电压信号保持不变，测量干涉滤光片和参比干涉滤光片上输出电压差异经过运算放大器对电压信号进行放大，并且与标准的SF6气体检测仪进行对比、标定后，进而计算SF6气体的浓度。通过避雷器总泄漏电流监测传感器获取高压开关柜内三相避雷器的总泄露电流值，结合电压基准信号获取电路获取的三相避雷器的阻性电流值，并将其显示在液晶屏幕上。
步骤五，将步骤二、步骤三和步骤四中采集的数据通过RS485数据传输模块电路上传数据至上位机中进行实时显示，当有故障发生时，上位机监测系统发出报警。
Claims (8)
1.一种高压开关设备故障在线监测装置，其特征在于：包括监测系统监测单元、电源稳压电路、STM32微处理器和外设电路单元；所述电源稳压电路输出端与所述监测系统监测单元、所述STM32微处理器、所述外设电路单元对应电源端连接，为其提供持续工作的电能；所述STM32微处理器与所述外设电路单元对应I/O口连接；所述STM32微处理器也与监测系统监测单元对应接口连接；
所述监测系统监测单元包括高压隔离开关操作机构状态监测单元、高压隔离开关柜内避雷器性能监测单元、SF6气体泄漏监测单元和断路器机械特性监测单元；所述高压隔离开关操作机构状态监测单元、所述高压隔离开关柜内避雷器性能监测单元、所述SF6气体泄漏监测单元、所述断路器机械特性监测单元的输出端分别与所述STM32微处理器对应接口连接；
所述外设电路单元包括数据存储电路、按键电路、RS485数据传输模块电路和液晶显示电路；所述数据存储电路、所述按键电路、所述RS485数据传输模块电路、所述液晶显示电路分别与所述STM32微处理器对应接口连接；
所述高压隔离开关操作机构状态监测单元包括穿心式电流互感器、两个高速A/D转换电路、角位移传感器、动作信号同步输入和光耦隔离电路；所述穿心式电流互感器、所述角位移传感器的输出端分别与两个高速A/D转换电路对应输入端连接；所述动作信号同步输入的输出端与所述光耦隔离电路的输入端连接；
所述高压隔离开关柜内避雷器性能监测单元包括避雷器总泄漏电流监测传感器、电压基准信号获取电路和电能质量芯片电路；所述避雷器总泄漏电流监测传感器、所述电压基准信号获取电路输出端分别与所述电能质量芯片电路对应输入端连接；
所述SF6气体泄漏监测单元包括SF6气体泄漏监测传感器和信号放大电路；所述SF6气体泄漏监测传感器的输出端与所述信号放大电路的输入端连接；
所述断路器机械特性监测单元包括霍尔电流传感器、三路加速度振动传感器、三路位移传感器、动作信号同步输入、光耦隔离电路和高速A/D转换电路；所述霍尔电流传感器、所述三路加速度振动传感器、所述三路位移传感器的输出端分别与对应所述高速A/D转换电路的输入端连接；所述动作信号同步输入的输出端与所述光耦隔离电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压开关设备故障在线监测装置，其特征在于：所述位移传感器安装在断路器拉杆的下端，使断路器动作带动位移传感器滑柄移动；所述加速度振动传感器安装在断路器触头拉杆的底部，跟随触头动作。
3.根据权利要求1所述的一种高压开关设备故障在线监测装置，其特征在于：所述RS485数据传输模块电路采用差分信号数据传输，通过两根传输线的电平差来表示传输逻辑数据。
4.根据权利要求1所述的一种高压开关设备故障在线监测装置，其特征在于：所述RS485数据传输模块电路中采用MODBUS通信协议和CRC校验，保证系统在电磁干扰较为严重的高压电场领域能够将数据准确地上传到上位机。
5.根据权利要求1所述的一种高压开关设备故障在线监测装置，其特征在于：所述SF6气体泄漏监测传感器包括红外光源、干涉滤光片、双检测器和放大器，所述干涉滤光片包括测量通道干涉滤光片和参比干涉滤光片，所述双检测器包括参比检测器和测量检测器，参比检测器放置在参比通道内，参比检测器信号输出端与放大器同相输入端连接；测量检测器放置在测量通道内，测量检测器信号输出端与放大器同反输入端连接；放大器输出信号大小代表SF6气体浓度大小；所述红外光源安装在SF6气室内，红外光源在气室中进行光反射，并最终终止于测量通道干涉滤光片和参比干涉滤光片上，并分别输出一个电平；所述测量通道干涉滤光片上覆盖一层能透通过红外光谱中SF6气体所吸收的光谱的滤光材料；所述参比干涉滤光片覆盖一层能透通过红外光谱中被SF6气体所不被吸收光谱的滤光材料；所述测量通道干涉滤光片和参比干涉滤光片与放大器相连。
6.一种高压开关设备故障在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，STM32微处理器对监测系统监测单元、电源稳压电路和外设电路单元进行初始化；
步骤二，通过动作信号同步输入获取高压断路器同步动作信号，通过穿心式电流互感器获取操作机构驱动电机电流，通过如下公式获得电流时间曲线：
其中，T为电机转矩；KT为比例系数；
为气隙磁通；I为电机电流；
将获得的电流时间曲线显示在液晶屏幕上；
通过角位移传感器获取电机的旋转角度，通过电机的旋转角度判断高压断路器所处位置，并将其显示在液晶屏幕上；
步骤三，通过动作信号同步输入获取断路器的动作信号，由霍尔电流传感器读取储能电机电流；由加速度振动传感器读取断路器分合闸振动加速度数据，根据在刚分和刚合点处引起的振动信号的突然变化，绘制振动信号变化拐点，进而判断刚分和刚合点；通过结合位移传感器获取触头动作总行程，得出断路器触头总行程、开距、超程、平均分合闸速度，并统计真空泡动作次数数据，将其显示在液晶屏幕上；
步骤四，通过SF6气体泄漏监测传感器获取SF6气体泄露信号，并判断SF6气体浓度；通过避雷器总泄漏电流监测传感器获取高压开关柜内三相避雷器的总泄露电流值，结合电压基准信号获取电路获取的三相避雷器的阻性电流值，并将其显示在液晶屏幕上；
步骤五，将步骤二、步骤三和步骤四中采集的数据通过RS485数据传输模块电路上传数据至上位机中进行实时显示，当有故障发生时，上位机监测系统发出报警。
7.根据权利要求6所述的一种高压开关设备故障在线监测方法，其特征在于：在步骤四中，当SF6气体进入气室时，SF6气体吸收了红外光辐射光谱，此时测量干涉滤光片上输出的电压信号减弱，而参比干涉滤光片上输出的电压信号保持不变，测量干涉滤光片和参比干涉滤光片上输出电压差异经过运算放大器对电压信号进行放大，并且与标准的SF6气体检测仪进行对比、标定后，进而计算SF6气体的浓度。
8.根据权利要求6所述的一种高压开关设备故障在线监测方法，其特征在于：所述霍尔电流传感器对断路器电磁驱动机构线圈电流实时监测，根据其电流波形中含有的信息，判断电磁驱动机构动作时是否存在卡涩、脱扣或断杆故障。
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