CN114487647A - 矿山防爆电器通断能力检测系统与寿命评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山防爆电器通断能力检测系统与寿命评估方法，该系统包括检验系统，所述检验系统包括检验控制器(PLC)，以及与所述检验控制器相连的：同步触发模块和配电系统。所述检验系统还包括：电压互感器组，与矿山防爆电器的相电压线测试断口、线电压测试断口连接；电流互感器组，与矿山防爆电器电流测试端连接；设置于矿山防爆电器灭弧室的紫外传感器；信号处理单元，用于接收所述电流互感器组、所述电压互感器组和所述紫外传感器的检测信息，并上传至工业计算机。本发明通过检验系统的设置提高了检验过程功率因数、燃弧时间等参数测试精度，保证了隔离开关分断与试验电流的同步性，缩短检验周期，节约电力资源。

Description

矿山防爆电器通断能力检测系统与寿命评估方法

技术领域

本发明涉及矿山防爆电器安全测试领域，特别是一种矿山防爆电器通断能力检测系统与寿命评估方法。

背景技术

矿山防爆电器安全已成为影响矿山安全生产的主要因素。矿山防爆电器是指矿山电网中输配电、控制系统中的电气设备的总称，主要包括矿用隔爆型低压馈电开关、矿用隔爆型高压配电装置、矿用隔爆型多回路组合开关、矿用隔爆型低压真空电磁起动器、矿用隔爆型电控箱、矿用一般型开关柜等设备，在矿山供配电系统中起到投入和切除支路电网、接通和分断用电设备、故障监测与保护等功能。通断能力是考核矿山防爆电器安全能力的重要指标，也是矿山防爆电器产品型式试验的重要检验项目。

现有的矿山防爆电器通断能力检测方案存在结构复杂、参数测试偏差大、系统集成化程度低、安全性差等问题。在矿山防爆电器中，由人工驱动的隔离开关分断不能保证试验电流的同步性，导致试验成功率低、可控性差，同时具有安全隐患。现有的功率因数测试方案中，由于存在检验系统电网部分阻抗、大电流磁效应、高电压解除压降等因素影响，导致测试经过精度低、可靠性差。现有的燃弧时间测试需要参照试验电压与电流曲线中重叠时间，但未考虑交流电压和电流零点对测试结果的影响，导致测试结果偏差大、可信度低。现有的矿山防爆电器运行状态检测方案，不能对即将发生故障进行提前报警，一旦发生故障将造成煤矿井下大规模停电，甚至引起机电或瓦斯爆炸等事故。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种矿山防爆电器通断能力检测系统以及矿山防爆电器的寿命评估方法，不仅提高了检验过程功率因数、燃弧时间等参数测试精度，而且能够准确地评估矿山防爆电器的寿命，并在寿命将尽时发出警报，防止由于报警不及时导致重大事故。

本发明公开了一种矿山防爆电器通断能力检测系统，包括检验系统，所述检验系统包括检验控制器(PLC)，以及与所述检验控制器相连的：

同步触发机构，用于控制隔离开关动作，并在所述检验系统建立满载电流后进行隔离开关分断操作；

配电系统，用于与矿山防爆电器输入端连接；

所述检验系统还包括：电压互感器组，与矿山防爆电器的相电压线测试断口、线电压测试断口连接；电流互感器组，与矿山防爆电器电流测试端连接；设置于矿山防爆电器灭弧室的紫外传感器；信号处理单元，用于接收所述电流互感器组、所述电压互感器组和所述紫外传感器的检测信息，并上传至工业计算机。

进一步地，所述同步触发机构包括：依次相连的同步触发模块、驱动控制器和驱动机构，其中，所述驱动机构还与矿山防爆电器的隔离开关主轴机械相连接，所述同步触发模块与所述检验控制器连接；

所述驱动控制器的控制参数设置输入端连有触摸屏。

进一步地，所述同步触发模块，包括：

电阻R1、电阻R2、二极管D1、二极管D2、过零触发器、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、电阻R3、光耦U1、电阻 R4、二极管D7、反相器CD1、接地端子GND1、接地端子GND2、接地端子 GND3、电源VCC；其中，所述电阻R1的一端与所述检验控制器的控制信号输出端相连接，所述电阻R1的另一端分别与所述二极管D1的一端、所述二极管D2的一端、所述过零触发器的正输入端相连接，所述电阻R2的一端与所述接地端子GND1相连接，所述电阻R2的另一端分别与所述二极管D1的另一端、所述二极管D2的另一端、所述过零触发器的负输入端相连接，所述过零触发器的输出端与所述二极管D4的一端、所述二极管D6的一端相连接，所述接地端子GND2与所述二极管D3的一端、所述二极管D5的一端相连接，所述电阻R3的一端与所述二极管D5的另一端、所述二极管D6的另一端相连接，所述电阻R3的另一端与所述光耦U1的输入端一端，所述光耦U1的输入端另一端分别与所述二极管D3的另一端、所述二极管D4的另一端相连接，所述光耦 U1的输出端一端与所述接地端子GND3相连接，所述光耦U1的输出端另一端分别与所述反相器CD1的两个输入端、所述二极管D7的一端相连接，所述二极管D7的另一端与所述电阻R4的一端相连接，所述电阻R4的另一端与所述电源VCC相连接。

进一步地，所述配电系统包括依次连接的高压配电开关、通断检验变压器、低压保护开关、测试负载A；所述检验系统还包括：分别与矿山防爆电器输入端、输出端连接的陪试开关柜A和陪试开关柜B，所述陪试开关柜A的输入端与所述测试负载A相连，所述陪试开关柜B还连有测试负载B，所述测试负载 B连有接地开关。

进一步地，所述紫外传感器包括：

光电倍增模块、直流负压供电模块、日盲紫外滤光模块、放大滤波模块、 AD转换模块，其中，所述光电倍增模块的信号测试端置于所述灭弧室，所述直流负压供电模块的电压输出端与所述光电倍增模块的电源输入端相连接，所述日盲紫外滤光模块置于所述光电倍增模块的信号测试端前端位置，所述光电倍增模块的信号输出端与所述放大滤波模块的信号输入端相连接，所述放大滤波模块的信号输出端与所述AD转换模块的信号输入端相连接，所述AD转换模块的信号输出端与所述信号处理单元的信号输入端相连接。

进一步地，所述放大滤波模块包括：

电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、接地端子GND4、接地端子GND5、电源VCC2、电源VCC3，其中，所述光电倍增模块的信号输出端与所述电容C1的一端相连接，所述电容C1的另一端分别与所述电容C2的一端、所述电阻R5的一端相连接，所述电容C2的另一端与所述放大器的正输入信号接线端子、所述电阻R6的一端相连接，所述电阻R6的另一端与所述接地端子GND4相连接，所述放大器正电源输入端、负电源输入端分别与所述电源VCC2、所述电源VCC3相连接，所述放大器的信号输出端分别与所述电阻R5 的另一端、所述电阻R7的一端、所述AD转换模块的信号输入端相连接，所述电阻R7的另一端与所述接地端子GND5相连接，其中，电源VCC2、电源 VCC3的电源输出为±2.5V。

进一步地，矿山防爆电器通断能力检测系统还包括：工频耐受电压试验系统，所述工频耐受电压试验系统包括：

调压器、试验变压器、限流电阻器、高压电抗器、电压测试单元、单片机、控制信号输入单元、信号转换单元、时钟单元、复位单元、电源单元、编程单元、电压转换器F、配电柜、电压转换器G、接地柜组成，其中，所述调压器的电压输出端与所述试验变压器的一次侧输入端相连接，所述试验变压器的二次侧一端输出端与所述限流电阻器的一端相连接，所述限流电阻器的另一端与高压电抗器的一端相连接，所述高压电抗器的另一端与所述矿山防爆电器的一端相连接，所述矿山防爆电器的另一端、所述试验变压器的二次侧另一端与所述接地柜相连接，所述电压测试单元的测量端与矿山防爆电器的电压测试端相连接，所述电压测试单元的电压信号输出端经过所述信号转换单元与所述单片机的电压信号输入端相连接，所述控制信号输入单元的信号输出端与所述单片机的控制信号输入端相连接，所述配电柜的电压输出端与所述调压器的电压输入端相连接，所述配电柜控制端经过所述电压转换器F与所述单片机的控制信号输出端相连接，所述单片机的电压调节信号输入端经过所述电压转换器G与所述调压器的控制端相连接。

本发明还公开了一种矿山防爆电器寿命评估方法，包括：

获取矿山防爆电器的触头允许磨损总量特征值；

基于矿山防爆电器的实际分断次数和实际分段电流值确定矿山防爆电器的累计磨损量特征值；

将所述累计磨损量特征值与所述触头允许磨损总量特征值进行比较，在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的预设的占比阈值的情况下发出警报。

进一步地，所述获取矿山防爆电器的触头允许磨损总量特征值，包括：通过以下表达式确定所述触头允许磨损总量特征值：

其中，I_a、I_b、I_c为三相分断电流的有效值，N为分断电流有效值的允许分断次数，A表示为分断电流的加权指数，Q_z为触头允许磨损总量特征值；

所述基于矿山防爆电器的实际分断次数和实际分段电流值确定矿山防爆电器的累计磨损量特征值，包括：通过以下表达式确定所述累计磨损量特征值：

其中，n为矿山防爆电器可分断总次数，i为矿山防爆电器当前分断次数，在矿山防爆电器正常分断时，I_ai、I_bi、I_ci分别为实际三相分段电流值；在矿山防爆电器故障分断时，I_ai、I_bi、I_ci均取故障电流值。

进一步地，所述在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的预设的占比阈值的情况下发出警报，包括：

在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的第一占比阈值时，发出寿命预警信息；

在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的第二占比阈值时，发出寿命报警信息。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过检验系统的设置提高了检验过程功率因数、燃弧时间等参数测试精度，保证了隔离开关分断与试验电流的同步性，缩短检验周期，节约电力资源。此外，本发明还能够基于检验系统检测的参数准确地评估矿山防爆电器的寿命，并在寿命将尽时发出警报，防止由于报警不及时导致重大事故。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例公开的矿山防爆电器通断能力检测系统的检验系统原理图。

图2是本发明优选实施例公开的矿山防爆电器通断能力检测系统的功率因数测试原理图。

图3是本发明优选实施例公开的矿山防爆电器通断能力检测系统的开关同步触发模块电路图。

图4是本发明优选实施例公开的矿山防爆电器通断能力检测系统的紫外传感器的结构原理图。

图5是本发明优选实施例公开的矿山防爆电器通断能力检测系统的放大滤波模块的电路图。

图6是本发明优选实施例公开的矿山防爆电器通断能力检测系统的工频耐受电压试验系统原理图。

图7是本发明优选实施例公开的矿山防爆电器通断能力检测系统的工频耐受电压试验电压产生电路原理图。

图8是本发明优选实施例公开的矿山防爆电器寿命曲线图。

图9是本发明优选实施例公开的矿山防爆电器寿命评估流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明公开了一种矿山防爆电器通断能力检测系统，包括检验系统，所述检验系统包括检验控制器，以及与所述检验控制器相连的：同步触发机构和配电系统。同步触发机构，用于控制隔离开关动作，并在所述检验系统建立满载电流后进行隔离开关分断操作；配电系统，用于与矿山防爆电器输入端连接。

所述检验系统还包括：电压互感器组，与矿山防爆电器的相电压线测试断口、线电压测试断口连接；电流互感器组，与矿山防爆电器电流测试端连接；设置于矿山防爆电器灭弧室的紫外传感器；信号处理单元，用于接收所述电流互感器组、所述电压互感器组和所述紫外传感器的检测信息，并上传至工业计算机。

如图1所示的实施例，所述的检验系统整体上包括：高压配电开关1、通断检验变压器2、低压保护开关3、测试负载A4、矿山防爆电器6、测试负载 B8、陪试开关柜A5、陪试开关柜B7、接地开关9、PLC24、通讯接口A13、电压互感器组26、电流互感器组27、紫外传感器28、信号处理单元25、通讯接口B22、触摸屏A13、驱动机构21、驱动控制器20、触摸屏B23、通讯接口 C31、通讯接口D30、工业计算机A32、打印机33、调压电源18、控制面板16、调压驱动机构17、电压转换器A10、电压转换器B11、电压转换器C19、电压转换器D12、电压转换器E29、同步触发模块34组成，其中高压配电开关1的输出端与通断检验变压器2的输入端相连接，通断检验变压器2的输出端与低压保护开关3的输入端相连接，低压保护开关3的输出端与测试负载A4的输入端相连接，测试负载A4的输出端与陪试开关柜A5的输入端相连接，陪试开关柜A5的输出端与矿山防爆电器6的输入端相连接，矿山防爆电器6的输出端与陪试开关柜B7的输入端相连接，陪试开关柜B7的输出端与测试负载B8 的输入端相连接，测试负载B8的输出端与接地开关9的输入端相连接，高压配电开关1、低压保护开关3、矿山防爆电器6、陪试开关柜A5、陪试开关柜 B7的远程控制信号输入端经过电压转换器A10、电压转换器B11、电压转换器 C19、电压转换器D12、电压转换器E29与PLC24的控制信号输出端相连接，触摸屏A13的通讯信号端经过通讯接口A14与PLC24的通讯信号相连接，矿山防爆电器6控制电源输入端与调压电源18的电压输出端相连接，调压电源 18的电压控制端通过调压驱动机构17与PLC24的调压控制信号输出端相连接，驱动机构21的输出端与矿山防爆电器6的隔离开关主轴机械相连接，驱动机构 21的控制信号输入端与驱动控制器20的信号输出端相连接，驱动控制器20的动作信号输入端经过同步触发模块34与PLC 24的控制信号输出端相连接，驱动控制器20的控制参数设置输入端经过通讯端口B22与触摸屏B23的相连接，电压互感器组26的测量端与矿山防爆电器6相电压、线电压测试断口相连接，电流互感器组27的测量端与矿山防爆电器6电流测试端相连接，紫外传感器 28的测试端与矿山防爆电器6的隔离开关灭弧室相连接，电压互感器组26、电流互感器组27、紫外传感器28的信号输出端与信号处理单元25的信号输入端相连接，信号处理单元25的信号输出端经过通讯接口C31与工业计算机A32 相连接，PLC24的通讯端口经过通讯接口D30与工业计算机A32相连接，工业计算机A32的打印信号输出端与打印机33的信号输入端相连接,控制面板16 的信号输出端与PLC24的信号输入端相连接，电源单元15的电压输出端与 PLC24的电源输入端相连接。

通过上述的检测系统能够准确检测功率因数，所述的功率因数是接通与分断能力试验中重要的试验参数。矿山防爆电器通断能力检验测试得到矿山防爆电器6电流曲线，根据电流曲线计算得到电路的功率因数，如图2所示。矿山防爆电器6接通与分断能力试验功率因数较高(＞0.3)时采用相角差法，通过电压与电流关系相角计算试验电路功率因数。矿山防爆电器6接通与分断能力试验功率因数较低(≤0.3)时，预期电流衰减比较明显，采用回路电流直流分量法进行全电路时间常数计算，然后得到全电路功率因数，试验电流中直流分量按照指数规律衰减，公式为：

式中，i为直流电流，i_z为直流电流的初始值，T为全电路的时间常数。

在直流电流曲线中取时间t_a和t_b两点，对应的直流电流为i_a和i_b，则：

基于上述两式计算得到时间常数为：

则，功率因数为：

矿山防爆电器中含有隔离开关等手动操作设备时，矿山防爆电器通断能力检测系统工作时需要外部驱动机构带动隔离开关转轴运动完成分断试验。隔离开关分断试验动作顺序为：高压配电开关合闸-低压保护开关合闸-隔离开关合闸-陪试开关柜A合闸-陪试开关柜B7合闸-隔离开关分闸-陪试开关柜A分闸- 陪试开关柜B分闸-低压保护开关分闸-高压配电开关分闸。需要PLC控制试验线路不同设备合闸、分闸顺序，陪试开关柜B合闸时间Td(通常为80ms)后 PLC发送分闸指令给驱动机构控制器控制隔离开关分闸操作。

在本发明的一些实施例中，所述同步触发机构包括：依次相连的同步触发模块、驱动控制器和驱动机构，其中，所述驱动机构还与矿山防爆电器的隔离开关主轴机械相连接，所述同步触发模块与所述检验控制器连接。所述驱动控制器的控制参数设置输入端连有触摸屏。

优选的，所述同步触发模块具体用于控制隔离开关动作时间，保证在试验系统建立满载电流后隔离开关分断操作，如图3所示，其包括：电阻R1、电阻 R2、二极管D1、二极管D2、过零触发器LM393、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、电阻R3、光耦U1、电阻R4、二极管D7、反相器CD1、接地端子GND1、接地端子GND2、接地端子GND3、电源VCC。其中，电阻R1的一端与PLC 24的控制信号输出端相连接，电阻R1 的另一端分别与二极管D1的一端、二极管D2的一端、过零触发器LM393的正输入端相连接，电阻R2的一端与接地端子GND1相连接，电阻R2的另一端分别与二极管D1的另一端、二极管D2的另一端、过零触发器LM393的负输入端相连接，过零触发器LM393的输出端与二极管D4的一端、二极管D6的一端相连接，接地端子GND2与二极管D3的一端、二极管D5的一端相连接，电阻R3的一端与二极管D5的另一端、二极管D6的另一端相连接，电阻R3 的另一端与光耦U1的输入端一端，光耦U1的输入端另一端分别与二极管D3 的另一端、二极管D4的另一端相连接，光耦U1的输出端一端与接地端子GND3 相连接，光耦U1的输出端另一端分别与反相器CD1的两个输入端、二极管 D7的一端相连接，二极管D7的另一端与电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端与电源VCC相连接。

在本发明的一些实施例中，紫外传感器是检测燃弧时间的重要结构，燃弧时间检测根据气体放电辐射紫外线的原理，利用紫外传感器检测到紫外辐射的脉冲信号。如图4所示，紫外传感器28由光电倍增模块51、直流负压供电模块52、日盲紫外滤光模块53、放大滤波模块54、AD转换模块55组成，光电倍增模块51的信号测试端置于矿山防爆电器6中隔离开关的紫外光测试部位 (灭弧室)，直流负压供电模块52的电压输出端与光电倍增模块51的电源输入端相连接，日盲紫外滤光模块53置于光电倍增模块51的信号测试端前边，光电倍增模块51的信号输出端与放大滤波模块54的信号输入端相连接，放大滤波模块54的信号输出端与AD转换模块55的信号输入端相连接，AD转换模块55的信号输出端与信号处理单元25的信号输入端相连接。通过周期积分法(T为周期积分法的一个计算周期)收集紫外辐射光的总和，然后计算得到平均功率，通过平均功率与设定阈值(根据传感器测试点到燃弧点距离和分断试验电压确定阈值)之间比较(平均功率大于设定阈值时间为燃弧时间)计算得到燃弧时间。

上述的光电倍增模块输出为高频信号，燃弧时间计算时需要将低频信号滤除，普通放大滤波电路难以实现，本发明还公开了一种适配于上述系统的专用放大滤波模块，如图5所示，放大滤波模块54由电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、接地端子GND4、接地端子GND5、电源VCC2、电源VCC3 组成，光电倍增模块51的信号输出端与电容C1的一端相连接，电容C1的另一端分别与电容C2的一端、电阻R5的一端相连接，电容C2的另一端与放大器OPA4350的正输入信号接线端子(1)、电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端与接地端子GND4相连接，放大器OPA4350正电源输入端(3)、负电源输入端(4)分别与电源VCC2、电源VCC3相连接，放大器OPA4350的信号输出端(5)分别与电阻R5的另一端、电阻R7的一端、AD转换模块55的信号输入端相连接，电阻R7的另一端与接地端子GND5相连接。其中，电源 VCC2、电源VCC3的电源输出为±2.5V。

在本发明的一些实施例中，矿山防爆电器通断能力检验后需要进行工频耐压验证，考察通断试验后矿山防爆电器的绝缘水平，工频耐受电压试验采用串联电抗谐振法，用小容量变压器可以得到工频耐受电压试验所需的高压，串联电抗谐振法工频耐受电压试验过程矿山防爆电器两端电压方法为：

式中，U_S为矿山防爆电器6两端电压，U试验变压器输出电压，X_S为矿山防爆电器6阻抗，R为限流电阻器37阻抗，X_L为高压电抗器38阻抗。

因此本发明公开的矿山防爆电器通断能力检测系统还包括：工频耐受电压试验系统，如图6所示，其具体包括：

调压器35、试验变压器36、限流电阻器37、高压电抗器38、电压测试单元39、PIC40、控制信号输入单元41、信号转换单元42、时钟单元43、复位单元44、电源单元45、编程单元46、电压转换器F47、配电柜48、电压转换器 G49、接地柜50，其中，调压器35的电压输出端与试验变压器36的一次侧输入端相连接，试验变压器36的二次侧一端输出端与限流电阻器37的一端相连接，限流电阻器37的另一端与高压电抗器38的一端相连接，高压电抗器38 的另一端与矿山防爆电器6的一端相连接，矿山防爆电器6的另一端、试验变压器36的二次侧另一端与接地柜50相连接，电压测试单元39的测量端与矿山防爆电器6的电压测试端相连接，电压测试单元39的电压信号输出端经过信号转换单元42与PIC40的电压信号输入端相连接，控制信号输入单元41的信号输出端与PIC40的控制信号输入端相连接，配电柜48的电压输出端与调压器 35的电压输入端相连接，配电柜48控制端经过电压转换器F47与PIC40的控制信号输出端相连接，PIC(单片机)40的电压调节信号输入端经过电压转换器G49与调压器35的控制端相连接。

如图7所示，工频耐受电压试验系统中电压测试单元39由两个极板组成，一个极板固定，另一个极板可自由移动并由可移动弹簧连接，当在极板上施加电压U₁时，电场力所做的功使电场能量发生变化，即：

式中，F为电场力，U₁为极板两端电压，ε₀为真空介电常数，ε_r为相对介电常数，A为基板面积，dL为极板移动的距离。

根据上述公式得到基本两端电压为：

电压测试单元39内部含有电场力和距离测试部件，将电场力和距离数据经过信号转换单元42反馈给PLC40，PLC40计算得到工频耐受电压试验电压数据。电压测试单元39的内阻很大，电容很小，适用于交流工频耐压试验电压测试场合。

本发明还公开了一种矿山防爆电器寿命评估方法，包括：

S1：获取矿山防爆电器的触头允许磨损总量特征值；

S2：基于矿山防爆电器的实际分断次数和实际分段电流值确定矿山防爆电器的累计磨损量特征值；

S3：将所述累计磨损量特征值与所述触头允许磨损总量特征值进行比较，在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的预设的占比阈值的情况下发出警报。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S1具体包括：通过以下表达式确定所述触头允许磨损总量特征值：

其中，I_a、I_b、I_c为三相分断电流的有效值，N为分断电流有效值的允许分断次数，A表示为分断电流的加权指数，Q_z为触头允许磨损总量特征值，如图8所示。

所述步骤S2具体包括：通过以下表达式确定所述累计磨损量特征值：

其中，n为矿山防爆电器可分断总次数，i为矿山防爆电器当前分断次数，在矿山防爆电器正常分断时，I_ai、I_bi、I_ci分别为实际三相分段电流值；在矿山防爆电器故障分断时，I_ai、I_bi、I_ci均取故障电流值。

所述步骤S3，包括：

在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的第一占比阈值时，发出寿命预警信息；在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的第二占比阈值时，发出寿命报警信息。优选的，通过比较Q和Q_z值判断矿山防爆电器触头磨损情况。当触头磨损达到允许值的75％时，进行寿命预警，当触头磨损值达到允许值的85％时进行寿命报警。

优选的，如图9所示的矿山防爆电器寿命评估方法，包括：

系统初始化后，采集电流数据、判断分段类型，然后计算电流数据平均值，进而可以计算得到累计磨损特征量，然后判断累计磨损特征量与预先设置好的允许磨损总量特征值相比，是否达到其数值的75％，若达到则发出预警，若不仅达到75％，而且达到了85％则发出报警。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矿山防爆电器通断能力检测系统，其特征在于，包括检验系统，所述检验系统包括检验控制器，以及与所述检验控制器相连的：

同步触发机构，用于控制隔离开关动作，并在所述检验系统建立满载电流后进行隔离开关分断操作；

配电系统，用于与矿山防爆电器输入端连接；

所述检验系统还包括：电压互感器组，与矿山防爆电器的相电压线测试断口、线电压测试断口连接；电流互感器组，与矿山防爆电器电流测试端连接；设置于矿山防爆电器灭弧室的紫外传感器；信号处理单元，用于接收所述电流互感器组、所述电压互感器组和所述紫外传感器的检测信息，并上传至工业计算机。

2.根据权利要求1所述的矿山防爆电器通断能力检测系统，其特征在于，所述同步触发机构包括：依次相连的同步触发模块、驱动控制器和驱动机构，其中，所述驱动机构还与矿山防爆电器的隔离开关主轴机械相连接，所述同步触发模块与所述检验控制器连接；

所述驱动控制器的控制参数设置输入端连有触摸屏。

3.根据权利要求2所述的矿山防爆电器通断能力检测系统，其特征在于，所述同步触发模块，包括：

电阻R1、电阻R2、二极管D1、二极管D2、过零触发器、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、电阻R3、光耦U1、电阻R4、二极管D7、反相器CD1、接地端子GND1、接地端子GND2、接地端子GND3、电源VCC；其中，所述电阻R1的一端与所述检验控制器的控制信号输出端相连接，所述电阻R1的另一端分别与所述二极管D1的一端、所述二极管D2的一端、所述过零触发器的正输入端相连接，所述电阻R2的一端与所述接地端子GND1相连接，所述电阻R2的另一端分别与所述二极管D1的另一端、所述二极管D2的另一端、所述过零触发器的负输入端相连接，所述过零触发器的输出端与所述二极管D4的一端、所述二极管D6的一端相连接，所述接地端子GND2与所述二极管D3的一端、所述二极管D5的一端相连接，所述电阻R3的一端与所述二极管D5的另一端、所述二极管D6的另一端相连接，所述电阻R3的另一端与所述光耦U1的输入端一端，所述光耦U1的输入端另一端分别与所述二极管D3的另一端、所述二极管D4的另一端相连接，所述光耦U1的输出端一端与所述接地端子GND3相连接，所述光耦U1的输出端另一端分别与所述反相器CD1的两个输入端、所述二极管D7的一端相连接，所述二极管D7的另一端与所述电阻R4的一端相连接，所述电阻R4的另一端与所述电源VCC相连接。

4.根据权利要求1所述的矿山防爆电器通断能力检测系统，其特征在于，所述配电系统包括依次连接的高压配电开关、通断检验变压器、低压保护开关、测试负载A；所述检验系统还包括：分别与矿山防爆电器输入端、输出端连接的陪试开关柜A和陪试开关柜B，所述陪试开关柜A的输入端与所述测试负载A相连，所述陪试开关柜B还连有测试负载B，所述测试负载B连有接地开关。

5.根据权利要求1所述的矿山防爆电器通断能力检测系统，其特征在于，所述紫外传感器包括：

光电倍增模块、直流负压供电模块、日盲紫外滤光模块、放大滤波模块、AD转换模块，其中，所述光电倍增模块的信号测试端置于所述灭弧室，所述直流负压供电模块的电压输出端与所述光电倍增模块的电源输入端相连接，所述日盲紫外滤光模块置于所述光电倍增模块的信号测试端前端位置，所述光电倍增模块的信号输出端与所述放大滤波模块的信号输入端相连接，所述放大滤波模块的信号输出端与所述AD转换模块的信号输入端相连接，所述AD转换模块的信号输出端与所述信号处理单元的信号输入端相连接。

6.根据权利要求5所述的矿山防爆电器通断能力检测系统，其特征在于，所述放大滤波模块包括：

电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、接地端子GND4、接地端子GND5、电源VCC2、电源VCC3，其中，所述光电倍增模块的信号输出端与所述电容C1的一端相连接，所述电容C1的另一端分别与所述电容C2的一端、所述电阻R5的一端相连接，所述电容C2的另一端与所述放大器的正输入信号接线端子、所述电阻R6的一端相连接，所述电阻R6的另一端与所述接地端子GND4相连接，所述放大器正电源输入端、负电源输入端分别与所述电源VCC2、所述电源VCC3相连接，所述放大器的信号输出端分别与所述电阻R5的另一端、所述电阻R7的一端、所述AD转换模块的信号输入端相连接，所述电阻R7的另一端与所述接地端子GND5相连接，其中，电源VCC2、电源VCC3的电源输出为±2.5V。

7.根据权利要求1所述的矿山防爆电器通断能力检测系统，其特征在于，矿山防爆电器通断能力检测系统还包括：工频耐受电压试验系统，所述工频耐受电压试验系统包括：

调压器、试验变压器、限流电阻器、高压电抗器、电压测试单元、单片机、控制信号输入单元、信号转换单元、时钟单元、复位单元、电源单元、编程单元、电压转换器F、配电柜、电压转换器G、接地柜组成，其中，所述调压器的电压输出端与所述试验变压器的一次侧输入端相连接，所述试验变压器的二次侧一端输出端与所述限流电阻器的一端相连接，所述限流电阻器的另一端与高压电抗器的一端相连接，所述高压电抗器的另一端与所述矿山防爆电器的一端相连接，所述矿山防爆电器的另一端、所述试验变压器的二次侧另一端与所述接地柜相连接，所述电压测试单元的测量端与矿山防爆电器的电压测试端相连接，所述电压测试单元的电压信号输出端经过所述信号转换单元与所述单片机的电压信号输入端相连接，所述控制信号输入单元的信号输出端与所述单片机的控制信号输入端相连接，所述配电柜的电压输出端与所述调压器的电压输入端相连接，所述配电柜控制端经过所述电压转换器F与所述单片机的控制信号输出端相连接，所述单片机的电压调节信号输入端经过所述电压转换器G与所述调压器的控制端相连接。

8.一种矿山防爆电器寿命评估方法，其特征在于，包括：

获取矿山防爆电器的触头允许磨损总量特征值；

基于矿山防爆电器的实际分断次数和实际分段电流值确定矿山防爆电器的累计磨损量特征值；

将所述累计磨损量特征值与所述触头允许磨损总量特征值进行比较，在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的预设的占比阈值的情况下发出警报。

9.根据权利要求8所述的矿山防爆电器寿命评估方法，其特征在于，所述获取矿山防爆电器的触头允许磨损总量特征值，包括：通过以下表达式确定所述触头允许磨损总量特征值：

其中，I_a、I_b、I_c为三相分断电流的有效值，N为分断电流有效值的允许分断次数，A表示为分断电流的加权指数，Q_z为触头允许磨损总量特征值；

所述基于矿山防爆电器的实际分断次数和实际分段电流值确定矿山防爆电器的累计磨损量特征值，包括：通过以下表达式确定所述累计磨损量特征值：

其中，n为矿山防爆电器可分断总次数，i为矿山防爆电器当前分断次数，在矿山防爆电器正常分断时，I_ai、I_bi、I_ci分别为实际三相分段电流值；在矿山防爆电器故障分断时，I_ai、I_bi、I_ci均取故障电流值。

10.根据权利要求8所述的矿山防爆电器寿命评估方法，其特征在于，所述在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的预设的占比阈值的情况下发出警报，包括：

在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的第一占比阈值时，发出寿命预警信息；

在所述累计磨损量特征值达到所述触头允许磨损总量特征值的第二占比阈值时，发出寿命报警信息。

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