CN115061038A - 一种断路器分合闸线圈状态评估系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器分合闸线圈状态评估系统及方法，所述系统，包括：调温箱，用于放置断路器分合闸线圈，并提供可变的温湿度环境；安装于调温箱上的至少四种参数传感器；分别与所述至少四种参数传感器相连的数据处理装置，用于接收所述参数传感器在不同温湿度环境下的参数数据并得出对应的特征量，并对所述分合闸线圈进行状态评估。本发明提供的技术方案，通过至少四种参数传感器获取参数，并根据至少四种参数对应的特征量，对断路器分合闸线圈进行状态评估，因此，本发明提供的技术方案，参数获取手段较多，监测到的参数多样，能够支撑断路器分合闸线圈状态的评估。

Description

一种断路器分合闸线圈状态评估系统及方法

技术领域

本发明涉及断路器状态监测技术领域，具体涉及一种断路器分合闸线圈状态评估系统及方法。

背景技术

目前电网系统扩展迅速，供电安全和稳定性也逐渐引起人们的重视，因此有必要保障电网中运行设备的正常运行，断路器作为电网中重要的组成部分，它成为保障电网能够安全稳定运作的根本。

在目前的断路器中，分合闸线圈为电动合闸部分的核心部件，而由于断路器设计、制造、材料质量和运行等诸多方面的原因，分合闸线圈也是故障多发部件，在环境因素的作用下，分合闸线圈性能会逐渐劣化，严重影响了电网的安全稳定运行。

现有的对分合闸线圈状态的监测系统，参数获取手段不足，监测到的参数过于单一，没有考虑同一故障对多个参数的影响，无法支撑断路器分合闸线圈状态的评估。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种断路器分合闸线圈状态评估系统及方法，以解决现有技术中参数获取手段不足，监测到的参数过于单一，没有考虑同一故障对多个参数的影响，无法支撑断路器分合闸线圈状态的评估的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种断路器分合闸线圈状态评估系统，包括：

调温箱，用于放置断路器分合闸线圈，并提供温湿度环境；

安装于调温箱上的至少四种参数传感器；

分别与所述至少四种参数传感器相连的数据处理装置，用于接收所述参数传感器在所述温湿度环境下的参数数据并得出对应的特征量，并对所述分合闸线圈进行状态评估。

优选的，所述参数传感器，包括：

安装于所述调温箱内部的温度传感器、湿度传感器和电流传感器；

安装于所述调温箱外部的振动传感器，所述振动传感器的检测端置于所述调温箱内部。

优选的，所述温度传感器、湿度传感器安装于放置断路器分合闸线圈位置的正上方，以使所述分合闸线圈放置于所述调温箱内部时，所述温度传感器、湿度传感器能够紧贴所述分合闸线圈。

优选的，所述电流传感器为环形的电流磁平衡式霍尔电流传感器，嵌套在所述分合闸线圈的电流流入线上。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种断路器分合闸线圈状态评估方法，应用于数据处理装置，包括：

分别通过安装于调温箱上的至少四种参数传感器获取温湿度环境下的参数数据，所述调温箱用于放置断路器分合闸线圈，并提供温湿度环境；

得出所述参数数据对应的特征量；

根据所述特征量，对所述分合闸线圈进行状态评估。

优选的，所述得出所述参数数据对应的特征量，包括：

根据温度传感器的参数数据，得出温度特征量；

根据湿度传感器的参数数据，得出湿度特征量；

根据振动传感器的参数数据，得出高频特征量和低频特征量；

根据电流传感器的参数数据，得出电流特征量和时间特征量。

优选的，所述根据振动传感器的参数数据，得出高频特征量和低频特征量，包括：

获取所述振动传感器采集的振动信号；

利用小波包分解将振动信号分解为不同而连续的频段；

将所述频段进行重构，得出高频特征量和低频特征量。

优选的，所述的方法，还包括：

根据所述振动信号，判断所述分合闸线圈的故障类型，所述故障类型为正常状况、分合闸线圈老化、分合闸空程变化、分合闸线圈卡涩中的一种。

优选的，所述根据所述振动信号，判断所述分合闸线圈的故障类型，还包括：

将所述振动信号进行三层小波包分解，得到八个频段节点；

计算得出每个节点重构信号相对的小波能量；

提取出第四节点、第五节点、第六节点和第七节点的重构信号的相对小波能量构成的特征向量；

根据所述特征向量，判断所述分合闸线圈的故障类型。

优选的，所述根据所述特征向量，判断所述分合闸线圈的故障类型，包括：

将所述特征向量与预存的故障类型的特征向量做对比，根据对比结果判断所述分合闸线圈的故障类型。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

可以理解的是，本发明提供的技术方案，通过至少四种参数传感器获取参数，并根据至少四种参数对应的特征量，对断路器分合闸线圈进行状态评估，因此，本发明提供的技术方案，参数获取手段较多，监测到的参数多样，能够支撑断路器分合闸线圈状态的评估。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种断路器分合闸线圈状态评估系统的示意框图；

图2是根据一示例性实施例示出的应用一种断路器分合闸线圈状态评估系统的示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种断路器分合闸线圈状态评估方法的步骤示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例一

图1是根据一示例性实施例示出的一种断路器分合闸线圈状态评估系统的示意框图，参见图1，一种断路器分合闸线圈状态评估系统，包括：

调温箱4，用于放置断路器分合闸线圈6，并提供温湿度环境；

安装于调温箱4上的至少四种参数传感器(1、2、5、7)

分别与所述至少四种参数传感器相连的数据处理装置9，用于接收所述参数传感器在所述温湿度环境下的参数数据并得出对应的特征量，并对所述分合闸线圈6进行状态评估。

在具体实践中，工作人员在使用该系统对断路器分合闸线圈6的状态进行评估时，首先将分合闸线圈6放置于调温箱4内部，设定好温度与湿度后，该系统通过四种参数传感器采集相应的参数数据，为分合闸线圈6的状态评估提供参数数据；之后，数据处理装置9接收到所述参数传感器在所述温湿度环境下的参数数据，并且得出对应的特征量的值，将特征量与预设的状态指标进行比较，便可对所述分合闸线圈6进行状态评估。例如，某项特征量的状态指标为20至30区间内为正常，则对该分合闸线圈6的该项特征量进行比对，判断其是否在区间内部。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过至少四种参数传感器获取参数，并根据至少四种参数对应的特征量，对断路器分合闸线圈进行状态评估，因此，本实施例提供的技术方案，参数获取手段较多，监测到的参数多样，能够支撑断路器分合闸线圈状态的评估。

参见图2，需要说明的是，所述参数传感器，包括：

安装于所述调温箱内部的温度传感器1、湿度传感器2和电流传感器7；

安装于所述调温箱外部的振动传感器5，所述振动传感器5的检测端置于所述调温箱内部。

在具体实践中，温度、湿度、电流及振动均能够体现出断路器分合闸线圈的状态，因此，选用的参数传感器应至少包括温度传感器、湿度传感器、电流传感器、振动传感器。

优选的，所述断路器分合闸线圈状态评估系统，还包括供电装置8，与所述调温箱4相连，用于为调温箱4提供电源；所述调温箱4上还设有调控控制面板3，用于使得工作人员能够调控调温箱4内部的温度与湿度；所述数据处理装置9，还至少包括一个数据处理器与PC端，所述数据处理器用于接收到所述参数传感器在所述温湿度环境下的参数数据，并将参数数据传递至PC端，所述PC端，用于根据所述参数数据，得出对应的特征量，并对所述分合闸线圈6进行状态评估。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，参数获取手段较多，所采集到的参数至少包括温度数据、湿度数据、电流数据以及振动数据，能够为断路器分合闸线圈状态的评估提供至少四种数据作为支撑。

需要说明的是，所述的系统，还包括：

所述温度传感器1、湿度传感器2安装于放置断路器分合闸线圈6位置的正上方，以使所述分合闸线圈6放置于所述调温箱4内部时，所述温度传感器1、湿度传感器2能够紧贴所述分合闸线圈6。

在具体实践中，需要进行状态评估的分合闸线圈6放置与调温箱4内部的指定区域，而温度传感器1和湿度传感器2设置在指定区域的上方部位，温度传感器1和湿度传感器2均可直接测量分合闸线圈6附近的温度信息以及湿度信息。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，能够使得温度传感器1以及湿度传感器2检测到的温度参数数据以及湿度参数数据更加接近分合闸线圈6的表面温度及湿度，使得最终的评估结果更加精确。

需要说明的是，所述的系统，还包括：

所述电流传感器7为环形的电流磁平衡式霍尔电流传感器，嵌套在所述分合闸线圈6的电流流入线上。

在具体实践中，电流传感器用于检测分合闸线圈的电气监测参量，采用电流磁平衡式霍尔电流传感器，能狗使得测量出的参数数据更加精确，且电流磁平衡式霍尔电流传感器的线性度动态特性好，体积小重量轻，其整体呈圆环形，在使用的过程中，仅需要把测量的线路从圆环中间穿过即可，在本实施例中，将分合闸线圈6的电流流入线从所述电流磁平衡式霍尔电流传感器的圆环中穿过，即可测量电流参数数据，并且，使用该种类型的电流传感器，不会对分合闸线圈的工作状态造成影响。并且，能够获取到的参数数据，包括分合闸线圈自身的阻抗信息、电磁铁动作的时间信息及其相关的辅助部件和锁扣的状况，其中电磁铁动作时刻，电磁铁动作过程时长、回路带电时长等信息可以很好的反映断路器分合闸线圈回路的状态。

实施例二

图3是根据一示例性实施例示出的一种断路器分合闸线圈状态评估方法的步骤示意图，参见图3，一种断路器分合闸线圈状态评估方法，应用于数据处理装置，包括：

步骤S11、分别通过安装于调温箱上的至少四种参数传感器获取温湿度环境下的参数数据，所述调温箱用于放置断路器分合闸线圈，并提供温湿度环境；

步骤S12、得出所述参数数据对应的特征量；

步骤S13、根据所述特征量，对所述分合闸线圈进行状态评估。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，数据处理装置通过接收至少四种参数传感器获取的参数数据，并得出至少四种参数对应的特征量，能够对断路器分合闸线圈进行状态评估，因此，本实施例提供的技术方案，参数获取手段较多，监测到的参数多样，能够支撑断路器分合闸线圈状态的评估。

需要说明的是，所述得出所述参数数据对应的特征量，包括：

根据温度传感器的参数数据，得出温度特征量；

根据湿度传感器的参数数据，得出湿度特征量；

根据振动传感器的参数数据，得出高频特征量和低频特征量；

根据电流传感器的参数数据，得出电流特征量和时间特征量。

在具体实践中，通过温度传感器的温度参数数据，能够得出温度特征量并显示，通过湿度传感器的湿度参数数据，能够得出湿度特征量并显示，通过电流传感器的电流参数数据，能够得出电流特征量和时间特征量并显示，通过振动传感器的振动参数数据，能够得出高频特征量和低频特征量并显示。需要说明的是，温度特征量代表温度数据，与温度参数数据代表的温度数据相同，湿度特征量代表湿度数据，与湿度参数数据代表的湿度数据相同；通过电流参数数据，能够得出分合闸线圈的电流特征量以及时间特征量，所述时间特征量，为电磁铁动作时间；振动传感器的振动参数数据，为一定长度的振动信号，通过对振动信号进行提取，能够提取出高频特征量以及低频特征量。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，能够从参数传感器监测到的参数数据中，得出相应的特征量，在根据特征量进行评估，能够使得评估结果更加精确。

需要说明的是，所述根据振动传感器的参数数据，得出高频特征量和低频特征量，包括：

获取所述振动传感器采集的振动信号；

利用小波包分解将振动信号分解为不同而连续的频段；

将所述频段进行重构，得出高频特征量和低频特征量。

在具体实践中，由于断路器各部分动作时产生的振动信号，既有高频部分，也有低频部分，通常铁芯运动以及触头运动过程的振动为低频部分，而铁芯撞击锁扣和触头撞击过程产生的振动为高频部分，而且高频部分和低频部分幅度相差非常大。高频部分振动信号的幅度在某一时刻能够超过数百甚至数千个重力加速度，当然，具体监测到的振动信号的特征也会与传感器的安装方法以及安装位置有较大的关系。

可以理解的是，通过对振动信号进行小波包分解，再对分解得到的频段进行重构，便可得出高频特征量与低频特征量，并且用高频特征量与低频特征量进行评估，能够使得最终的评估结果更加精确。

需要说明的是，所述的方法，还包括：

根据所述振动信号，判断所述分合闸线圈的故障类型，所述故障类型为正常状况、分合闸线圈老化、分合闸空程变化、分合闸线圈卡涩中的一种。

在具体实践中，参见图3，还能够利用振动信号，对分合闸线圈的故障类型进行判断，例如，分合闸线圈老化、电磁铁空程不足、分合闸线圈卡涩等都会影响电磁铁的撞击力度，并且铁芯撞击锁扣阶段的相对能量可以在一定程度反映分合闸线圈回路的状态，因此，可以利用振动信号，判断出所述分合闸线圈的故障类型。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，能够在对断路器分合闸线圈的状态进行评估的同时，根据振动传感器监测到的振动信号，判断出断路器分合闸线圈的故障类型。

需要说明的是，所述根据所述振动信号，判断所述分合闸线圈的故障类型，还包括：

将所述振动信号进行三层小波包分解，得到八个频段节点；

计算得出每个节点重构信号相对的小波能量；

提取出第四节点、第五节点、第六节点和第七节点的重构信号的相对小波能量构成的特征向量；

根据所述特征向量，判断所述分合闸线圈的故障类型。

在具体时间中，由于铁芯撞击锁扣阶段的振动主要为高频信号，所以可以提取出振动信号中的高频部分相对能量来反映线圈状态。假设振动信号的序列长度是L，利用小波变换对该序列进行A层级的分解，可以将振动信号分解到不同而连续的频段上，振动信号的能量也同样分散到各个高低不同的频段上，但是，分解后各节点振动信号所包含的能量之和不会发生改变，任何一个节点的重构信号代表了振动信号在该节点频域范围内的所有特征信息。比如(a,b)代表小波包变换后层级为a编号为b的节点，Q_ab代表层级为a编号为b的节点的能量，Y_ab代表层级为a编号为b的节点的重构序列，那么序列Y_ab所包含的能量Q_ab有如下定义：

第a层的总能量Q_a可表示为：

而通过将振动信号进行三层的小波包分解，总共得到8个频段节点，提取出频段4、5、6、7四个节点的重构信号Y₃₄，Y₃₅，Y₃₆，Y₃₇的相对小波能量构成的特征向量，为：

在得到特征向量后，便能够判断所述分合闸线圈的故障类型。

需要说明的是，所述根据所述特征向量，判断所述分合闸线圈的故障类型，包括：

将所述特征向量与预存的故障类型的特征向量做对比，根据对比结果判断所述分合闸线圈的故障类型。

优选的，对故障类型判断，还能够通过获取各种故障类型的振动信号，并计算得出每种振动信号对应的特征向量，将上述特征向量作为训练集，训练故障类型判断模型，之后，对待测的分合闸线圈，采集到振动信号，计算出振动信号的特征向量，将其输入至训练好的故障类型判断模型，所述模型便能输出该分合闸线圈的故障类型。

在具体实践中，预存有每种故障类型相对应的特征向量，例如，故障类型分为正常状况、分合闸线圈老化、分合闸空程变化、分合闸线圈卡涩四种情况，因此，预存有每种情况对应的特征向量，在得到需要进行状态评估的分合闸线圈的振动信号的特征向量后，将该特征向量与预存的特征向量做对比，即可判断出所述分合闸线圈的故障类型。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种断路器分合闸线圈状态评估系统，其特征在于，包括：

调温箱，用于放置断路器分合闸线圈，并提供温湿度环境；

安装于调温箱上的至少四种参数传感器；

分别与所述至少四种参数传感器相连的数据处理装置，用于接收所述参数传感器在所述温湿度环境下的参数数据并得出对应的特征量，并对所述分合闸线圈进行状态评估。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述参数传感器，包括：

安装于所述调温箱内部的温度传感器、湿度传感器和电流传感器；

安装于所述调温箱外部的振动传感器，所述振动传感器的检测端置于所述调温箱内部。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述温度传感器、湿度传感器安装于放置断路器分合闸线圈位置的正上方，以使所述分合闸线圈放置于所述调温箱内部时，所述温度传感器、湿度传感器能够紧贴所述分合闸线圈。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述电流传感器为环形的电流磁平衡式霍尔电流传感器，嵌套在所述分合闸线圈的电流流入线上。

5.一种断路器分合闸线圈状态评估方法，应用于数据处理装置，其特征在于，包括：

分别通过安装于调温箱上的至少四种参数传感器获取温湿度环境下的参数数据，所述调温箱用于放置断路器分合闸线圈，并提供温湿度环境；

得出所述参数数据对应的特征量；

根据所述特征量，对所述分合闸线圈进行状态评估。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述得出所述参数数据对应的特征量，包括：

根据温度传感器的参数数据，得出温度特征量；

根据湿度传感器的参数数据，得出湿度特征量；

根据振动传感器的参数数据，得出高频特征量和低频特征量；

根据电流传感器的参数数据，得出电流特征量和时间特征量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据振动传感器的参数数据，得出高频特征量和低频特征量，包括：

获取所述振动传感器采集的振动信号；

利用小波包分解将振动信号分解为不同而连续的频段；

将所述频段进行重构，得出高频特征量和低频特征量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述振动信号，判断所述分合闸线圈的故障类型，所述故障类型为正常状况、分合闸线圈老化、分合闸空程变化、分合闸线圈卡涩中的一种。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述振动信号，判断所述分合闸线圈的故障类型，还包括：

将所述振动信号进行三层小波包分解，得到八个频段节点；

计算得出每个节点重构信号相对的小波能量；

提取出第四节点、第五节点、第六节点和第七节点的重构信号的相对小波能量构成的特征向量；

根据所述特征向量，判断所述分合闸线圈的故障类型。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述特征向量，判断所述分合闸线圈的故障类型，包括：

将所述特征向量与预存的故障类型的特征向量做对比，根据对比结果判断所述分合闸线圈的故障类型。

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