CN115700387A - 用于低压、中压或高压断路器的监测系统 - Google Patents

用于低压、中压或高压断路器的监测系统 Download PDF

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CN115700387A CN202210879997.7A CN202210879997A CN115700387A CN 115700387 A CN115700387 A CN 115700387A CN 202210879997 A CN202210879997 A CN 202210879997A CN 115700387 A CN115700387 A CN 115700387A
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Abstract

本发明涉及一种用于低压、中压或高压断路器的监测系统，包括：振动传感器；处理单元；以及输出单元；其中振动传感器被配置为被安装到断路器上；其中振动传感器被配置为至少在断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号；其中振动传感器被配置为向处理单元提供时间振动信号；其中处理单元被配置为确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的闭合操作上的对应的多个时间点；其中处理单元被配置为确定与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间；其中处理单元被配置为确定断路器的操作功能性的指示；并且其中输出单元被配置为输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。

Description

用于低压、中压或高压断路器的监测系统
技术领域
本发明涉及用于低压、中压或高压断路器的监测系统、用于低压、中压或高压断路器的监测方法或者具有一个或多个这种监测系统的断路器。
背景技术
振动分析是用于监测断路器(CB)的操作机构和驱动器的常用方法。
然而，振动监测主要被应用于检测机构故障/失败，而不是从切换事件的检测中提取定时信息。
如今，非常昂贵的传感器(诸如电位计或编码器)被用于评估切换时间，从而提供关于CB的当前健康状况的附加信息。通过仅使用电位计和编码器来评估切换时间是非常具有挑战性的，因此通常需要通过使用适当的传感器来获得流过电触头的电流信息。
需要评估CB的更多特征特点(诸如闭合和断开时间)的这种传感器导致成本更高，使得永久安装没有吸引力。
需要解决这个问题。
发明内容
因此，具有改进的技术来监测低压、中压或高压断路器将是有利的。
本发明的目的是用独立权利要求的主题解决的，其中其他实施例被并入到从属权利要求中。
在第一方面中，提供了一种断路器监测系统，包括：
-振动传感器；
-处理单元；以及
-输出单元。
振动传感器被配置为被安装到断路器上。振动传感器被配置为至少在断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号。闭合操作包括：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头移动；可移动触头与固定触头接触；可移动触头的移动停止。振动传感器被配置为向处理单元提供时间振动信号。处理单元被配置为确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的闭合操作上的对应的多个时间点。该确定包括对时间振动信号的分析，以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间。该确定包括对多个物理开关事件和对应的多个时间点的利用。处理单元被配置为确定断路器的操作功能性的指示。该确定包括对与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间的利用。输出单元被配置为输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
在示例中，对时间振动信号以标识时间振动信号中的多个变化的分析包括：对来自时间振动信号的时间信号包络的计算。标识时间振动信号中的多个变化然后包括：标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
在示例中，处理单元被配置为实施峰值变换、RMS变换或者希伯特变换，以计算来自时间振动信号的时间信号包络。
在示例中，处理单元被配置为实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法或者状态空间表示，以标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
在示例中，基于集群的方法是高斯混合模型“GMM”或者隐马尔可夫模型“HMM”；并且其中状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
在示例中，似然比方法是RuLSIF或CUSUM。
在示例中，物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；可移动触头开始朝着固定触头移动的瞬间；可移动触头与固定触头接触的瞬间；可移动触头的移动停止的瞬间。
在示例中，计算来自时间振动信号的时间信号包络包括时间振动信号的低通滤波。
在示例中，标识时间信号包络中的多个变化点包括时间信号包络的高通滤波。
在示例中，确定断路器的操作功能性的指示包括：将与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间与一个或多个校准断路器的对应基线特征时间进行比较。
在示例中，振动传感器是加速度计、声学“SAW”传感器、麦克风或者RFID传感器。
在第二方面中，提供了一种断路器监测系统，包括：
-振动传感器；
-处理单元；以及
-输出单元。
振动传感器被配置为被安装到断路器上。振动传感器被配置为至少在断路器的断开操作的时间部分上获取时间振动信号。断开操作包括：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头移动；可移动触头与固定触头分离；可移动触头的移动停止。振动传感器被配置为向处理单元提供时间振动信号。处理单元被配置为确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的断开操作上的对应的多个时间点。该确定包括对时间振动信号的分析，以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间。该确定包括对多个物理开关事件和对应的多个时间点的利用。处理单元被配置为确定断路器的操作功能性的指示。该确定包括对与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间利用。输出单元被配置为输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
在第三方面中，提供了一种断路器监测方法，包括：
-将振动传感器安装到断路器上；
-由振动传感器至少在断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号，其中闭合操作包括：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头移动；可移动触头与固定触头接触；可移动触头的移动停止；
-向处理单元提供时间振动信号；
-由处理单元确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的闭合操作上的对应的多个时间点，其中确定包括分析时间振动信号以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化；
-由处理单元确定与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间，其中确定包括利用多个物理开关事件和对应的多个时间点；
-由处理单元确定断路器的操作功能性的指示，其中确定包括利用与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间；以及
-由输出单元输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
在第四方面中，提供了一种断路器监测方法，包括：
-将振动传感器安装到断路器上；
-由振动传感器至少在断路器的断开操作的时间部分上获取时间振动信号，其中断开操作包括：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头移动；可移动触头与固定触头分离；可移动触头的移动停止；
-向处理单元提供时间振动信号；
-由处理单元确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的断开操作上的对应的多个时间点，其中确定包括分析时间振动信号以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化；
-由处理单元确定与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间，其中确定包括利用多个物理开关事件和对应的多个时间点；
-由处理单元确定断路器的操作功能性的指示，其中确定包括利用与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间；以及
-由输出单元输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
在第五方面中，提供了一种低压、中压或高压断路器，包括根据第一方面的监测系统和/或根据第二方面的监测系统。
参照在下文中描述的实施例，以上方面和示例将变得显而易见并且被阐明。
附图说明
在下文中，示例性实施例将参照以下附图描述：
图1示出了用于基于振动信号检测切换事件并且随后评估断路器的闭合/断开时间的概述(示意图)；
图2示出了中压断路器的典型闭合操作的所有三个极点L1、L2和L3的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和电流曲线：
时刻tc0是已知的，tc1只是粗略近似(运动的起点)，并且tc21和tc22由电流曲线确定；
图3示出了在中压断路器的典型闭合操作的固定部分处测量的振动信号的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和包络曲线：底部曲线图中的相关时刻可以被提取为来自包络曲线的变化点。这些时刻也与图2所示的时刻一起被示出在顶部曲线图中；
图4示出了中压断路器的典型断开操作的所有三个极点L1、L2和L3的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和电流曲线：
时刻tc0是已知的，tc1只是粗略近似(运动的起点)，并且tc21和tc22由电流曲线确定；以及
图5示出了在中压断路器的典型断开操作的固定部分处测量的振动信号的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和包络曲线：底部曲线图中的相关时刻可以被提取为来自包络曲线的变化点。这些时刻也与图4所示的时刻一起被示出在顶部曲线图中。
具体实施方式
图1至5涉及用于低压、中压或高压断路器的监测系统和方法。
在示例中，断路器监测系统包括振动传感器、处理单元和输出单元。振动传感器被配置为被安装到断路器上。振动传感器被配置为至少在断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号。闭合操作包括：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头移动；可移动触头与固定触头接触；可移动触头的移动停止。振动传感器被配置为向处理单元提供时间振动信号。处理单元被配置为确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的闭合操作上的对应的多个时间点。该确定包括对时间振动信号分析，以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间。该确定包括对多个物理开关事件和对应的多个时间点的利用。处理单元被配置为确定断路器的操作功能性的指示。该确定包括对与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间的利用。输出单元被配置为输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
根据示例，对时间振动信号以标识时间振动信号中的多个变化的分析包括：对来自时间振动信号的时间信号包络的计算。标识时间振动信号中的多个变化然后可以包括：标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
根据示例，处理单元被配置为实施峰值变换、RMS变换或者希伯特变换，以计算来自时间振动信号的时间信号包络。这些是信号包络可以如何被计算的具体示例，但是还有其他数学方法(例如在可用文献中讨论的)来计算可以被使用的信号包络。
根据示例，处理单元被配置为实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法或者状态空间表示，以标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。这些是变化点可以如何被标识的具体示例，但是还有其他数学方法(例如在可用文献中讨论的)来确定/检测可以被使用的变化点。
根据示例，基于集群的方法是高斯混合模型“GMM”或者隐马尔可夫模型“HMM”；并且状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
根据示例，似然比方法是相对无约束最小二乘重要性拟合(RuLSIF)或累积和(CUSUM)。
根据示例，物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；可移动触头开始朝着固定触头移动的瞬间；可移动触头与固定触头接触的瞬间；可移动触头的移动停止的瞬间。
根据示例，计算来自时间振动信号的时间信号包络包括时间振动信号的低通滤波。
根据示例，标识时间信号包络中的多个变化点包括时间信号包络的高通滤波。
根据示例，确定断路器的操作功能性的指示包括：将与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间与一个或多个校准断路器的对应基线特征时间进行比较。
换言之，将某个运算数的电流特征与已知表示健康状态的特征集合进行比较。这也可能涉及电流特征与“新”断路器特征的比较(例如行尾测量)，并且可能涉及在低运算数下计算的特征。
根据示例，振动传感器是加速度计、声学“SAW”传感器、麦克风或者RFID传感器。
以上监测系统也可以监测断路器的断开操作，或者不同的监测系统可以被用于监测断开操作。这种断路器监测系统包括振动传感器、处理单元和输出单元。振动传感器被配置为被安装到断路器上。振动传感器被配置为至少在断路器的断开操作的时间部分上获取时间振动信号。断开操作包括：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头移动；可移动触头与固定触头分离；可移动触头的移动停止。振动传感器被配置为向处理单元提供时间振动信号。处理单元被配置为确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的断开操作上的对应的多个时间点。该确定包括对时间振动信号分析，以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间。该确定包括对多个物理开关事件和对应的多个时间点的利用。处理单元被配置为确定断路器的操作功能性的指示。该确定包括对与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间的利用。输出单元被配置为输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
在示例中，对时间振动信号以标识时间振动信号中的多个变化的分析包括：对来自时间振动信号的时间信号包络的计算。标识时间振动信号中的多个变化然后包括：标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
在示例中，处理单元被配置为实施峰值变换、RMS变换或者希伯特变换，以计算来自时间振动信号的时间信号包络。
在示例中，处理单元被配置为实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法或者状态空间表示，以标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
在示例中，基于集群的方法是高斯混合模型“GMM”或者隐马尔可夫模型“HMM”；并且其中状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
在示例中，似然比方法是RuLSIF或CUSUM。
在示例中，物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；可移动触头开始远离固定触头移动的瞬间；可移动触头与固定触头分离的瞬间；可移动触头的移动停止的瞬间。
在示例中，计算来自时间振动信号的时间信号包络包括时间振动信号的低通滤波。
在示例中，标识时间信号包络中的多个变化点包括时间信号包络的高通滤波。
在示例中，确定断路器的操作功能性的指示包括：将与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间与一个或多个校准断路器的对应基线特征时间进行比较。
在示例中，振动传感器是加速度计、声学“SAW”传感器、麦克风或者RFID传感器。
在示例中，断路器监测方法包括：
-将振动传感器安装到断路器上；
-由振动传感器至少在断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号，其中闭合操作包括：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头移动；可移动触头与固定触头接触；可移动触头的移动停止；
-向处理单元提供时间振动信号；
-由处理单元确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的闭合操作上的对应的多个时间点，其中确定包括分析时间振动信号以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化；
-由处理单元确定与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间，其中确定包括利用多个物理开关事件和对应的多个时间点；
-由处理单元确定断路器的操作功能性的指示，其中确定包括利用与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间；以及
-由输出单元输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
在示例中，分析时间振动信号以标识时间振动信号中的多个变化包括：计算来自时间振动信号的时间信号包络，标识时间振动信号中的多个变化然后包括：标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
在示例中，该方法包括：由处理单元，实施峰值变换、RMS变换或者希伯特变换，以计算来自时间振动信号的时间信号包络。
在示例中，该方法包括：由处理单元，实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法或者状态空间表示，以标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
在示例中，基于集群的方法是高斯混合模型“GMM”或者隐马尔可夫模型“HMM”；并且其中状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
在示例中，似然比方法是RuLSIF或CUSUM。
在示例中，物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；可移动触头开始朝着固定触头移动的瞬间；可移动触头与固定触头接触的瞬间；可移动触头的移动停止的瞬间。
在示例中，计算来自时间振动信号的时间信号包络包括时间振动信号的低通滤波。
在示例中，标识时间信号包络中的多个变化点包括时间信号包络的高通滤波。
在示例中，确定断路器的操作功能性的指示包括：将与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间与一个或多个校准断路器的对应基线特征时间进行比较。
在示例中，振动传感器是加速度计、声学“SAW”传感器、麦克风或者RFID传感器。
在示例中，断路器监测方法包括：
-将振动传感器安装到断路器上；
-由振动传感器至少在断路器的断开操作的时间部分上获取时间振动信号，其中断开操作包括：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头移动；可移动触头与固定触头分离；可移动触头的移动停止；
-向处理单元提供时间振动信号；
-由处理单元确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的断开操作上的对应的多个时间点，其中确定包括分析时间振动信号以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化；
-由处理单元确定与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间，其中确定包括利用多个物理开关事件和对应的多个时间点；
-由处理单元确定断路器的操作功能性的指示，其中确定包括利用与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间；以及
-由输出单元输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
在示例中，分析时间振动信号以标识时间振动信号中的多个变化包括：计算来自时间振动信号的时间信号包络，标识时间振动信号中的多个变化然后包括：标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
在示例中，该方法包括：由处理单元，实施峰值变换、RMS变换或者希伯特变换，以计算来自时间振动信号的时间信号包络。
在示例中，该方法包括：由处理单元，实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法或者状态空间表示，以标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
在示例中，基于集群的方法是高斯混合模型“GMM”或者隐马尔可夫模型“HMM”；并且其中状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
在示例中，似然比方法是RuLSIF或CUSUM。
在示例中，物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；可移动触头开始远离固定触头移动的瞬间；可移动触头与固定触头分离的瞬间；可移动触头的移动停止的瞬间。
在示例中，计算来自时间振动信号的时间信号包络包括时间振动信号的低通滤波。
在示例中，标识时间信号包络中的多个变化点包括时间信号包络的高通滤波。
在示例中，确定断路器的操作功能性的指示包括：将与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间与一个或多个校准断路器的对应基线特征时间进行比较。
在示例中，振动传感器是加速度计、声学“SAW”传感器、麦克风或者RFID传感器。
低压、中压或高压断路器可以使一个或多个以上监测系统被改装为它，或者这种系统可以在制造期间被集成到断路器中。
因此，已经开发出一种新技术，能够从振动信号分析切换事件，从而评估断路器(CB)中几种类型的闭合和断开时间。新技术涉及检测可以被分配给物理切换事件的振动信号的突然变化/变化点。这涉及信号包络的计算，该信号包络允许以高准确性并且通过可靠且稳健的方式有效地检测变化点的时刻。最后，事件持续时间可以从CB的闭合和断开操作的不同阶段的这些时刻计算。在状态监测和诊断解决方案中，计算出的时间被用于不同组件(闭合/断开线圈、闩锁释放、操作机构、触头烧蚀等)的故障/失败标识，并且可以被用于指示是否需要维护CB驱动器。
因此，振动监测被用于从切换事件的检测中提取定时信息，而不是需要使用更昂贵的传感器，以评估切换时间，从而提供关于CB的当前健康状况的附加信息。
原始混沌振动信号的分析可以使分析更具挑战性，因此在准确性、稳健性和可靠性方面递送不太令人满意的结果，在某些实施例中已通过利用被用于提取振动信号包络的振动领域知识(例如滤波技术)来解决，振动信号包络被明确设计为使信号的混沌性质更易于处理。
低成本的加速度计通常可以被应用于易于改装的外壳的固定部分，或者可以被安装到移动部分上。然而，所有类型的传感器都可以被用于监测递送振动信号，诸如声学传感器或类似传感器。
用于低压、中压或高压断路器的监测系统和方法的具体且详细的实施例现在被描述，其中再次参照图1至5。
图1概述了分析切换事件的方法，从而评估断路器中几种类型的闭合和断开时间。
在图1中，测量阶段使用加速度计、声学麦克风或其他或其他振动传感器。包络曲线提取可以在包络计算之前和/或之后利用峰值方法、RMS、希伯特变换以及可选地低通/高通滤波。算法(基于数据的特征)可以是变化点检测算法、分段线性近似、基于集群的方法(例如高斯混合模型(GMM)、隐马尔可夫模型(HMM))、状态空间表示(例如卡尔曼滤波器)、似然比方法(例如RuLSIF和CUSUM)。领域知识可以包括断路器领域知识和振动领域知识。
详细地，新技术涉及：
[1]获取由加速度计、声学传感器、麦克风或类似设备测量的振动信号。
[2]通过使用典型方法(例如峰值、RMS、希伯特变换等)中的一种方法计算信号包络。可选地，振动和/或包络信号可以在预处理和/或后处理步骤(例如高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器等)中进行滤波。
[3]使用用于检测包络信号(突然)变化的方法。用于变化检测的这种方法例如是变化点检测算法、分段线性近似、基于集群的方法(高斯混合模型(GMM)、隐马尔可夫模型(HMM))、状态空间表示(诸如卡尔曼滤波器)和似然比方法(诸如RuLSIF和CUSUM)。
[4]将变化点分配给物理切换事件和对应的时刻。
相对于CB的闭合操作，图2示出了中压断路器的典型闭合操作的所有三个极点L1、L2和L3中的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和电流曲线。
此处，以下时间被示出：
tc0：发起闭合操作-电流开始流过闭合线圈
tc1：移动触头开始朝着固定触头行进时的瞬间
tc21：第一极点中的触头接触瞬间(电流开始流动)
极点1首先闭合，因此tc21由L1定义。
tc22：触头在所有三个极点L1、L2和L3中保持闭合(全电流流动)的瞬间
极点3最后闭合，因此tc22由L3定义。
时刻tc0是已知的，tc1只是粗略近似(运动的起点)，并且tc21和tc22由电流曲线确定。
相对于CB的断开操作，图4示出了中压断路器的典型断开操作的所有三个极点L1、L2和L3中的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和电流曲线：
此处，以下时间被示出：
to0：发起断开操作-电流开始流过跳闸线圈
to1：移动触头开始向后行进以打开触头时的瞬间
to21：第一极点中的触头分离的瞬间
极点3首先闭合，因此to21由L3定义。
to22：所有极点中的触头分离的瞬间
极点1最后断开，因此to22由L1定义。
时刻to0是已知的，to1只是粗略近似(运动的起点)，并且to21和to22由电流曲线确定；以及
图3和图5然后示出了从振动数据导出的等效信息。
在图3中，以下时间被示出：
tc0：发起闭合操作
tc11：闩锁释放的时刻
tc12：移动触头开始朝着固定触头行进时的瞬间
tc2：表示所有三个极点的触头接触的瞬间-tc2在tc21与tc22之间
tc31、tc32：移动触头停止行进时的瞬间，表示固定闭合位置
在图5中，以下时间被示出：
to0：发起断开操作-电流开始流过跳闸线圈
to11：闩锁释放的时刻
to12：移动触头开始向后朝着固定触头行进时的瞬间
to2：表示所有三个极点的触头分离的瞬间-to2在to21与to22之间
to31、to32：移动触头停止行进时的瞬间，表示固定断开位置
因此，如图3和图5所示，新技术能够使闭合操作的相关时刻(tc0、tc11、tc12、tc2、tc31、tc32)和断开操作的相关时刻(to0、to11、to12、to2、to31、to32)从振动信号的包络中检测和确定。
不同的闭合和断开时间可以从检测到的时刻计算：
a)闭合(断开)时间：tc2至tc0(to2至to0)
b)闩锁机构的操作时间(直到移动触头开始行进)：tc12至tc11(to12至to11)
c)主机构的操作时间(在移动触头开始行进之后)：tc2至tc12(to2至to12)
d)从线圈通电到闩锁开始释放的闩锁释放时间：tc12至tc0(to12至to0)
e)总操作时间：tc32至tc0(to32至to0)
注意，tc32、to32定义了操作后所有振荡几乎衰减时的最终固定位置。然而，tc31、to31可以被解释为替代的固定位置，此后仍然存在较小幅度的超程和回程振荡。
因此，总而言之，新技术涉及处理原始振动信号以生成作为适合表示的信号，其中变化点可以被清晰地识别。此处，包络曲线被提取。用于原始信号和/或包络的附加滤波器也可以被应用，以使变化点更易于检测。包络的突然变化通过使用合适的算法来标识。用于变化检测的方法也可以被应用于原始振动信号。然而，包络曲线的分析给出了更准确的结果，并且使该方法更加可靠和稳健。那些检测到的变化点可以被分配给物理切换事件。为了比较起见，图2和图4图示了所有极点中的行进曲线和电流的可检测时刻。图3和图5示出了可以从典型包络中检测到的闭合/断开操作的所有时刻。时刻tc2(to2)仅表示tc21(to21)和tc22(to22)的近似。取决于传感器位置和所应用算法的准确性，可以粗略估计每个极点L1、L2、L3的时刻，从而粗略估计总时刻tc21(to21)和tc22(to22)。时刻tc11(to11)和tc12(to12)的检测通过使用加速度信号更准确，因为小运动可以被更好地捕获。因此，由行进曲线检测到的时刻tc1(to1)仅表示触头开始行进时的粗略近似。闩锁释放的起点在行进曲线中无法检测到。不同闭合/断开时间的计算可以被用于标识组件/子系统(闭合/断开线圈、闩锁释放、操作机构、触头烧蚀等)的故障/失败，并且被视为状态监测和诊断解决方案中的KPI，指示需要维护。这种方法也可以被应用于具有电磁驱动器的CB。
虽然本发明已经在附图和前面的描述中详细图示和描述，但是这种图示和描述应该被认为是说明性的或示例性的，而非限制性的。本发明不被限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，所公开的实施例的其他变型可以由本领域技术人员在实践要求保护的本发明时理解和实现。

Claims (15)

1.一种断路器监测系统，包括：
-振动传感器；
-处理单元；以及
-输出单元；
其中所述振动传感器被配置为被安装到断路器上；
其中所述振动传感器被配置为至少在所述断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号，其中所述闭合操作包括：所述闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头移动；所述可移动触头与所述固定触头接触；所述可移动触头的移动停止；
其中所述振动传感器被配置为向所述处理单元提供所述时间振动信号；
其中所述处理单元被配置为确定多个物理开关事件、以及所述多个物理开关事件在所述断路器的所述闭合操作上的对应的多个时间点，其中所述确定包括：对所述时间振动信号的分析，以标识被分配给所述多个物理开关事件的所述时间振动信号中的多个变化；
其中所述处理单元被配置为确定与所述断路器的所述闭合操作相关联的一个或多个特征时间，其中所述确定包括：对所述多个物理开关事件和对应的多个时间点的利用；
其中所述处理单元被配置为确定所述断路器的操作功能性的指示，其中所述确定包括：对与所述断路器的所述闭合操作相关联的所述一个或多个特征时间的利用；以及
其中所述输出单元被配置为输出与所述断路器的操作功能性的所述指示相关的信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中对所述时间振动信号的分析以标识所述时间振动信号中的多个变化包括：对来自所述时间振动信号的时间信号包络的计算，并且其中对所述时间振动信号中的所述多个变化的标识包括：对被分配给所述多个物理开关事件的所述时间信号包络中的多个变化点的标识。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理单元被配置为实施峰值变换、RMS变换、或者希伯特变换，以计算来自所述时间振动信号的所述时间信号包络。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的系统，其中所述处理单元被配置为实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法、或者状态空间表示，以标识被分配给所述多个物理开关事件的所述时间信号包络中的所述多个变化点。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述基于集群的方法是高斯混合模型“GMM”或者隐马尔可夫模型“HMM”；并且其中所述状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述似然比方法是RuLSIF或CUSUM。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中所述物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；所述可移动触头开始朝着所述固定触头移动的瞬间；所述可移动触头与所述固定触头接触的瞬间；所述可移动触头的移动停止的瞬间。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的系统，其中对来自所述时间振动信号的所述时间信号包络的计算包括：所述时间振动信号的低通滤波。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的系统，对所述时间信号包络中的多个变化点的标识包括：所述时间信号包络的高通滤波。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中所述断路器的操作功能性的所述指示的确定包括将与所述断路器的所述闭合操作相关联的所述一个或多个特征时间与一个或多个校准断路器的对应基线特征时间进行比较。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述振动传感器是加速度计、声学“SAW”传感器、麦克风、或者RFID传感器。
12.一种断路器监测系统，包括：
-振动传感器；
-处理单元；以及
-输出单元；
其中所述振动传感器被配置为被安装到断路器上；
其中所述振动传感器被配置为至少在所述断路器的断开操作的时间部分上获取时间振动信号，其中所述断开操作包括：所述断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头移动；所述可移动触头与所述固定触头分离；所述可移动触头的移动停止；
其中所述振动传感器被配置为向所述处理单元提供所述时间振动信号；
其中所述处理单元被配置为确定多个物理开关事件、以及所述多个物理开关事件在所述断路器的所述断开操作上的对应的多个时间点，其中所述确定包括：对所述时间振动信号的分析，以标识被分配给所述多个物理开关事件的所述时间振动信号中的多个变化；
其中所述处理单元被配置为确定与所述断路器的所述断开操作相关联的一个或多个特征时间，其中所述确定包括：对所述多个物理开关事件和对应的多个时间点的利用；
其中所述处理单元被配置为确定所述断路器的操作功能性的指示，其中所述确定包括：对与所述断路器的所述断开操作相关联的所述一个或多个特征时间的利用；以及
其中所述输出单元被配置为输出与所述断路器的操作功能性的所述指示相关的信息。
13.一种断路器监测方法，包括：
-将振动传感器安装到断路器上；
-由所述振动传感器至少在所述断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号，其中所述闭合操作包括：所述闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头移动；所述可移动触头与所述固定触头接触；所述可移动触头的移动停止；
-向处理单元提供所述时间振动信号；
-由所述处理单元确定多个物理开关事件、以及所述多个物理开关事件在所述断路器的所述闭合操作上的对应的多个时间点，其中所述确定包括：分析所述时间振动信号，以标识被分配给所述多个物理开关事件的所述时间振动信号中的多个变化；
-由所述处理单元确定与所述断路器的所述闭合操作相关联的一个或多个特征时间，其中所述确定包括：利用所述多个物理开关事件和对应的多个时间点；
-由所述处理单元确定所述断路器的操作功能性的指示，其中所述确定包括：利用与所述断路器的所述闭合操作相关联的所述一个或多个特征时间；以及
-由输出单元输出与所述断路器的操作功能性的所述指示相关的信息。
14.一种断路器监测方法，包括：
-将振动传感器安装到断路器上；
-由所述振动传感器至少在所述断路器的断开操作的时间部分上获取时间振动信号，其中所述断开操作包括：所述断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头移动；所述可移动触头与所述固定触头分离；所述可移动触头的移动停止；
-向处理单元提供所述时间振动信号；
-由所述处理单元确定多个物理开关事件以及所述多个物理开关事件在所述断路器的所述断开操作上的对应的多个时间点，其中所述确定包括：分析所述时间振动信号，以标识被分配给所述多个物理开关事件的所述时间振动信号中的多个变化；
-由所述处理单元确定与所述断路器的所述断开操作相关联的一个或多个特征时间，其中所述确定包括：利用所述多个物理开关事件和对应的多个时间点；
-由所述处理单元确定所述断路器的操作功能性的指示，其中所述确定包括：利用与所述断路器的所述断开操作相关联的所述一个或多个特征时间；以及
-由输出单元输出与所述断路器的操作功能性的所述指示相关的信息。
15.一种低压、中压或高压断路器，包括根据权利要求1至11中任一项所述的监测系统，和/或包括根据权利要求12所述的监测系统。
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