[发明专利]一种开关设备缺陷智能检测系统

权利要求书

1.一种开关设备缺陷智能检测系统，其特征在于，包括：

至少一台检测终端，用于实时采集各开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号，并将其发送给分析监测系统；

分析监测系统，通过通讯设备与所述检测终端连接，用于获取所述检测终端的检测数据，并通过上述多个参数进行预警分析评估及数据监测处理，对开关设备缺陷、故障进行监测和/或预警；

所述检测终端包括：信号采集模块、信号调理模块和控制模块，其中：

所述信号采集模块的输入端用于采集开关设备分合闸的行程和速度信号、开关设备分合闸线圈电流信号、开关设备分合闸操作中的振动信号，输出端连接到所述信号调理模块；

所述信号调理模块的输入端连接所述信号采集模块的输入端，对所述信号采集模块采集的信号进行调理，输出端连接所述控制模块；

所述控制模块用于控制上述信号采集模块、信号调理模块的工作，并将所述信号调理模块调理后的数据输出到分析监测系统；

所述信号采集模块包括电流传感器、振动传感器、位移传感器、温湿度传感器，其中：

所述电流传感器用于采集开关设备分闸电流信号、开关设备合闸电流信号、开关设备储能电机电流信号；

所述振动传感器用于采集开关设备的振动信号；

所述位移传感器用于采集开关设备动触头的位移；

所述温湿度传感器用于采集开关设备母排温度信号、开关柜温湿度信号；

负荷电流传感器用于采集配电系统电流电压信号；

上述电流传感器、振动传感器、位移传感器、温湿度传感器、负荷电流传感器的信号均输入到所述信号调理模块；

所述分析监测系统，包括：

信号分析模块，对所述检测终端采集的数据进行分析，结合主回路电流信息或辅助节点信息，计算出反映开关设备机械动作特性的参数，所述反映开关设备机械动作特性的参数包括分合闸时间、触头行程、刚分合速度、分合闸最大速度以及分合闸平均速度；并将开关设备分合闸线圈电流波形与标准波形比对分析，分析电磁铁铁芯运动的大致情况，由此反映出开关设备的动作状态；

故障特征库模块，根据对开关设备正常工作过程和不同故障特征的时间顺序上和过程自身状态的区分，得到不同缺陷或故障的特征集，从而建立用于辨识开关设备存在的缺陷、缺陷类型或故障的故障特征库；

状态评估模块，根据上述信号分析模块的分析结果与所述故障特征库模块中的故障特征库进行比对，得出开关设备存在的缺陷、缺陷类型或故障的状态评估；

所述信号分析模块进一步包括：模型构建模块，该模块根据开关设备故障机理分析，构建开关设备分合闸线圈模型、电气及机械机构试验模型，用于开关设备机械动作特性计算和分析；

所述信号分析模块进一步包括：波形处理模块，该模块根据开关设备进行试点测试及运行试验，确定开关设备分合闸线圈电流标准波形、开关设备缺陷与线圈电流波形的对应关系，形成分合闸电流波形特征库，为根据所述检测终端实测的电流波形判断开关设备缺陷、缺陷类型或故障的提供依据；所述波形处理模块，确定开关设备分合闸线圈电流波形特性与操动机构故障对应关系，并应用曲元分析与自组织神经网络方法对开关设备故障、缺陷或缺陷类型进行故障诊断和分析；

所述检测系统采用状态评估模块进行断路器的状态评估，先通过信号分析模块进行波形处理，然后通过状态评估模块进行状态评估，具体包括：

第一步：波形的预处理

波形处理模块调用小波函数进行分析，计算S模极大值时刻，做故障过程t1，t2，t3，t4，t5以及I1，I2，I3幅值的状态辨识；

开关设备发生缺陷或故障的总过程，可以看作由一系列的子过程构成，为了对缺陷或故障进行全面的过程分析，把缺陷或故障子过程作如下定义：

(1)缺陷或障子过程定义

根据开关设备合分闸电流波形，开关设备铁心的运动分为5个阶段：

阶段一：t＝t₀～t₁；

t₀时刻为高压断路器分合间命令的下达时刻，线圈在t₀时刻通电，电流在t₀-t₁时间内迅速上升，t₁时刻为铁芯开始运动的时刻，线圈内磁通上升到足以驱动铁芯运动，阶段一时间的长短与控制电源的电压和线圈电阻有关，可以反映线圈的状态, 其特点是电流上升，铁芯还没有运动；

阶段二：t＝t₁～t₂；

t₁时刻铁芯在电磁力的作用下克服了阻力开始做加速运动，电流开始迅速下降，直至铁芯停止运动，此时对应时刻为t₂，此刻代表铁芯已经触动操动机械的负载，阶段二可以反映出铁芯的运动状态，反映出铁芯运动时有无卡涩、脱扣故障情况；

阶段三：t＝t₂～t₃；

当铁心撞上合闸锁扣装置锁闩或阀门，铁心停止运动或有短暂的弹跳，电流开始增大，使分闸弹簧开始分闸；

阶段四：t＝t₃～t₄；

这个阶段是前一阶段的延续，电流保持缓慢增长或稳定的态势，开断过程继续进行；

阶段五：t＝t₄～t₅；

这是电流的切断阶段，电流值迅速下降至零，在此阶段中，辅助开关分断，在辅助开关触头间产生电弧并被拉长，电弧电压将快速升高，迫使线圈电流迅速减小，触头完全分离，触头间等效电阻迅速增大，直到电弧完全熄灭；

电流有两个峰值点和一个谷值点，t0～t1阶段反映了线圈的工作状态，该阶段可以检测线圈电阻是否正常；t1～t2阶段反应铁芯的工作状态，包括脱扣与释能机械负载变动、结构有无卡涩；t2～t4阶段是传动结构带动触头完成合闸或分闸操作的过程；

以t0为时间零点，选取八个特征参数：t1，t2，t3，t4，t5，I1，I2，I3来分析断路器的操作机构供电电压的质量、铁芯的空行程、机构的摩擦阻力、是否有卡滞工作状况；I1，I2，I3对应上述两个峰值点和一个谷值点；

第二步：根据缺陷或故障状态定义，进行开关设备异常状态辨识；

第三步：按照各个状态发生过程的时间点排序；

第四步：状态评估模块将上述第三步的结果与上述故障特征库的故障特征集进行比对；

第五步：通过对比，得出状态评估结论，所述状态评估结论包括缺陷，以及哪种类型缺陷或故障。