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专利名称：一种断路器操动机构剩余寿命预测装置及方法
技术领域：
本发明属于断路器技术领域，特别涉及一种断路器操动机构剩余寿命预测装置及方法。
背景技术：
有关统计表明，一半以上的变电站维护费用是花在开关上，而其中60%又是用于断路器的小修和例行检修上；另外据统计，10%的断路器故障是由于不正确的检修所致，断路器的大修完全解体，既费时，费用也很高，可达整个断路器的1/3 —1/2，而且解体和重新装配会引起很多缺陷，由此产生的事故例子更是不胜枚举。对于断路器的哪些部件(或重要元件)，运行多长时间需要更换，仍是一个争议的问题，事实上在目前比较保守的计划检修中，时常发生许多部件运行很多年后更新时仍性能良好，而由于没有及时发现，某一部件出现缺陷而导致电网事故的情况也时有发生。因此能够了解断路器的状态，减少过早或不 必要的停电试验和检修，做到应修则修，就可显著提高电力系统可靠性和经济性。

发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种断路器操动机构剩余寿命预测装置及方法。一种断路器操动机构剩余寿命的预测装置，包括断路器、信号采集装置、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯模块；所述信号采集装置包括电压互感器、电流互感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、位移传感器和数字声级计；电压互感器用于采集断路器的电磁阀线圈的电压，电流互感器用于采集断路器的电磁阀线圈的电流，温度传感器用于采集断路器所在环境温度，湿度传感器用于采集断路器所在环境湿度，气压传感器用于采集断路器所在环境气压，位移传感器用于采集断路器的合闸时间，数字声级计用于采集断路器所在环境的机械噪声。数据采集模块用于将信号采集装置采集的信号进行AD转换。中央处理器对AD转换后的采集量进行数据处理。无线通讯模块用于与远方调度终端进行数据通信。该装置的连接是位移传感器安装在断路器操动机构的拉杆上；各传感器的输出端连接数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出端连接中央处理器的通用I/o接口，工控机输入端和无线通讯模块输入端分别与中央处理器的串口连接。采用所述的断路器操动机构剩余寿命的预测装置进行断路器操动机构剩余寿命预测的方法，包括如下步骤步骤I :采集断路器的合闸时间、电磁阀线圈电压、电磁阀线圈电流、气压值、机械噪声、机械振动、使用次数、环境温度和环境湿度；通过电压互感器和电流互感器采集断路器的电磁阀线圈电压和电流，通过温度传感器和湿度传感器采集断路器所在环境的温度和湿度，通过气压传感器采集断路器所在环境的气压值，数字声级计采集断路器所在环境的机械噪声，位移传感器采集断路器的合闸时间、使用次数和机械振动。步骤2 :对采集到的模拟信号进行A/D转换，送至中央处理器；步骤3 :对断路器操动机构剩余寿命进行预测；步骤3. I :对采集的数据进行空间重构，在一个时间序列内以采集到的断路器的合闸时间、电磁阀线圈电压、电磁阀线圈电流、气压值、机械噪声、机械振动、使用次数、环境温度和环境湿度作为系统输入量，重构出表征断路器剩余寿命的非线性系统的空间；步骤3.2 :建立基于复杂网络的数学模型来描述断路器操动机构剩余寿命，并求解该数学模型；

步骤3. 3 :得到断路器操动机构剩余寿命的预测结果；步骤4 :将断路器操动机构剩余寿命的预测结果通过无线通讯模块发送至远方调度终端，以便维修人员进行检修。有益效果本发明的断路器操动机构剩余寿命预测装置，直接测量断路器的合闸时间，电磁阀线圈电压，电磁阀线圈电流，使用次数，机械振动、机械噪声、环境气压、环境温度和环境湿度作为输入量，并最终利用传感器、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯模块实现断路器使用寿命的监测，避免传统方法建立模型和选取参数时造成的误差，以采集量生成的时间序列作为预测模型的输入，建立基于复杂网络的数学模型来描述断路器操动机构剩余寿命，具有输入量提取简单，精确高，准确度好，预测效率高的特点。


图I本发明具体实施方式
断路器操动机构剩余寿命预测装置工作示意图；图2本发明具体实施方式
断路器操动机构剩余寿命预测装置结构框图；图3本发明具体实施方式
断路器操动机构剩余寿命预测装置的数据采集模块与中央处理器连接电路原理图；图4本发明具体实施方式
断路器操动机构剩余寿命预测方法总流程图；图5本发明具体实施方式
采用基于复杂网络的数学模型进行断路器操动机构剩余寿命预测的流程图；图6本发明具体实施方式
断路器操动机构剩余寿命预测曲线与实际曲线图；图7本发明具体实施方式
中采用的复杂网络结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施做进一步说明。一种断路器操动机构剩余寿命预测装置，如图1、2所示，包括断路器、信号采集装置、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯模块；本实施方式中，断路器选用真空IOkv的ZW27-17为例，且该断路器已使用10年。信号采集装置包括电压互感器、电流互感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、位移传感器和数字声级计；电压互感器选用JDG4-0. 5 100000/100型号，电流互感器选用LZJC-IOQ型号，温度传感器和湿度传感器选用PCMini70型号，气压传感器选用PT603型号，位移传感器CTL，噪声测试使用5633B数字声级计。数据采集模块选用TI公司的TLC2543 12位串行A/D转换器，该器件使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源，且价格适中。串行A/D转换器与单片机的连接非常简单。AIMTAIN10为模拟输入端；CS为片选端；DIN为串行数据输入端；D0UT为A/D转换结果的三态串行输出端；E0C为转换结束端；CLK为I/O时钟；REF+为正基准电压端；REF-为负基准电压端；VCC为电源；GND为地。中央处理器采用51单片机，选用型号为STC89C51，单片机是整个系统的核心，串行A/D转换器TLC2543对输入的模拟信号进行采集，采样分辨率、转换通道及输出极性由软件进行选择，由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源，单片机采集的数据通过串口(10、11脚)经MAX232转换成RS232电平与上位机(工控机)间实现传输。工控机采用UN0-3072系列Pentium M/Celeron M嵌入式工控机，通过单片机自带的串行口，可实现与工控机的串行通信。工控机提供的串口 COMl、C0M2是采用RS-232接口标准的。而RS-232是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平来表示逻辑状态的规定不同。为实现工控机接口或与终端的TTL器件(如单片机)连接，须在RS-232与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换，本实施方式中采用变换电路进行电平和逻辑关系变换，变换电路选用由德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS232标准的芯片MAX232，该器件包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路，该电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5V TTL/CMOS电平，每一个发送器将TTL/CM0S电平转换成TIA/EIA-232-F电平。无线通讯模块采用H7000系列无线通信系统。如图3所示，本装置的具体连接是位移传感器安装在断路器操动机构的拉杆上，信号采集装置中各器件的输出端分别连接到TLC2543的输入端AIN0-AIN6，TLC2543的输出端EOC, CLK, DIN, DOUT、CS分别连接到51单片机的P10, Pll, P12，P13、P14引脚。单片机STC89C51的10引脚(RXD)Ul引脚(TXD)与变换电路MAX232的9引脚(R2out)和10引脚(T2in)连接，工控机输入端和无线通讯模块的输入端分别与单片机输出端连接；断路器的电气信息和机械信息经由相应的信号采集装置进行同步采样、保持、A/D转换成数字信号，送入单片机进行分类的计算和数据处理，并将数据送到无线通讯模块，与远方调度进行通
o采用上述断路器操动机构剩余寿命预测装置进行断路器操动机构剩余寿命预测的方法，其流程如图4所示，包括如下步骤步骤I :采集断路器的合闸时间、电磁阀线圈电压、电磁阀线圈电流、气压值、机械噪声、机械振动、使用次数、环境温度和环境湿度；将合闸时间，电磁阀线圈电压，电磁阀线圈电流,气压值,机械噪声,机械振动，使用次数，环境温度和环境湿度作为输入量；采集样本值见表I :表I采集样本值权利要求
1.一种断路器操动机构剩余寿命的预测装置，包括断路器，其特征在于还包括信号采集装置、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯模块； 所述信号采集装置包括电压互感器、电流互感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、位移传感器和数字声级计；电压互感器是用于采集断路器电磁阀线圈电压的装置，电流互感器是用于采集电磁阀线圈电流的装置，温度传感器是用于采集断路器所在环境温度的装置，湿度传感器是用于采集断路器所在环境湿度的装置，气压传感器是用于采集断路器所在环境气压的装置，位移传感器是用于采集断路器合闸时间的装置，数字声级计是用于采集断路器所在环境噪声的装置； 信号采集装置采集的信号输出至数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出端连接中央处理器的通用I/o接口，中央处理器的输出端连接工控机输入端和无线通讯模块输入端。
2.采用权利要求I所述的断路器操动机构剩余寿命的预测装置进行断路器操动机构剩余寿命的预测方法，其特征在于包括如下步骤 步骤I :采集断路器的合闸时间、电磁阀线圈电压、电磁阀线圈电流、气压值、机械噪声、机械振动、使用次数、环境温度和环境湿度； 步骤2 :对采集到的模拟信号进行A/D转换，送至中央处理器； 步骤3 :对断路器操动机构剩余寿命进行预测； 步骤3. I :对采集的数据进行空间重构在一个时间序列内以采集到的断路器的合闸时间、电磁阀线圈电压、电磁阀线圈电流、气压值、机械噪声、机械振动、使用次数、环境温度和环境湿度作为系统输入量，重构出表征断路器剩余寿命的非线性系统的空间； 步骤3. 2 :建立基于复杂网络的数学模型来描述断路器操动机构剩余寿命，并求解该数学模型； 步骤3. 3 :得到断路器操动机构剩余寿命的预测结果； 步骤4 :将断路器操动机构剩余寿命的预测结果通过无线通讯模块发送至远方调度终端，以便维修人员进行检修。
全文摘要
一种断路器操动机构剩余寿命的预测装置及方法，该装置包括断路器、信号采集装置、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯模块；信号采集装置采集的信号输出至数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出端连接中央处理器的通用I/O接口，中央处理器的输出端连接工控机输入端和无线通讯模块输入端。该方法直接测量断路器的合闸时间，电磁阀线圈电压，电磁阀线圈电流，使用次数，机械振动、机械噪声、环境气压、环境温度和环境湿度，利用本装置进行断路器使用寿命的预测，避免传统方法建模和选取参数时造成的误差，以采集量生成的时间序列作为模型的输入，输入量提取简单，精确，预测效率高。
文档编号G01R31/327GK102721920SQ20121022250
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者庚振新, 徐建源, 李勇, 李岩, 林莘, 滕云, 苏蔚, 齐宏伟 申请人:沈阳工业大学