基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于斷路器【技術(shù)領域】，尤其涉及一種基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置及方法。本發(fā)明包括斷路器；還包括行程傳感器、電壓調(diào)理元件、AD轉(zhuǎn)換元件、時鐘元件、電源元件、中央處理單元、通訊單元和狀態(tài)評價上位機。本發(fā)明提供了一種基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置及方法，提出了利用斷路器行程信號直接計算得出的合閘時間、分閘時間、合閘不同期性和分閘不同期性、剛合閘速度、剛分閘速度、合閘平均速度和分閘平均速度作為評價指標，并最終利用基于熵權(quán)的可拓評價算法，給出了斷路器機械特性當前的運行狀態(tài)和趨勢。這種方法減小了間接信號和主觀因素的影響，提高了評價結(jié)果的準確性。
【專利說明】基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于斷路器【技術(shù)領域】，尤其涉及一種基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓斷路器是電カ系統(tǒng)中的重要設備之一，其運行狀態(tài)直接影響著電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和供電可靠性。高壓斷路器主要包括機械特性、電氣特性和絕緣特性三個特性,其中斷路器機械特性的研究可反映80%以上的故障，因此，及時準確地掌握斷路器的運行狀態(tài)對于指導斷路器狀態(tài)檢修以及提高電カ系統(tǒng)的運行可靠性均具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]目前，高壓斷路器運行狀態(tài)評估方法方面的研究非常少，在信號上主要采用多個信號的綜合評價，但反映斷路器機械特性最直接的信號是觸頭行程信號，其它信號都是間接信號，采用多信號的綜合評價很難確定其它間接信號的權(quán)重。在方法上主要是模糊綜合評價方法，該方法在一定程度上受到了主觀因素的影響，特別是在建立隸屬度函數(shù)時，由于人們認識事物的局限性，只能得到大致的隸屬度函數(shù)，這就影響了評估結(jié)果的客觀性和準確性。而在確定各評價指標權(quán)重時一般采用的是層次分析法，該方法主觀性過強，無法避免人為因素的影響。因此，對高壓斷路器機械特性的運行狀態(tài)評價方法需要進行深入的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中在的不足，本發(fā)明提供一種基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置及方法，其目的是減小間接信號和主觀因素的影響，提高了評價結(jié)果的準確性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0006]一種基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，包括斷路器；還包括行程傳感器、電壓調(diào)理元件、AD轉(zhuǎn)換元件、時鐘元件、電源元件、中央處理單元、通訊單元和狀態(tài)評價上位機。
[0007]所述的行程傳感器，根據(jù)斷路器安裝方式的不同選用高精度的角位移傳感器或直線位移傳感器；該傳感器的供電回路是和電壓調(diào)理元件連接，其工作電壓值為12V和24V兩種，信號回路與AD轉(zhuǎn)換元件連接，輸出的電壓范圍為0?5V。
[0008]所述的電壓調(diào)理元件，可為行程傳感器供電，還可以將AD轉(zhuǎn)換元件輸出的5V電壓轉(zhuǎn)換成中央處理單元能接受的3.3V電壓，并將上述兩個元件相連接。
[0009]所述的AD轉(zhuǎn)換元件主要由ADS8364芯片及其外圍電路組成。
[0010]所述的中央處理單元主要由TMS320F28335芯片及其外圍電路組成。
[0011]所述的時鐘元件與中央處理單元相連接，可為AD轉(zhuǎn)換元件提供采樣頻率。
[0012]所述的電源元件，通過中央處理單元與各元件相連接，可為整個裝置提供電源。
[0013]所述的通訊單元為RS485通信接ロ，將中央處理單元與狀態(tài)評價上位機相連接。
[0014]所述的狀態(tài)評價上位機，包括數(shù)據(jù)處理模塊、狀態(tài)評價模塊和結(jié)果顯示模塊；數(shù)據(jù)處理模塊采用等距五點三次平滑算法；狀態(tài)評價模塊采用基于熵權(quán)的可拓評價算法；結(jié)果顯示模塊可實現(xiàn)評價結(jié)果的存儲和顯示。
[0015]基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價方法，包括以下步驟:
[0016]步驟1:采集斷路器觸頭行程信號數(shù)據(jù)；
[0017]步驟2:通過RS485通信接ロ將采集的數(shù)據(jù)傳到上位機；
[0018]步驟3:上位機對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)平滑處理；
[0019]步驟4:基于平滑處理后的數(shù)據(jù)對斷路器的機械特性進行狀態(tài)評價，采用基于熵權(quán)的可拓評價算法；
[0020]步驟5:存入數(shù)據(jù)庫并顯示，以便維修人員及時檢修。
[0021]所述步驟4中，采用基于熵權(quán)的可拓評價算法，包括以下步驟:
[0022]步驟1:計算斷路器反映機械特性運行狀態(tài)的參數(shù)，合閘時間、分閘時間、合閘不同期性和分閘不同期性、剛合閘速度、剛分閘速度、合閘平均速度和分閘平均速度；
[0023]步驟2:建立斷路器械特性運行狀態(tài)評價體系；
[0024]步驟3:定義斷路器械特性運行狀態(tài)評價指標的相對劣化度；
[0025]步驟4:量化斷路器械特性運行狀態(tài)的評價指標；
[0026]步驟5:確定狀態(tài)評價模型待評物元；
[0027]步驟6:確定狀態(tài)評價模型經(jīng)典域；
[0028]步驟7:確定狀態(tài)評價模型節(jié)典域；
[0029]步驟8:基于熵權(quán)法計算評價指標權(quán)重；
[0030]步驟9:確定待評物元與各指標等級的關聯(lián)度；
[0031]步驟10:子項目層物元評價；
[0032]步驟11:項目層物元評價；
[0033]步驟12:目標層物元評價；
[0034]步驟13:確定運行狀態(tài)等級；
[0035]步驟14:確定運行狀態(tài)的趨勢。
[0036]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下:
[0037]本發(fā)明提供了一種基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置及方法，提出了利用斷路器行程信號直接計算得出的合閘時間、分閘時間、合閘不同期性和分閘不同期性、剛合閘速度、剛分閘速度、合閘平均速度和分閘平均速度作為評價指標，并最終利用基于熵權(quán)的可拓評價算法，給出了斷路器機械特性當前的運行狀態(tài)和趨勢。這種方法減小了間接信號和主觀因素的影響，提高了評價結(jié)果的準確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；
[0039]圖2為本發(fā)明中直線位置傳感器原理圖；
[0040]圖3為本發(fā)明中12V/24V輸入電壓電平轉(zhuǎn)換電路如圖；
[0041]圖4為本發(fā)明中0?5V電平轉(zhuǎn)換元件電路圖；
[0042]圖5為本發(fā)明中5V?3.3V電平轉(zhuǎn)換電路原理圖；
[0043]圖6為本發(fā)明中AD轉(zhuǎn)換元件的電路原理圖；
[0044]圖7為本發(fā)明中的中央處理單元接插件10管腳說明圖；[0045]圖8為本發(fā)明中的中央處理單元接插件11管腳說明圖；
[0046]圖9為本發(fā)明中RS485通訊單元的電路原理圖；
[0047]圖10為本發(fā)明中斷路器機械特性狀態(tài)評價裝置運行流程圖；
[0048]圖11為本發(fā)明中斷路器觸頭行程分合閘信號處理前信號曲線圖；
[0049]圖12為本發(fā)明中斷路器觸頭行程分合閘信號處理后信號曲線圖；
[0050]圖13為本發(fā)明中斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價流程圖；
[0051]圖14為本發(fā)明中斷路器觸頭行程狀態(tài)評估指標體系圖；
【具體實施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進ー步的詳細說明。
[0053]如圖1所示，一種基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，包括斷路器、行程傳感器、電壓調(diào)理元件、AD轉(zhuǎn)換元件、時鐘元件、電源元件、中央處理單元、通訊單元和狀態(tài)評價上位機。
[0054]本發(fā)明所述的行程傳感器，根據(jù)斷路器安裝方式的不同選用高精度的角位移傳感器或直線位移傳感器；該傳感器的供電回路是和電壓調(diào)理元件連接，其工作電壓值為12V和24V兩種，信號回路與AD轉(zhuǎn)換元件連接，輸出的電壓范圍為0?5V。
[0055]所述的電壓調(diào)理元件，可為行程傳感器供電，還可以將AD轉(zhuǎn)換元件輸出的5V電壓轉(zhuǎn)換成中央處理單元能接受的3.3V電壓，并將上述兩個元件相連接。
[0056]所述的時鐘元件與中央處理單元相連接，可為AD轉(zhuǎn)換元件提供采樣頻率。
[0057]所述的電源元件，通過中央處理單元與各元件相連接，可為整個裝置提供電源。
[0058]所述的通訊單元為RS485通信接ロ，將中央處理單元與狀態(tài)評價上位機相連接。
[0059]所述的狀態(tài)評價上位機，包括數(shù)據(jù)處理模塊、狀態(tài)評價模塊和結(jié)果顯示模塊；數(shù)據(jù)處理模塊采用等距五點三次平滑算法；狀態(tài)評價模塊采用基于熵權(quán)的可拓評價算法；結(jié)果顯示模塊可實現(xiàn)評價結(jié)果的存儲和顯示。
[0060]本實施方式中，斷路器采用真空IOkv的ZW45型單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)斷路器。
[0061]斷路器觸頭行程傳感器采用電阻式直線位移傳感器，量程為50_，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低、適用的溫度范圍較寬、冗余特性，工作原理如圖2所示。實施中位移傳感器安裝在斷路器B相的絕緣拉桿上。
[0062]斷路器觸頭行程信號采集時需要向傳感器提供電壓，電壓越大，傳感器輸出信號的信噪比越高。根據(jù)現(xiàn)有電源條件，考慮功耗與溫升的限制，選用24V和12V兩種方案，輸出信號通過降壓電路，降至0到5V之間。
[0063]12V/24V輸入電壓電平轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。電路中，使用0P07運算放大器搭建跟隨器，其輸入阻抗高，而輸出阻抗低，起到緩沖級及隔離級的作用，滿足電路兩端阻抗匹配的特性。
[0064]由于AD轉(zhuǎn)換元件有差分輸入的特點，所以可通過運算放大器設計電平轉(zhuǎn)換電路，使其接受雙極性輸入，將AD轉(zhuǎn)換元件的采集范圍從OV到5V擴大到-5V到+5V。電平轉(zhuǎn)換電路如圖4所示，該電路的作用是將行程傳感器輸出的信號進行了電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成0?5V信號。
[0065]AD采集元件輸出信號在0?5V之間，而中央處理單元供給電源為3.3V，所以在兩者之間需要加入ー個電平轉(zhuǎn)換電路。該芯片可通過控制第I管腳和第24管腳DIR功能控制芯片管腳的輸入輸出方向，輸入端可接3.3V或5V電源，輸出可接3.3V電路。電路原理圖如圖5所示。
[0066]AD轉(zhuǎn)換元件主要由ADS8364芯片及其外圍電路組成。其優(yōu)點為可進行同時采集六路模擬信號量，有效精度十六位，頻率高達250kHz。AD轉(zhuǎn)換元件的電路原理圖如圖6所示。斷路器行程信號的采集頻率設置成IOkHz，滿足信號的采樣要求。
[0067]中央處理單元主要由TMS320F28335芯片及其外圍電路組成，主要特點:(I)處理速度快，主頻150MHz ; (2)片內(nèi)自帶SRAM、Flash，；(3)外部存儲器接ロ ； (4)眾多外部設備，如SC1、SP1、CAN、EV、ADC等；(5)大量可控制的GPIO ロ。數(shù)字信號處理器支持C等語言的編程。其存儲器的存儲空間大，能夠用作大數(shù)據(jù)量的采集、運算、傳輸操作；圖7為本發(fā)明中的中央處理單元接插件10管腳說明圖，其中ADO為斷路器的位移信號的AD輸入引腳；圖8為本發(fā)明中的中央處理單元接插件11管腳說明圖。
[0068]圖9為本發(fā)明【具體實施方式】的RS485通訊單元的電路原理圖，實現(xiàn)了中央處理單元與上位之間的通訊。
[0069]圖10為基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價方法，其過程包括以下步驟:
[0070]步驟1:采集斷路器觸頭行程信號數(shù)據(jù)，信號中央處理單元接到上位機采集命令后，按IOkHz的采樣頻率采集150ms的數(shù)據(jù)，分為高8位和低8位共3000個八進制數(shù)據(jù)，并按規(guī)定的協(xié)議上傳數(shù)據(jù)。
[0071]步驟2:通過RS485通信接ロ將采集的數(shù)據(jù)傳到上位機；
[0072]步驟3:上位機對采集的數(shù)據(jù)進行處理，上位機按規(guī)定的協(xié)議接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)處理成帶符號的高精度浮點型數(shù)據(jù)，并采用等距五點三次平滑算法進行數(shù)據(jù)平滑處理。
[0073]步驟4:基于處理后的數(shù)據(jù)對斷路器的機械特性進行狀態(tài)評價，采用基于熵權(quán)的可拓評價算法；
[0074]步驟5:存入數(shù)據(jù)庫并顯示，以便維修人員及時檢修。
[0075]所述的采用等距五點三次平滑算法，對等距節(jié)點上的實驗數(shù)據(jù)進行平滑，消除隨機誤差的影響，提高采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，算法如下:
[0076]設2n+l個等距節(jié)點X_n，X_n+1，…，X_1； X0, X1,…，Xlri, Xn上的實驗數(shù)據(jù)分別為
Y_n，Y_n+1，…，Y-:，Y0, Y1,-, Ylri, Yn0再設兩節(jié)點間的等距為h，作交換
【權(quán)利要求】
1.基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，包括斷路器，其特征在于:還包括行程傳感器、電壓調(diào)理元件、AD轉(zhuǎn)換元件、時鐘元件、電源元件、中央處理單元、通訊單元和狀態(tài)評價上位機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，其特征在干:所述的行程傳感器，根據(jù)斷路器安裝方式的不同選用高精度的角位移傳感器或直線位移傳感器；該傳感器的供電回路是和電壓調(diào)理元件連接，其工作電壓值為12V和24V兩種，信號回路與AD轉(zhuǎn)換元件連接，輸出的電壓范圍為O~5V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，其特征在于，所述的電壓調(diào)理元件，可為行程傳感器供電，還可以將AD轉(zhuǎn)換元件輸出的5V電壓轉(zhuǎn)換成中央處理單元能接受的3.3V電壓，并將上述兩個元件相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，其特征在于:所述的AD轉(zhuǎn)換元件主要由ADS8364芯片及其外圍電路組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，其特征在于:所述的中央處理單元主要由TMS320F28335芯片及其外圍電路組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，其特征在于，所述的時鐘元件與中央處理單元相連接，可為AD轉(zhuǎn)換元件提供采樣頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，其特征在于，所述的電源元件，通過中央處理單元與各元件相連接，可為整個裝置提供電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，其特征在于:所述的通訊單元為R S485通信接ロ，將中央處理單元與狀態(tài)評價上位機相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價裝置，其特征在于:所述的狀態(tài)評價上位機，包括數(shù)據(jù)處理模塊、狀態(tài)評價模塊和結(jié)果顯示模塊；數(shù)據(jù)處理模塊采用等距五點三次平滑算法；狀態(tài)評價模塊采用基于熵權(quán)的可拓評價算法；結(jié)果顯示模塊可實現(xiàn)評價結(jié)果的存儲和顯示。
10.基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價方法，包括以下步驟: 步驟1:采集斷路器觸頭行程信號數(shù)據(jù)； 步驟2:通過RS485通信接ロ將采集的數(shù)據(jù)傳到上位機； 步驟3:上位機對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)平滑處理； 步驟4:基于平滑處理后的數(shù)據(jù)對斷路器的機械特性進行狀態(tài)評價，采用基于熵權(quán)的可拓評價算法； 步驟5:存入數(shù)據(jù)庫并顯示，以便維修人員及時檢修。
11.采用權(quán)利要求10所述的基于斷路器行程信號的機械特性狀態(tài)評價方法，其特征在于:所述步驟4中，采用基于熵權(quán)的可拓評價算法，包括以下步驟: 步驟1:計算斷路器反映機械特性運行狀態(tài)的參數(shù)，合閘時間、分閘時間、合閘不同期性和分閘不同期性、剛合閘速度、剛分閘速度、合閘平均速度和分閘平均速度； 步驟2:建立斷路器械特性運行狀態(tài)評價體系； 步驟3:定義斷路器械特性運行狀態(tài)評價指標的相對劣化度； 步驟4:量化斷路器械特性運行狀態(tài)的評價指標； 步驟5:確定狀態(tài)評價模型待評物元；步驟6:確定狀態(tài)評價模型經(jīng)典域；步驟7:確定狀態(tài)評價模型節(jié)典域；步驟8:基于熵權(quán)法計算評價指標權(quán)重；步驟9:確定待評物元與各指標等級的關聯(lián)度；步驟10:子項目層物元評價；步驟11:項目層物元評價；步驟12:目標層物元評價；步驟13:確定運行狀態(tài)等級；步驟14:確定運行狀 態(tài)的趨勢。
【文檔編號】G01M13/00GK103604599SQ201310654231
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】李斌, 韓洪剛, 李學斌, 魯旭臣, 李爽, 胡大偉, 耿莉娜, 隋東硼, 張遠博 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院