专利名称：一种断路器剩余使用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剩余使用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。对开关生产企业自行研发并制造生产的一种新型户外高压交流真空断路器的电使用寿命进行预测分析，可以方便维修人员进行检修。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种断路器剩余使用寿命预测装置及方法。本发明的技术方案是这样实现的一种断路器剩余使用寿命预测装置，包括断路器、信号采集�？椤⑹莶杉�、数据处理器、工控机和通信模块；所述信号采集�？榘ǖ缌鞔衅�、位移传感器、磨损检测仪、测力计传感器、角度传感器、温度传感器和湿度传感器；电流传感器安装在断路器的静触头上，用于采集断路器的短路电流；位移传感器安装在断路器操动机构的拉杆上，用于采集断路器的使用次数；磨损检测仪安装在断路器的静触头上，用于采集断路器磨损系数；角度传感器安装在断路器驱动凸轮机构上，用于采集回转角；测力计传感器安装在断路器驱动凸轮机构上，用于采集合闸力和分闸力；温度传感器和湿度传感器分别用于采集断路器所在环境温度和湿度；所述数据采集器用于对信号采集�？椴杉男藕沤蠥D转换；所述数据处理器对AD转换后的信号进行数据处理；所述通信�？橛糜谟朐斗降鞫戎斩私惺萃ㄐ�。信号采集�？椴杉男藕攀涑鲋潦莶杉鞯氖淙攵耍莶杉鞯氖涑龆肆邮荽砥鞯腎/o端口，工控机输入端和通信�？榈氖淙攵朔直鹆邮荽砥鞯拇�。采用所述断路器剩余使用寿命预测装置进行断路器剩余使用寿命预测的方法，包括如下步骤步骤I :采集断路器的短路电流、使用次数、磨损系数、回转角、分闸力、合闸力、环^!■温度和环^!·湿度；通过电流传感器采集断路器的短路电流，位移传感器采集断路器的使用次数，磨损检测仪采集磨损系数，角度传感器采集回转角，测力计传感器采集合闸力和分闸力，温度传感器和湿度传感器分别采集断路器所在环境的温度和湿度；步骤2 :对采集到的数据进行A/D转换，送至数据处理器；步骤3 :进行断路器剩余使用寿命预测；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短路电流、使用次数、磨损系数、回转角、分闸力、合闸力、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使用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剩余使用寿命，并求解该数学模型； 步骤3. 3 :得到断路器剩余使用寿命预测结果；步骤4 :将断路器剩余使用寿命预测结果经通信�？榉⑺偷皆斗降鞫戎斩耍员阄奕嗽奔笆奔煨�。有益效果本发明的断路器剩余使用寿命预测装置及方法，直接测量断路器的短路电流，使用次数，磨损系数，回转角，分闸力，合闸力，环境温度和环境湿度，并将上述参数作为输入量，利用传感器、数据采集芯片、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。避免了传统方法建立模型和选取参数时造成的误差，并且具有输入量提取简单，精确度高，准确度好，预测效率高的特点。
图I本发明的具体实施方式
断路器剩余使用寿命预测装置工作示意图；图2本发明的具体实施方式
断路器剩余使用寿命预测装置结构框图；图3本发明的具体实施方式
数据采集器与数据处理器电路连接原理图；图4本发明的具体实施方式
断路器剩余使用寿命预测方法总流程图；图5本发明的具体实施方式
采用基于复杂网络的数学模型进行断路器剩余使用寿命预测流程图；图6本发明的具体实施方式
预测断路器剩余使用寿命曲线与实际使用寿命曲线图；图7本发明的具体实施方式
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详细说明。本发明实施方式的断路器剩余使用寿命预测装置，如图I和图2所示，包括断路器、信号采集�？�、数据采集器、数据处理器、工控机和通信�？椋槐臼凳┓绞街校下菲餮∮谜婵誌Okv的ZW27-17为例，该断路器已使用10年。信号采集�？榘ǖ缌鞔衅�、位移传感器、磨损检测仪、测力计传感器、角度传感器、温度传感器和湿度传感器；电流传感器选用LZJC-10Q型号，位移传感器选用CTL，磨损检测仪使用UMT-2，测力计传感器选用SPIP L165，角度传感器选用SX41200高精度伺服单轴倾角传感器，温度传感器和湿度传感器选用PCMini70。数据采集器选用TI公司的TLC254312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。由于该A/D转换器是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源，且价格适中。数据处理器选用STC89C51型号单片机，串行A/D转换器TLC2543与单片机STC89C51的连接非常简单。ΑΙΜΓΑΙΝ10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。使用单片机自带的串行口，可实现与工控机的串行通信。因为工控机提供的C0M1、COM2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。因 此，为了能够同计算机接口或与终端的TTL器件(如单片机)连接，必须在RS-232与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换，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/CM0S电平。每一个发送器将TTL/CM0S电平转换成TIA/EIA-232-F电平。单片机是整个装置的核心，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)之间实现传输。工控机选用UN0-3072系列Pentium M/Celeron M嵌入式工控机。通信�？椴捎肏7000系列无线通信系统。电流传感器安装在断路器的静触头上，位移传感器安装在断路器操动机构的拉杆上，测力计传感器和角度传感器安装在驱动凸轮机构上，磨损检测仪安装在断路器的静触头上，温度传感器和湿度传感器在断路器所在环境中采集环境温度和湿度；电流传感器、位移传感器、测力计传感器、角度传感器、气压传感器、温度传感器和湿度传感器的输出端分别连接A/D转换器TLC2543的输入端ΑΙΜΓΑΙΝ6，如图3所示，A/D转换器TLC2543的输出端EOC，CLK, DIN, D0UT，茂分别连接单片机的I/O端口 P10, Pll, P12，P13，P14，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。工控机输入端和通信�？榈氖淙攵朔直鹩氲テ氖涑龆肆�。断路器的电气信息和机械信息经由相应的传感器由采样芯片进行同步采样、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。采用上述断路器剩余使用寿命预测装置进行断路器剩余使用寿命预测的方法，其流程如图4所示，包括如下步骤步骤I :采集断路器的短路电流、使用次数、磨损系数、回转角、分闸力、合闸力、环^!■温度和环^!·湿度；通过电流传感器采集断路器的短路电流，位移传感器采集断路器的使用次数，磨损检测仪采集磨损系数，角度传感器采集回转角，测力计传感器采集合闸力和分闸力，温度传感器和湿度传感器分别采集断路器所在环境的温度和湿度；
将采集到的短路电流、使用次数、磨损系数、回转角、分闸力、合闸力、环境温度和环境湿度作为输入量，即维数为9，采集样本值见表I :表I采集样本值
权利要求
1.一种断路器剩余使用寿命的预测装置，包括断路器，其特征在于还包括信号采集�？椤⑹莶杉�、数据处理器、工控机和通信�？椋� 所述信号采集�？榘ǖ缌鞔衅鳌⑽灰拼衅�、磨损检测仪、测力计传感器、角度传感器、温度传感器和湿度传感器； 电流传感器是用于采集断路器的短路电流的装置；位移传感器是用于采集断路器的使用次数的装置；磨损检测仪是用于采集断路器磨损系数的装置；角度传感器是用于采集回转角的装置；测力计传感器是用于采集合闸力和分闸力的装置；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； 信号采集模块采集的信号输出至数据采集器的输入端，数据采集器的输出端连接数据处理器的I/o端口，工控机输入端和通信�？榈氖淙攵朔直鹆邮荽砥鞯拇�。
2.采用权利要求I所述的断路器剩余使用寿命的预测装置进行断路器剩余使用寿命预测的方法，其特征在于包括如下步骤 步骤I :采集断路器的短路电流、使用次数、磨损系数、回转角、分闸力、合闸力、环境温度和环1 湿度； 步骤2 :对采集到的数据进行A/D转换，送至数据处理器； 步骤3 :进行断路器剩余使用寿命预测； 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短路电流、使用次数、磨损系数、回转角、分闸力、合闸力、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使用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剩余使用寿命，并求解该数学模型； 步骤3. 3 :得到断路器剩余使用寿命预测结果； 步骤4 :将断路器剩余使用寿命预测结果经通信�？榉⑺偷皆斗降鞫戎斩耍员阄奕嗽奔笆奔煨�。
全文摘要
一种断路器剩余使用寿命的预测装置及方法，该装置包括断路器、信号采集�？�、数据采集器、数据处理器、工控机和通信�？椋恍藕挪杉？椴杉男藕攀涑鲋潦莶杉鞯氖淙攵耍莶杉鞯氖涑龆肆邮荽砥鞯腎/O端口，工控机输入端和通信�？榈氖淙攵朔直鹆邮荽砥鞯拇�。本方法直接测量断路器的短路电流，使用次数，磨损系数，回转角，分闸力，合闸力，环境温度和环境湿度，并将上述参数作为输入量，利用传感器、数据采集芯片、中央处理器、工控机和无线通讯�？槭迪侄下菲魇褂檬倜募嗖�。避免了传统方法建立模型和选取参数时造成的误差，并且具有输入量提取简单，精确度高，准确度好，预测效率高的特点。
文档编号G01R31/327GK102721921SQ201210222510
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, 温苗, 滕云, 苏蔚 申请人:沈阳工业大学
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