专利名称：一种断路器电气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电气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新型户外高压交流真空断路器的电气剩余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电气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电气剩余使用寿命预测装置，包括断路器、信号采集模块、A/D转换器、处理器、变换电路、工控机和传输�？椋凰鲂藕挪杉？榘ǖ缪够ジ衅鳌⒌缌骰ジ衅鳌⑽灰拼衅�、气压传感器和绝缘测试仪。电流互感器安装在绝缘子的绝缘支撑件中，用于采集断路器的开断电流，电压互感器用于采集断路器的过电压，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和合闸时间，气压传感器用于采集断路器所在环境气压，绝缘测试仪安装在断路器的绝缘壳上，用于采集断路器绝缘系数。所述A/D转换器用于将信号采集�？椴杉哪Ｄ庑藕抛怀墒中藕牛凰龃砥鞫訟D转换后的采集量进行数据处理；所述变换电路进行电平和逻辑关系变换；所述传输�？橛糜谟朐斗降鞫戎斩私惺荽洌恍藕挪杉？椴杉男藕攀涑鲋罙/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端与处理器的I/O端口连接，变换电路的数据转换引脚与处理器的串口连接，工控机的输入端和传输�？榈氖淙攵司哟砥鞯拇�。采用上述断路器电气剩余使用寿命预测装置进行断路器电气剩余使用寿命预测的方法，包括如下步骤步骤I :采集断路器的合闸时间、过电压、开断电流、环境气压，使用次数、绝缘系数；通过电流互感器和电压互感器分别采集断路器的开断电流和过电压，位移传感器采集断路器的使用次数和合闸时间，气压传感器采集断路器所在环境的气压值，绝缘测试仪采集断路器绝缘系数；步骤2 :将采集到的模拟量转换成数字量，送至处理器；步骤3 :对断路器电气剩余使用寿命进行预测；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、过电压、开断电流、环境气压，使用次数、绝缘系数为系统输入量，重构出表征断路器电气剩余使用寿命的非线性系统空间；步骤3.2 :在重构出的系统空间内建立基于复杂网络的数学模型，来描述断路器电气剩余使用寿命，并求解该数学模型；步骤3. 3 :得到断路器电气剩余使用寿命的预测结果；步骤4 :将断路器电气剩余使用寿命的预测结果通过传输模块发送至远方调度终端，以便维修人员及时进行检修。有益效果本发明断路器电气剩余使用寿命预测装置及方法，提出利用直接测量断路器的合闸时间、过电压、开断电流、环境气压，使用次数、绝缘系数作为输入量，并最终利用A/D转换器、处理器、变换电路、工控机和传输�？槭迪侄下菲魇褂檬倜募嗖�。这种方法避免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本发明具体实施方式
断路器电气剩余使用寿命预测装置工作示意图；图2本发明具体实施方式
断路器电气剩余使用寿命预测装置结构框图；图3本发明具体实施方式
断路器电气剩余使用寿命预测装置的A/D转换器与处理器电路原理图；图4本发明具体实施方式
断路器电气剩余使用寿命预测方法总流程图；图5本发明具体实施方式
中所采用的复杂网络结构示意图；图6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电气剩余使用寿命预测的流程图；图7本发明预测电气剩余使用寿命曲线与实际电气剩余使用寿命曲线图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细说明。如图I、图2所示，本实施方式的断路器电气剩余使用寿命预测装置，包括断路器、信号米集�？椤/D转换器、处理器、变换电路、工控机和传输�？椋欢下菲鞑捎每獍啬图�12kv的VN3-12E系列，该断路器已使用10年。
信号采集模块包括电压互感器、电流互感器、位移传感器、气压传感器、绝缘测试仪；电压互感器选用JDG4-0. 5 1000/100型号电压互感器，电流互感器选用CTY205型号电流互感器，位移传感器选用大行程拉绳位移传感器CTL系列，绝缘测试仪使用DL09-SDM50，气压传感器选用PT603。电流互感器安装在绝缘子的绝缘支撑件中，用于采集断路器的开断电流，电压互感器安装在二次回路中，用于采集断路器的过电压，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和合闸时间，气压传感器用于采集断路器所在环境的气压值，绝缘测试仪安装在断路器的绝缘壳上，用于采集断路器绝缘系数。A/D转换器选用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。AIN0-AIN10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。处理器选用型号为STC89C51的单片机，使用单片机自带的串行口，可实现与工控机的串行通信。现在PC机提供的COMl、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，本实施方式的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 TT L/CM0S电平。每一个发生器将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电平与工控机间实现传输，具体连接如图3所示，工控机选用采用UN0-3072系列Pentium M/Celeron M嵌入式工控机。传输�？椴捎肏7000系列无线通信系统。电压互感器、电流互感器、位移传感器、气压传感器、绝缘测试仪的输出端分别连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0-AIN4，如图3所示，A/D转换器TLC2543的输出端EOC, CLK, DIN, DOUT分别连接到单片机的P10, Pll, P12, P13，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，工控机输入端和传输�？榈氖淙攵擞氲テ涑龆肆樱欢下菲鞯牡缙畔⒑突敌畔⒕上嘤Φ钠骷刹裳酒型讲裳⒈３�、A/D转换，变为数字信号，送入单片机进行计算和数据处理，通过通信接口与工控机相连并将数据送到传输�？椋朐斗降鞫韧ㄑ蹲龊米急福徊捎蒙鲜龆下菲鞯缙Ｓ嗍褂檬倜げ庾爸媒卸下菲鞯缙Ｓ嗍褂檬倜げ獾姆椒ǎ淞鞒倘缤�4所示，包括如下步骤步骤I :采集断路器的合闸时间、过电压、开断电流、环境气压，使用次数、绝缘系数；将断路器的合闸时间、过电压、开断电流、环境气压，使用次数、绝缘系数作为输入量；采集样本值见表I ;
表I采集样本值
权利要求
1.一种断路器电气剩余使用寿命预测装置，包括断路器，其特征在于包括信号采集�？椤/D转换器、处理器、变换电路、工控机和传输�？椋� 所述信号采集�？榘ǖ缪够ジ衅�、电流互感器、位移传感器、气压传感器和绝缘测试仪；电流互感器是用于采集断路器的开断电流的装置，电压互感器是用于采集断路器的过电压的装置，位移传感器是用于采集断路器的使用次数和合闸时间的装置，气压传感器是用于采集断路器所在环境气压的装置，绝缘测试仪是用于采集断路器绝缘系数的装置；信号采集�？椴杉男藕攀涑鲋罙/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端与处理器的I/O端口连接，变换电路的数据转换引脚与处理器的串口连接，工控机的输入端和传输�？榈氖淙攵司哟砥鞯拇�。
2.采用权利要求I所述的断路器电气剩余使用寿命预测装置进行断路器电气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 :采集断路器的合闸时间、过电压、开断电流、环境气压，使用次数、绝缘系数； 步骤2 :将采集到的模拟量转换成数字量，送至处理器； 步骤3 :对断路器电气剩余使用寿命进行预测； 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、过电压、开断电流、环境气压，使用次数、绝缘系数为系统输入量，重构出表征断路器电气剩余使用寿命的非线性系统空间； 步骤3.2 :在重构出的非线性系统空间内建立基于复杂网络的数学模型，来描述断路器电气剩余使用寿命，并求解该数学模型； 步骤3. 3 :得到断路器电气剩余使用寿命的预测结果； 步骤4 :将断路器电气剩余使用寿命的预测结果通过传输�？榉⑺椭猎斗降鞫戎斩耍员阄奕嗽奔笆苯屑煨�。
全文摘要
一种断路器电气剩余使用寿命预测装置及方法，该装置包括断路器、信号采集�？�、A/D转换器、处理器、变换电路、工控机和传输�？椋恍藕挪杉？椴杉男藕攀涑鲋罙/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端与处理器的I/O端口连接，变换电路的数据转换引脚与处理器的串口连接，工控机的输入端和传输�？榈氖淙攵司哟砥鞯拇�。本发明方法，直接测量断路器的合闸时间、过电压、开断电流、环境气压，使用次数、绝缘系数并将这些作为输入量，利用A/D转换器、处理器、变换电路、工控机和传输�？槭迪侄下菲魇褂檬倜脑げ�。这种方法避免传统方法建立模型和选取参数时造成的误差，并且输入量提取简单，精确，预测效率高。
文档编号G01R31/327GK102736025SQ20121022347
公开日2012年10月17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, 林莘, 滕云, 苏蔚, 齐伟夫, 齐宏伟 申请人:沈阳工业大学
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