專利名稱：一種斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于斷路器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，一半以上的變電站維護(hù)費(fèi)用是花在開(kāi)關(guān)上，而其中60%又是用于斷路器的小修和例行檢修上；另外據(jù)統(tǒng)計(jì)，10%的斷路器故障是由于不正確的檢修所致，斷路器的大修完全解體，既費(fèi)時(shí)，費(fèi)用也很高，可達(dá)整個(gè)斷路器的1/3 —1/2，而且解體和重新裝配會(huì)引起很多缺陷，由此產(chǎn)生的事故例子更是不勝枚舉。對(duì)于斷路器的哪些部件(或重要元件)，運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間需要更換，仍是一個(gè)爭(zhēng)議的問(wèn)題，事實(shí)上在目前比較保守的計(jì)劃?rùn)z修中，時(shí)常發(fā)生許多部件運(yùn)行很多年后更新時(shí)仍性能良好，而由于沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，某一部件出現(xiàn)缺陷而導(dǎo)致電網(wǎng)事故的情況也時(shí)有發(fā)生。因此能夠了解斷路器的狀態(tài)，減少過(guò)早或不必要的停電試驗(yàn)和檢修，做到應(yīng)修則修，就可顯著提高電力系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性。對(duì)開(kāi)關(guān)生產(chǎn)企業(yè)自行研發(fā)并制造生產(chǎn)的一種新型戶外高壓交流真空斷路器的電使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè) 分析，可以方便維修人員進(jìn)行檢修。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)裝置，包括斷路器、信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器、工控機(jī)和通信模塊；所述信號(hào)采集模塊包括電流傳感器、位移傳感器、磨損檢測(cè)儀、測(cè)力計(jì)傳感器、角度傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器；電流傳感器安裝在斷路器的靜觸頭上，用于采集斷路器的短路電流；位移傳感器安裝在斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的拉桿上，用于采集斷路器的使用次數(shù)；磨損檢測(cè)儀安裝在斷路器的靜觸頭上，用于采集斷路器磨損系數(shù)；角度傳感器安裝在斷路器驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)上，用于采集回轉(zhuǎn)角；測(cè)力計(jì)傳感器安裝在斷路器驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)上，用于采集合閘力和分閘力；溫度傳感器和濕度傳感器分別用于采集斷路器所在環(huán)境溫度和濕度；所述數(shù)據(jù)采集器用于對(duì)信號(hào)采集模塊采集的信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；所述數(shù)據(jù)處理器對(duì)AD轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；所述通信模塊用于與遠(yuǎn)方調(diào)度終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。信號(hào)采集模塊采集的信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集器的輸入端，數(shù)據(jù)采集器的輸出端連接數(shù)據(jù)處理器的I/o端口，工控機(jī)輸入端和通信模塊的輸入端分別連接數(shù)據(jù)處理器的串口。采用所述斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)裝置進(jìn)行斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)，按如下步驟進(jìn)行步驟I :采集斷路器的短路電流、使用次數(shù)、磨損系數(shù)、回轉(zhuǎn)角、分閘力、合閘力、環(huán)^!■溫度和環(huán)^!·濕度；[0014]通過(guò)電流傳感器采集斷路器的短路電流，位移傳感器采集斷路器的使用次數(shù)，磨損檢測(cè)儀采集磨損系數(shù)，角度傳感器采集回轉(zhuǎn)角，測(cè)力計(jì)傳感器采集合閘力和分閘力，溫度傳感器和濕度傳感器分別采集斷路器所在環(huán)境的溫度和濕度；步驟2 :對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，送至數(shù)據(jù)處理器；步驟3 :進(jìn)行斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)；步驟3. I :對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間重構(gòu)，在一個(gè)時(shí)間序列內(nèi)以采集到的短路電流、使用次數(shù)、磨損系數(shù)、回轉(zhuǎn)角、分閘力、合閘力、環(huán)境溫度和環(huán)境濕度作為系統(tǒng)輸入量，重構(gòu)出表征斷路器剩余使用壽命的非線性系統(tǒng)的空間；步驟3. 2 :建立基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述斷路器剩余使用壽命，并求解該數(shù)學(xué)模型；步驟3. 3 :得到斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)結(jié)果；步驟4 :將斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)結(jié)果經(jīng)通信模塊發(fā)送到遠(yuǎn)方調(diào)度終端，以便維修人員及時(shí)檢修。有益效果本實(shí)用新型的斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)裝置，直接測(cè)量斷路器的短路電流，使用次數(shù)，磨損系數(shù)，回轉(zhuǎn)角，分閘力，合閘力，環(huán)境溫度和環(huán)境濕度，并將上述參數(shù)作為輸入量，利用傳感器、數(shù)據(jù)采集芯片、中央處理器、工控機(jī)和無(wú)線通訊模塊實(shí)現(xiàn)斷路器使用壽命的監(jiān)測(cè)。避免了傳統(tǒng)方法建立模型和選取參數(shù)時(shí)造成的誤差，并且具有輸入量提取簡(jiǎn)單，精確度高，準(zhǔn)確度好，預(yù)測(cè)效率高的特點(diǎn)。

圖I本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)裝置工作示意圖；圖2本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖3本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)處理器電路連接原理圖；圖4本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)總流程圖；圖5本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
采用基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)流程圖；圖6本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
預(yù)測(cè)斷路器剩余使用壽命曲線與實(shí)際使用壽命曲線圖；圖7本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施做詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)用新型實(shí)施方式的斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)裝置，如圖I和圖2所示，包括斷路器、信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器、工控機(jī)和通信模塊；本實(shí)施方式中，斷路器選用真空IOkv的ZW27-17為例，該斷路器已使用10年。信號(hào)采集模塊包括電流傳感器、位移傳感器、磨損檢測(cè)儀、測(cè)力計(jì)傳感器、角度傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器；電流傳感器選用LZJC-10Q型號(hào)，位移傳感器選用CTL，磨損檢測(cè)儀使用UMT-2，測(cè)力計(jì)傳感器選用SPIP L165，角度傳感器選用SX41200高精度伺服單軸傾角傳感器，溫度傳感器和濕度傳感器選用PCMini70。數(shù)據(jù)采集器選用TI公司的TLC254312位串行A/D轉(zhuǎn)換器，該器件使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。由于該A/D轉(zhuǎn)換器是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機(jī)I/O資源，且價(jià)格適中。數(shù)據(jù)處理器選用STC89C51型號(hào)單片機(jī)，串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543與單片機(jī)STC89C51的連接非常簡(jiǎn)單。ΑΙΜΓΑΙΝ10為模擬輸入端；CS為片選端；DIN為串行數(shù)據(jù)輸入端；D0UT為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；E0C為轉(zhuǎn)換結(jié)束端；CLK為I/O時(shí)鐘；REF+為正基準(zhǔn)電壓端；REF-為負(fù)基準(zhǔn)電壓端；VCC為電源；GND為地。使用單片機(jī)自帶的串行口，可實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)的串行通信。因?yàn)楣た貦C(jī)提供的C0M1、COM2是采用RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)的。而RS-232是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平來(lái)表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或與終端的TTL器件(如單片機(jī))連接，必須在RS-232與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換，變換電路選用由德州儀器公司(TI)推出的一款兼 容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片MAX232。該器件包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路，該電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合T IA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CM0S電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CM0S電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。單片機(jī)是整個(gè)裝置的核心，串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采集，采樣分辨率、轉(zhuǎn)換通道及輸出極性由軟件進(jìn)行選擇，由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機(jī)I/O資源，單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串口(10、11腳)經(jīng)MAX232轉(zhuǎn)換成RS232電平與上位機(jī)(工控機(jī))之間實(shí)現(xiàn)傳輸。工控機(jī)選用UN0-3072系列Pentium M/Celeron M嵌入式工控機(jī)。通信模塊采用H7000系列無(wú)線通信系統(tǒng)。電流傳感器安裝在斷路器的靜觸頭上，位移傳感器安裝在斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的拉桿上，測(cè)力計(jì)傳感器和角度傳感器安裝在驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)上，磨損檢測(cè)儀安裝在斷路器的靜觸頭上，溫度傳感器和濕度傳感器在斷路器所在環(huán)境中采集環(huán)境溫度和濕度；電流傳感器、位移傳感器、測(cè)力計(jì)傳感器、角度傳感器、氣壓傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器的輸出端分別連接A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543的輸入端ΑΙΜΓΑΙΝ6，如圖3所示，A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543的輸出端EOC, CLK, DIN, D0UT，茂分別連接單片機(jī)的I/O端口 P10, Pll, P12，P13, P14，單片機(jī) STC89C51 的 10 引腳(RXD)Ul 引腳(TXD)與變換電路 MAX232的9引腳(R2out)和10引腳(T2in)連接。工控機(jī)輸入端和通信模塊的輸入端分別與單片機(jī)的輸出端連接。斷路器的電氣信息和機(jī)械信息經(jīng)由相應(yīng)的傳感器由采樣芯片進(jìn)行同步采樣、保持、A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)進(jìn)行分類的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。采用上述斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)裝置進(jìn)行斷路器剩余使用壽命預(yù)測(cè)，其流程如圖4所示，包括如下步驟步驟I :采集斷路器的短路電流、使用次數(shù)、磨損系數(shù)、回轉(zhuǎn)角、分閘力、合閘力、環(huán)^!■溫度和環(huán)^!·濕度；通過(guò)電流傳感器采集斷路器的短路電流，位移傳感器采集斷路器的使用次數(shù)，磨損檢測(cè)儀采集磨損系數(shù)，角度傳感器采集回轉(zhuǎn)角，測(cè)力計(jì)傳感器采集合閘力和分閘力，溫度傳感器和濕度傳感器分別采集斷路器所在環(huán)境的溫度和濕度；將采集到的短路電流、使用次數(shù)、磨損系數(shù)、回轉(zhuǎn)角、分閘力、合閘力、環(huán)境溫度和環(huán)境濕度作為輸入量，即維數(shù)為9，采集樣本值見(jiàn)表I :表I采集樣本值
權(quán)利要求1.一種斷路器剩余使用壽命的預(yù)測(cè)裝置，包括斷路器，其特征在于還包括信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器、工控機(jī)和通信模塊； 信號(hào)采集模塊采集的信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集器的輸入端，數(shù)據(jù)采集器的輸出端連接數(shù)據(jù)處理器的I/o端口，工控機(jī)輸入端和通信模塊的輸入端分別連接數(shù)據(jù)處理器的串口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的斷路器剩余使用壽命的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于所述信號(hào)采集模塊包括電流傳感器、位移傳感器、磨損檢測(cè)儀、測(cè)力計(jì)傳感器、角度傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斷路器剩余使用壽命的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于所述電流傳感器是用于采集斷路器的短路電流的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斷路器剩余使用壽命的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于所述位移傳感器是用于采集斷路器的使用次數(shù)的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斷路器剩余使用壽命的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于所述磨損檢測(cè)儀是用于采集斷路器磨損系數(shù)的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斷路器剩余使用壽命的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于所述角度傳感器是用于采集回轉(zhuǎn)角的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斷路器剩余使用壽命的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于所述測(cè)力計(jì)傳感器是用于采集合閘力和分閘力的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斷路器剩余使用壽命的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于所述溫度傳感器是用于采集斷路器所在環(huán)境溫度的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斷路器剩余使用壽命的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于所述濕度傳感器是用于采集斷路器所在環(huán)境濕度的裝置。
專利摘要一種斷路器剩余使用壽命的預(yù)測(cè)裝置，該裝置包括斷路器、信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器、工控機(jī)和通信模塊；信號(hào)采集模塊采集的信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集器的輸入端，數(shù)據(jù)采集器的輸出端連接數(shù)據(jù)處理器的I/O端口，工控機(jī)輸入端和通信模塊的輸入端分別連接數(shù)據(jù)處理器的串口。本實(shí)用新型直接測(cè)量斷路器的短路電流，使用次數(shù)，磨損系數(shù)，回轉(zhuǎn)角，分閘力，合閘力，環(huán)境溫度和環(huán)境濕度，并將上述參數(shù)作為輸入量，利用傳感器、數(shù)據(jù)采集芯片、中央處理器、工控機(jī)和無(wú)線通訊模塊實(shí)現(xiàn)斷路器使用壽命的監(jiān)測(cè)。避免了傳統(tǒng)方法建立模型和選取參數(shù)時(shí)造成的誤差，并且具有輸入量提取簡(jiǎn)單，精確度高，準(zhǔn)確度好，預(yù)測(cè)效率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/327GK202676873SQ20122031319
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者滕云, 溫苗, 李勇, 徐建源, 林莘, 庚振新, 李巖, 蘇蔚 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)