基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法技術方案

本發(fā)明專利技術公開的基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)，包括有安裝于斷路器上的多個光纖光柵振動傳感器和安裝于斷路器輸出觸點處的開關量檢測模塊，光纖光柵振動傳感器通過依次與光纖光柵解調儀、信號調理模塊及AD轉換模塊連接，AD轉換模塊與開關量檢測模塊分別與隔離單元模塊連接，隔離單元模塊依次與數(shù)字信號處理器、上位機連接；本發(fā)明專利技術還公開了上述監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，在斷路器的多個位置上安裝光纖光柵振動傳感器，采集斷路器的振動信號，然后對信號進行處理，傳輸?shù)缴衔粰C，從而可確定傳感器的最佳安裝位置和實現(xiàn)對斷路器機械狀態(tài)的監(jiān)測。本發(fā)明專利技術基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法實現(xiàn)了對運行中的斷路器進行實時振動監(jiān)測。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
本專利技術屬于電力設備在線監(jiān)測方法
，涉及一種基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)，本專利技術還涉及上述斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法。
技術介紹
斷路器是電力系統(tǒng)的重要設備，其機械故障會對系統(tǒng)運行構成極大威脅，并導致嚴重的經(jīng)濟損失。為了確保斷路器的安全運行和提高電力系統(tǒng)運行的可靠性，必須加強對其進行振動監(jiān)測。隨著計算機技術、傳感技術、現(xiàn)場總線技術和人工智能的日趨成熟，對斷路器振動監(jiān)測已經(jīng)成為可能。斷路器的振動信號蘊含著豐富的機械狀態(tài)信息，振動信號監(jiān)測是一種非侵入式的監(jiān)測方法,不影響設備的內(nèi)部結構和正常運行,利用振動信號對斷路器機械狀態(tài)進行監(jiān)測和診斷,可提前發(fā)現(xiàn)和預防故障,是判斷機械狀態(tài)的有效手段。傳統(tǒng)的斷路器振動監(jiān)測方法主要是通過壓電式加速度傳感器對斷路器三相觸頭末端處進行振動監(jiān)測，根據(jù)上位機顯示的波形情況，從而確定斷路器的機械狀態(tài)。雖然可以實時監(jiān)測到斷路器相的振動，但是傳感器存在抗干擾能力差、存在積分誤差累計的問題，實測的誤差較大，并且只監(jiān)測一個位置的振動信號，并不能說明斷路器的機械狀態(tài)。光纖光柵振動傳感器是一種抗電磁干擾、靈敏度高且能在惡劣環(huán)境下正常穩(wěn)定工作的傳感器，它能夠實時對振動信號進行動態(tài)監(jiān)測。如果將其應用到斷路器在線監(jiān)測，將會在其監(jiān)測的可靠性和精度上得到很大的提高。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對運行中的斷路器進行實時振動監(jiān)測的目的。本專利技術的另一目的在于提供一種基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法。本專利技術所采用的第一種技術方案是，基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)，包括有安裝于斷路器上的多個光纖光柵振動傳感器和安裝于斷路器輸出觸點處的開關量檢測模塊，光纖光柵振動傳感器通過信號線依次與光纖光柵解調儀、信號調理模塊及AD轉換模塊連接，AD轉換模塊與開關量檢測模塊分別通過信號線與隔離單元模塊連接，隔離單元模塊通過信號線與數(shù)字信號處理器連接，數(shù)字信號處理器通過CAN總線與上位機連接；信號調理模塊、AD轉換模塊、開關量檢測模塊、隔離單元模塊及數(shù)字信號處理器均集成于一塊印制電路板上。本專利技術第一種技術方案的特點還在于：光纖光柵振動傳感器固定于斷路器殼體非帶電部分的表面，斷路器殼體非帶電部分的表面上設置有帶螺紋安裝孔的剛性底座，光纖光柵振動傳感器采用螺栓連接的方式與剛性底座連接。光纖光柵解調儀的型號為SR-100-T。AD轉換模塊的型號為AD7656。隔離單元模塊的型號為P781。本專利技術所采用的第二種技術方案是，基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，具體按照以下步驟實施：步驟1、利用光纖光柵振動傳感器采集斷路器不同位置的分合閘振動參量變化，根據(jù)分合閘振動參量變化得到光信號的變化量；步驟2、光纖光柵解調儀將步驟1中的多個光纖光柵振動傳感器采集到的光信號解調成電壓信號，并將其放大到適合AD轉換的電壓信號，得到放大后的電壓信號，放大后的電壓信號其電壓為4.75～5.25V；步驟3、利用信號調理模塊處理經(jīng)步驟2得到的放大后的電壓信號，得到數(shù)字信號；同時由開關量檢測模塊提取斷路器的位置信號；步驟4、將經(jīng)步驟3得到的數(shù)字信號及斷路器的位置信號依次經(jīng)過隔離單元模塊、數(shù)字信號處理器處理后送至上位機，完成整個振動信號的處理和傳輸；步驟5、上位機對不同位置分合閘振動信號進行分析處理、實時顯示和報警，并且根據(jù)波形分析確定光纖光柵振動傳感器的最佳安裝位置。本專利技術第二種技術方案的特點還在于：步驟1.1、將多個光纖光柵振動傳感器分別安裝于斷路器殼體非帶電部分，具體安裝方法為：在斷路器殼體非帶電部分的表面粘貼一個帶螺紋安裝孔的剛性底座，然后采用螺栓連接的方式將多個光纖光柵振動傳感器固定在這個底座上；步驟1.2、利用多個光纖光柵振動傳感器采集斷路器不同位置的分合閘振動參量變化，振動參量變化會導致光纖光柵軸向應變，引起光纖光柵反射波長的變化，即將分合閘的振動參量變化轉化為光信號的變化。步驟3具體按照以下步驟實施：步驟3.1、利用信號調理模塊將放大后的電壓信號中高頻干擾信號濾除，高頻干擾信號是指頻率為20kHz以上的干擾信號；步驟3.2、經(jīng)步驟3.1，將濾波后的電壓信號調整到適合AD采樣的范圍，得到模擬信號；步驟3.3、利用AD轉換模塊將步驟3.2中得到的模擬信號轉換為數(shù)字信號，同時由開關量檢測模塊提取斷路器的位置信號。步驟4具體按照以下步驟實施：步驟4.1、將經(jīng)步驟3得到的數(shù)字信號及斷路器的位置信號輸送至隔離單元模塊，得到隔離后的相應信號；步驟4.2、將經(jīng)步驟4.1得到隔離后的相應信號輸送至數(shù)字信號處理器進行信號處理，得到了相應的相頻、幅頻和諧波信號；步驟4.3、將經(jīng)步驟4.2得到的相應相頻、幅頻和諧波信號通過CAN總線傳輸?shù)缴衔粰C，完成整個振動信號的處理和傳輸。步驟10具體按照以下方法實施：通過小波包分解，建立最優(yōu)分解樹重構完好的狀態(tài)振動信號，并將重構的狀態(tài)振動信號作為當前使用的指紋信號；同時將敏感節(jié)點的最大系數(shù)作為特征向量輸入向量機進行狀態(tài)分類，以此用來判斷斷路器當前狀態(tài)。本專利技術的有益效果在于：1.本專利技術基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)中，采集斷路器分合閘振動信號選用的是光纖光柵振動傳感器，其原因在于：光纖光柵振動傳感器具有抗電磁干擾、精度高、信號傳輸量大，能在惡劣環(huán)境下正常工作，可以實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)測等優(yōu)點。2.本專利技術基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測多路振動信號，而且同時提取斷路器分合閘動作信號，從而可以在上位機上清楚地看到斷路器分/合時的振動波形。3.本專利技術基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)中設置了數(shù)字信號處理器和上位機，可以自動采集斷路器分合閘振動信號，從而實現(xiàn)了智能監(jiān)測的目的；4.本專利技術基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測系統(tǒng)適合于不同電壓等級的斷路器。附圖說明圖1是本專利技術基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖；圖2是利用本專利技術基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測的過程中信號小波包分解的原理示意圖；圖3是利用本專利技術基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)得到的最優(yōu)分類面的示意圖。圖中，1.光纖光柵振動傳感器，2.光纖光柵解調儀，3.信號調理模塊，4.AD轉換模塊，5.斷路器輸出觸點，6.開關量檢測模塊，7.隔離單元模塊，8.數(shù)字信號處理器，9.上位機。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術進行詳細說明。本專利技術基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)，其結構如圖1所示，包括有安裝于斷路器上的多個光纖光柵振動傳感器1和安裝于斷路器輸出觸點處的開關量檢測模塊6，光纖光柵振動傳感器1通過信號線依次與光纖光柵解調儀2、信號調理模塊3及AD轉換模塊4連接，AD轉換模塊4與開關量檢測模塊6分別通過信號線與隔離單元模塊7連接，隔離單元模塊7通過信號線與數(shù)字信號處理器8連接，數(shù)字信號處理器8通過CAN總線與上位機9連接；信號調理模塊3、AD轉換模塊4、開關量檢測模塊6、隔離單元模塊7及數(shù)字信號處理器8均集成于一塊印制電路板(PCB)上。光纖光柵振動傳感器1安裝方式為：在斷路器殼體非帶電部分的表面粘貼一個帶螺紋安裝孔的剛性底座，然后采用螺栓連接的方式將光纖光柵振動傳感器1固定在這個底座上。光纖光柵解調儀2本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括有安裝于斷路器上的多個光纖光柵振動傳感器(1)和安裝于斷路器輸出觸點處的開關量檢測模塊(6)，所述光纖光柵振動傳感器(1)通過信號線依次與光纖光柵解調儀(2)、信號調理模塊(3)及AD轉換模塊(4)連接，所述AD轉換模塊(4)與開關量檢測模塊(6)分別通過信號線與隔離單元模塊(7)連接，所述隔離單元模塊(7)通過信號線與數(shù)字信號處理器(8)連接，所述數(shù)字信號處理器(8)通過CAN總線與上位機(9)連接；所述信號調理模塊(3)、AD轉換模塊(4)、開關量檢測模塊(6)、隔離單元模塊(7)及數(shù)字信號處理器(8)均集成于一塊印制電路板上。

【技術特征摘要】
1.基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，該監(jiān)測方法依賴于基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)；所述基于光纖傳感器的斷路器振動監(jiān)測系統(tǒng)，包括有安裝于斷路器上的多個光纖光柵振動傳感器(1)和安裝于斷路器輸出觸點處的開關量檢測模塊(6)，所述光纖光柵振動傳感器(1)通過信號線依次與光纖光柵解調儀(2)、信號調理模塊(3)及AD轉換模塊(4)連接，所述AD轉換模塊(4)與開關量檢測模塊(6)分別通過信號線與隔離單元模塊(7)連接，所述隔離單元模塊(7)通過信號線與數(shù)字信號處理器(8)連接，所述數(shù)字信號處理器(8)通過CAN總線與上位機(9)連接；所述信號調理模塊(3)、AD轉換模塊(4)、開關量檢測模塊(6)、隔離單元模塊(7)及數(shù)字信號處理器(8)均集成于一塊印制電路板上；所述光纖光柵振動傳感器(1)固定于斷路器殼體非帶電部分的表面，斷路器殼體非帶電部分的表面上設置有帶螺紋安裝孔的剛性底座，所述光纖光柵振動傳感器(1)采用螺栓連接的方式與剛性底座連接；所述光纖光柵解調儀(2)的型號為SR-100-T；所述AD轉換模塊(4)的型號為AD7656；所述隔離單元模塊(7)的型號為P781；其特征在于，所述監(jiān)測方法具體按照以下步驟實施：步驟1、利用光纖光柵振動傳感器(1)采集斷路器不同位置的分合閘振動參量變化，根據(jù)分合閘振動參量變化得到光信號的變化量；步驟2、光纖光柵解調儀(2)將步驟1中的多個光纖光柵振動傳感器(1)采集到的光信號解調成電壓信號，并將其放大到適合AD轉換的電壓信號，得到放大后的電壓信號，放大后的電壓信號其電壓為4.75～5.25V；步驟3、利用信號調理模塊(3)處理經(jīng)步驟2得到的放大后的電壓信號，得到數(shù)字信號；同時由開關量檢測模塊(6)提取斷路器的位置信號；步驟4、將經(jīng)步驟3得到的數(shù)字信號及斷路器的位置信號依次經(jīng)過隔離單元模塊(7)、數(shù)字信號處理器(8)處理后送至上位機(9)，完成整個振動信號的處理和傳輸；步驟5、上位機(9)對不同位置分合閘...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：黃新波，徐冠華，朱永燦，朱海濤，馬龍濤，趙陽，吳孟魁，王巖妹，薛卜瑋，
申請(專利權)人：西安工程大學，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61