专利名称：一种断路器综合状态测试方法
技术领域：
本发明属于电力系统状态测试方法，特别涉及一种断路器综合状态测试方法。
背景技术：
随着电力系统朝着高电压、大容量方向发展，电力运营部门对保证高压断路器的运行可靠性提出了迫切的需要和更高的要求。因此，对高压断路器实施状态检修，掌握其运行特性及变化趋势，能够减少过早或不必要的停电试验和检修，减少维护工作量，降低维修费用，提高检修的针对性，可显著提高电力系统运行的可靠性和经济性。国外在高压断路器状态参数测试方面的研究工作开展的比较早，已经开发出了一些较为实用的高压断路器测试分析系统，具有代表性的主要有瑞典的TM1600/MA61断路器动作特性测试分析系统。该系统由TM1600断路器时间特性测试仪和MA61行程运动测试分析仪两部分构成，可在变电站现场和开关厂等工业环境中测试各种类型的断路器的动作特性；英国Hathaway公司与美国爱迪生电力公司共同研制开发的BCM型开关状态监测系统，可以对开关设备重要参数进行长期连续状态监测，分析变化趋势，及时发现故障前兆。 但TM1600/MA61测试仪价格昂贵，且其由两台测试仪组合而成，集成度低，不便于操作；BCM 型开关状态监测系统虽然可以长期连续状态监测，但由于在线测试的连接方式及响应的局限性，测试精度不高，只能大致反映出机械特性参数的变化趋势，且价格较高。两型号测试仪均不能测量合闸电阻及其投入时间。国内对断路器状态测试仪器研发较晚，传统的测试方法中，检修试验人员通常使用电秒表、同步灯、光线示波器、电磁振荡器和转鼓测速仪等试验设备进行测试。但这些设备运输困难，不但占用现场面积大，测试时接线复杂，读取记录的数据要进行人工处理和计算，而且测量的误差大，检修工作的时间长。但是近年来许多高校、研究机构和电力运营单位也研制出能够提取断路器基本特性参量的测试仪器，其中具有代表性的是扬州品胜电气科技有限公司生产的PSGKC -FPSGKC-F高压断路器测试仪；石家庄汉迪电气有限公司生产的QP02 IBD微机型断路器测试仪；武汉恒新国仪科技有限公司生产的GYKC-4高压开关动特性测试仪等。中国专利号“200910067220. 5”名称为“一种断路器状态测试方法”虽然能够测量合间电阻及投入时间，但在其它方面参数的测量精度低，而且无法测量速度参数， 对时间参数的测量也仅是一个想法。通过对以上提及的测试仪进行分析发现一方面，以上设备主要注重测试断路器的某一类单一参数，例如仅仅是行程参数或者是时间参数，测试仪器测试参数少，不能全面的反映高压断路器运行时的各项状态指标，而且结构复杂，操作繁琐，性能可靠性和集成度低。而且其中的大部分仪器还无法测试断路器的合闸电阻及其投入时间。然而，要对高压断路器的故障做出可信度高的诊断就需要掌握断路器运行状态的综合参数。分合闸线圈电流能反映电磁铁本身以及所控制的锁门或阀门以及连锁触头在操作过程中的工作情况；时间参数的测试能反映断路器触头电磨损程度，评估断路器使用寿命和操作状态；速度参数能够直接反映断路器的机械故障情况和大致的机械故障位置；合闸电阻及其投入时间的测试对于预防在合闸电阻存在缺陷的情况下，断路器继续投入使用，引发高压断路器的爆炸有积极意义。另一方面，以上设备不具有良好的人机交互界面，显示界面较为简单，只能显示处理结果，对波形参数等不能实现直观的显示。但是电流波形，时间特性曲线图等对于状态判断也具有重大的意义。综上所述，国内外的相关断路器状态测试仪普遍存在着监测参量少，实时性差等缺点，无法全面反映出高压断路器的工作状态，并且界面显示不够友好，操作复杂。本发明采用更先进的处理器来进一步综合更多参数的测试，优化系统结构，简化操作，而且同时为满足高压断路器信息管理自动化系统的实现和综合状态测试技术的发展趋势，开发出一种实用新型的断路器综合状态测试仪器，弥补传统电力设备故障预防中综合状态测试的空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种断路器综合状态测试方法，它全面反映了高压断路器的工作状态，包括对分合闸线圈电流、时间参数、速度参数、合闸电阻及投入时间的测试。本发明的技术方案如下
一种断路器综合状态测试方法，由以下步骤组成
(A)基于LINUX操作系统和Qt/Embedded的软件环境构建；
(B)对分合闸线圈电流的采集与测量；
在断路器的线圈端串接电流传感器，电流传感器的输出经过调理电路后再经A/D转换得到线圈电流信号；利用Mallet离散小波变换处理线圈电流信号，提取电流特征参数；
(C)对时间参数的采集与测量；
将断路器的触头端与测试仪的开关量输入端相连接，通过端口探测电路探测得到时间参数；
(D)对速度参数的采集与测量；
将位移传感器与断路器的动触头连接固定，位移传感器的输出直接经过A/D转换得到行程时间信号；利用HR滤波技术的数字信号处理技术从行程-时间波形中提取出速度参数；
(E)对合闸电阻及投入时间的测量；
在断路器输入端连接标准电阻，在标准电阻上加有直流电压源，标准电阻连接信号调理器，测试标准电阻在断路器分合闸不同的四个状态时间段的电压值，通过主控CPU得出合闸电阻的阻值和投入时间。
图1是测试仪的整体软件结构图2是霍尔电流传感器接线图3是分合闸线圈电流信号采集电路原理图4是典型的分合闸线圈电流特性波形；
图5是端口探测电路电路图6是固态继电器接线图7是合闸电阻工作过程图8是合闸电阻投入时间及测量方案图；图9是标准电阻电压变化曲线图； 图10是本发明整体结构框图。本发明的优点在于1、通过研究目前国内外已经使用的高压断路器分合闸参数的测试方法，综合考虑测试仪的运行速度和数据处理速度以及良好美观的人机交互，本发明设计了基于ARM处理器的信号采集处理和显示硬件电路，使用各种可靠的抗电磁干扰的外围电路，软件方面采用嵌入式LINUX作为操作系统，利用Qt/Embedded开发⑶I界面；2、本发明采用基于HR滤波技术的数字信号处理技术从行程-时间波形中提取出速度参数，在电力系统中，现场采集的高压断路器行程信号不可避免的含有高频噪声信号，只有进行去噪处理，才能有效地提取出原信号中的有用特征信息。本发明通过对比多种滤波手段，得出了运用基于加窗方法的FIR滤波技术能够很好的去除高频噪声干扰，实现速度参数的精确提取；3、本发明采用改进的Mallet离散小波变换处理方法对线圈电流信号进行分析提取出主要的时间参数，由于高压断路器现场电磁环境较为恶劣，线圈的电流信号波形往往含有很多因干扰而产生的高频噪声，这对从波形中提取有用信息十分不利，兼顾到高压断路器分合闸线圈电流信号的瞬变特性，本发明经过多种处理方法的验证比较，得出小波变换理论不但可以很好的去除高频噪声，而且线圈的电流信号经小波变换后的特征参量特别明显，可以准确地提取出来；4、本发明通过测试一个标准电阻在每个状态时间的电压值得到合闸电阻阻值和投入时间；5、本发明装置同时配备了大容量flash、SD卡和8英寸液晶屏幕，能够实现对海量数据的存储、数据的移动复制以及数据的显示，大尺寸的彩色液晶能够实现对测试曲线的直观显示分析，此外液晶上还具有触摸屏功能能够实现良好的人机交互。本装置还外扩了键盘接口和微型打印机，测试结果可随时查阅打印分析，这为电力设备测试的便携性和可靠性提供有力的保证，符合目前电力设备优化状态测试的重要内容和发展方向；6、本发明采用集成化的设计理念，分别采样处理断路器动作时触点状态、线圈电流和合闸电阻等断路器的关键状态信息，集检测与智能诊断一体化，全面反映了高压断路器的状态参数，为断路器的检修操作提供合理建议；7、本发明同时具备抗干扰能力强，满足严酷的工业等级B标准，同时接线简单，操作方便，系统集成度高，具有数据打印功能，方便检修人员对测试结果进行比较和分析，把握断路器性能的变化趋势，以便及时提出维修方案， 符合目前电力设备优化状态测试的重要内容和发展方向；8、本发明可以减少很多繁琐的检修测试工具，减少设备重复投资费用，节省不必要的开支，大大减少断路器维修和检测的费用，考虑到每个变电所有几十台断路器，如果广泛应用该设备，每年节省的维修和检测费用是相当可观的，间接效益是弥补了国产断路器检测仪无法实现合闸电阻的测试空白，减少了安全隐患，对提高电力系统输电的连续性和高效性，降低设备故障率，提高断路器工作的可靠性有着重要意义。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。一种断路器综合状态测试方法，由以下步骤组成
(A)基于LINUX操作系统和Qt/Embedded的软件环境构建；
由图1可知，系统运行顺序为=Bootloader在系统上电时开始执行，初始化硬件设备、 准备好软件环境，最后调用操作系统内核，操作系统位于硬件之上，它的主要作用是内存管理，文件管理、设备管理、提供网络协议。根文件系统主要配合操作系统实现文件管理功能， 并提供一些系统库函数，供用户调用，如Qt/Embedded库，C函数库，应用程序位于最上层，是用户编写实现特定功能；
整个软件的开发流程如下首先将定制好的，编译好的Boot loader和操作系统移植到设计好的硬件电路上；然后在操作系统中加入硬件的驱动程序，如LCD，网口等，用户不能直接操作硬件，需要通过操作系统调用相应的硬件驱动程序才能对硬件进行控制；之后， 在操作系统之上安装Qt/Embedded开发环境；最后进行应用程序的开发；
本发明在应用程序开发方面主要包括以下三个方面
1)初始化在QT应用程序中，首先是在main,cpp中创建QApplication对象， QApplication类负责图像用户界面应用程序的控制流和主设置；
2)创建组件为了实现功能的选择和测试信息的显示创建了两个类对象，分别是 QPainting和QMaini7Orm类对象，其中QMaini7Orm类从QwidgetStack类继承而来，用于实现窗口的翻页功能，而QPainting类从QWidget类继承而来，用于实现波形数据的显示；
3)事件处理事件处理过程QApplication的事件循环体(mainevent loop)从事件队列中拾取本地窗口系统事件或其他的事件，译成QEvent ()，并送给QObject: event ()，最后送给QWidget::event ()分别对事件处理，如KeyPressEvent ()，事件的产生除了直接来自于所在的窗口系统，还可以利用QApplication类的成员函数发送事件， 如sendEvent ()；
(B)对分合闸线圈电流的采集与测量；
由图2可知，本发明采用闭环霍尔电流传感器CSM003A，断路器合闸线圈的直流模拟信号J1经过闭环霍尔电流传感器CSM003A变换成电流信号12，12经过匹配电阻/P转换成AD转换模块能够接收的电压信号U0,图中TP1和仏一起构成限压保护环节，其中/P1是限流电阻， 防止传感器输出端的电流过大而毁坏电源单元，电阻R、R1及二极管D1构成了调理电路；
由图3可知，分闸回路由闭环霍尔电流传感器通过分闸继电器与分闸线圈串联组成， 合闸回路由闭环霍尔电流传感器通过合闸继电器与合闸线圈串联组成，闭环霍尔电流传感器与直流220V相连，当系统发出分合闸命令后，主处理器控制分合闸继电器吸合，形成分合闸测试回路，断路器动作，AD转换模块进行电流信号采集，并保存到SD卡中，以完成分合闸线圈电流信号的采集；
图4为典型的分合闸线圈电流特性波形，这个波形根据铁心的运动，可以分为以下五个阶段
1)阶段I，tO至tl。线圈在tO时刻通电，到tl时刻铁心开始运动；
2)阶段II，tl至t2。铁心运动，电流下降。t2是控制电流的谷点，代表铁心已经触动操动机械的负载而显著减速或者停止运动；
3)阶段III，t2至t3。铁心停止运动，电流又呈指数上升；
4)阶段IV，t3至t4。这一阶段是阶段III的延续，电流达到近似的稳态；
5)阶段V，t4至t5。电流开断阶段。此阶段辅助开关分断；
利用Mallet离散小波变换处理线圈电流信号，提取电流特征参数具体方法如下
a)将含噪声信号进行小波分解选择合适的小波和小波分解层数j，将其分解至j层， 得到相应的小波分解系数，Mallat算法中的小波分解算法为
^Hg冲(2.1)
权利要求
1.一种断路器综合状态测试方法，其特征在于由以下步骤组成，(A)基于LINUX操作系统和Qt/Embedded的软件环境构建；(B)对分合闸线圈电流的采集与测量；(C)对时间参数的采集与测量；(D)对速度参数的采集与测量；(E)对合闸电阻及投入时间的测量。
2.如权利要求1所述的一种断路器综合状态测试方法，其特征在于步骤(B)采用断路器的线圈端串接电流传感器，电流传感器的输出经过调理电路后再经A/D转换得到线圈电流信号，并利用Mallet离散小波变换处理线圈电流信号，提取电流特征参数。
3.如权利要求1所述的一种断路器综合状态测试方法，其特征在于步骤(C)采用将断路器的触头端与测试仪的开关量输入端相连接，通过端口探测电路探测得到时间参数。
4.如权利要求1所述的一种断路器综合状态测试方法，其特征在于步骤(D)采用将位移传感器与断路器的动触头连接固定，位移传感器的输出直接经过A/D转换得到行程时间信号，并利用HR滤波技术的数字信号处理技术从行程-时间波形中提取出速度参数。
5.如权利要求2所述的一种断路器综合状态测试方法，其特征在于=Mallet离散小波变换处理线圈电流信号，提取电流特征参数的步骤如下a)将含噪声信号进行小波分解；b)对分解所得到的小波系数进行阈值处理；c)进行小波逆变换；d)确定出参数t2；e)确定出参数tl；f)确定出参数t3。
全文摘要
本发明公开了一种断路器综合状态测试方法，属于电力系统状态测试方法领域，它全面反映了高压断路器的工作状态，包括对分合闸线圈电流、时间参数、速度参数、合闸电阻及投入时间的测试。本发明参数测量精准，具有良好的人机交互界面，有效降低了安全隐患，对提高电力系统输电的连续性和高效性，降低设备故障率，提高断路器工作的可靠性有着重要意义。
文档编号G01R31/327GK102288907SQ20111018829
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者姜涛, 孙广, 左廷涛, 张亚萍, 武学亮, 田立岩, 胡晓光, 霍桂玲 申请人:内蒙古东部电力有限公司赤峰电业局