本发明涉及高压真空断路器运行状态的监测技术，具体涉及一种真空灭弧室触头磨损量实时在线智能监测方法和装置。
背景技术：
由于真空断路器运行安全可靠、安装方便、寿命长、价格适宜、而且易于维修，在电力和企业配电上应用广泛。
高压真空断路器的超程也叫超行程，是指真空灭弧室动触头和静触头完全闭合后，动触头侧的压力弹簧所移动的距离，是真空灭弧室触头磨损量的间接反映，是保障高压真空断路器可靠分断的重要特性参数，其作用在于：
1.触头闭合时，保持动触头与静触头之间拥有足够压力，减小动触头与静触头之间的接触电阻，并减小合闸弹跳；
2.触头分闸时，能够为动触头提供必要的初始动能，有利于提高分闸速度，减小燃弧时间，从而提高真空灭弧室的开断性能；
3.当触头在不断磨损时，能够继续维持动触头与静触头之间的压力，从而保证真空灭弧室的分断性能。
随着高压真空断路器运行时间的持续、开断次数的增加，真空灭弧室的触头磨损量也随之增加，高压真空断路器的超行程和触头压力必然逐步减小。通常用超程的减小值表示真空灭弧室的触头磨损量，并依据真空灭弧室动静触头的磨损量来确定触头压力是否仍然在规定范围内。如果不适时地进行真空灭弧室动静触头的磨损量检测，将危及高压真空断路器的安全运行，引发开断事故。
高压真空断路器的超行程测量方法主要有灯亮法和机械尺寸测量法等。在实际操作中灯亮法和机械尺寸测量法均需要在原有的高压真空断路器中增加多个部件，甚至要改变高压真空断路器原有的机械结构，具体表现为；
1.结构过于复杂，安装困难，不便于操作和实施；
2.信号处理繁琐，对测试结果造成误差较大，且容易误报；
3.采用有源传感器，对高压真空断路器的电磁场分布造成改变，从而影响高压真空断路器的分合闸性能。
技术实现要素：
本发明提供一种真空灭弧室触头磨损量实时在线智能监测方法和装置，根据真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量以及真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量对高压真空断路器运行过程中的触头磨损量实现实时、准确的定量判定，并且消除动触头侧压力弹簧固有的塑性变形对真空灭弧室触头磨损量的影响，可根据不同运行需求设置不同的触头磨损量报警阈值，及时发出报警信号，避免高压真空断路器因真空灭弧室触头过度磨损引发的故障，提高高压真空断路器运行的可靠性。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种真空灭弧室触头磨损量实时在线智能监测方法，所述方法包括：
分别计算真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量；
根据所述真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量；
根据所述真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量计算真空灭弧室触头磨损量，并对真空灭弧室触头磨损量进行实时在线智能监测。
所述分别计算真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量，包括：
分别检测真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值F0和F1；
计算真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量ΔF1，有：
ΔF1＝F1-F0
检测真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值F2；
计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量ΔF2，有：
ΔF2＝F2-F0。
所述检测真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值F0和F1包括：
通过压力传感器检测真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值F0和F1。
所述检测真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值F2包括：
通过压力传感器检测真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值F2。
所述根据所述真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量包括：
真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量用ΔF表示，有：
ΔF＝ΔF1-ΔF2
其中，ΔF1表示真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量，ΔF2表示真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量。
所述根据所述真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量计算真空灭弧室触头磨损量，并对真空灭弧室触头磨损量进行实时在线智能监测包括：
计算所述真空灭弧室触头磨损量ΔL，有：
ΔL＝ΔF*k
其中，k为压力弹簧的弹性系数，ΔF表示真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量；
将ΔF与预先设置的压力弹簧的压力临界值ΔF0比较，若ΔF>ΔF0，则继续对真空灭弧室触头磨损量进行监测；反之压力传感器发出报警信号。
述报警信号为节点信号、声音信号或光信号。
所述压力传感器为贴片式压力传感器，所述贴片式压力传感器为无源传感器，其安装在真空灭弧室的动触头侧。
本发明还提供一种真空灭弧室触头磨损量实时在线智能监测装置，所述装置包括：
第一计算模块，用于分别计算真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量；
第二计算模块，用于根据所述真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量；以及
监测模块，用于根据所述真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量计算真空灭弧室触头磨损量，并对真空灭弧室触头磨损量进行实时在线监测。
所述第一计算模块，包括：
第一检测单元，用于分别检测真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值F0和F1；
第一计算单元，用于根据下式计算真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量ΔF1：
ΔF1＝F1-F0
第二检测单元，用于检测真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值F2；以及
第二计算单元，用于根据下式计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量ΔF2：
ΔF2＝F2-F0。
所述第一检测单元具体用于通过压力传感器检测真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值F0和F1。
所述第二检测单元具体用于通过压力传感器检测真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值F2。
所述第二计算模块具体用于根据下式计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量ΔF：
ΔF＝ΔF1-ΔF2
其中，ΔF1表示真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量，ΔF2表示真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量。
所述监测模块，包括：
磨损量计算单元，用于根据下式计算所述真空灭弧室触头磨损量ΔL：
ΔL＝ΔF*k
其中，k为压力弹簧的弹性系数，ΔF表示真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量；
设置单元，用于设置压力弹簧的压力临界值ΔF0；以及
比较单元，用于将ΔF与ΔF0比较，若ΔF>ΔF0，则继续对真空灭弧室触头磨损量进行监测；反之压力传感器发出报警信号。
所述报警信号为节点信号、声音信号或光信号。
所述压力传感器为贴片式压力传感器，所述贴片式压力传感器为无源传感器，其安装在真空灭弧室的动触头侧。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1.本发明提供的真空灭弧室触头磨损量实时在线智能监测方法，通过计算真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量进一步计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量，再根据所述真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量计算真空灭弧室触头磨损量，并判断是否需要继续对真空灭弧室触头磨损量进行实时在线智能监测，计算过程简单，可操作性强，易于实现且应用广泛；
2.只需在真空灭弧室的动触头侧安装压力传感器即可实现真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值的检测；
3.压力传感器采用无源传感器，无需考虑和解决绝缘问题，也不会改变断路器原有的磁场分布，安全可靠，且安装方便；
4.无源传感器输出信号为无线传送，从而避免了线缆传输方式引起的绝缘破坏；
5.真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值以及真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值的测量可以在线进行，无需断电操作，不影响设备正常运行；
6.真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值以及真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值的测量为实时采集并自动转化为磨损量的变化，并可自动消除触头压力弹簧塑性变形对监测结果的影响，通过将真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量与压力弹簧的压力临界值实时比较，可及时诊断出断路器触头磨损的实时状态；
7.检测结果精确，计算方法简单、科学，可以根据检测结果量化判定真空灭弧室触头的运行寿命；
8.可根据测量结果和运行需求，设定不同的压力弹簧的压力临界值，提高压力传感器发出报警信号的可靠性和准确性，有效保障高压真空断路器安全运行。
附图说明
图1是本发明实施例中高压真空断路器结构图；
图2是本发明实施例中高压真空断路器分闸示意图；
图3是本发明实施例中高压真空断路器触头刚合示意图；
图4是本发明实施例中高压真空断路器超行程示意图；
图5是本发明实施例中压力传感器安装位置示意图；
图6是真空灭弧室触头磨损量实时在线智能监测方法流程图；
其中，1-真空灭弧室，2-软连接，3-压力弹簧，4-绝缘拉杆，5-四连杆机构，6-压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明中高压真空断路器结构如图1所示，其工作原理为：动触头和静触头安装在真空灭弧室1内，动触头与软连接2和压力弹簧3相抵，压力弹簧3与绝缘拉杆4相抵，操作机构的输出端为四连杆机构5，绝缘拉杆4与四连杆机构10刚性连接。
当高压真空断路器进行合闸操作时，四连杆机构5会推动绝缘拉杆4向上运动，使得动触头与静触头接触，从而完成高压真空断路器的合闸。
当高压真空断路器进行分闸操作时，四连杆机构5拉动绝缘拉杆4向下运动，使得动触头与静触头分离，从而完成高压真空断路器的分闸。
当高压真空断路器处于分闸位置时，动触头与静触头间的距离即为合闸行程。当高压真空断路器接到合闸指令后，电磁铁线圈得电，衔铁在电磁力作用下触发脱扣机构。脱扣机构拖动四连杆机构5向上运动，从而推动绝缘拉杆4动作。在绝缘拉杆4的作用下，动触头向静触头移动。当动静触头刚刚接触时，到达刚合位置，如图3所示。此时，操作机构继续推动绝缘拉杆4向上运动，从而压缩压力弹簧3，直至达到预先设定的位置。压力传感器6安装位置如图5所示，绝缘拉杆4从刚合位置运动到最终静止所走过的行程即触头接触行程，也即高压真空断路器的超行程。正是由于高压真空断路器在设计时设置了超行程，才能使得动触头和静触头可靠接触。
压力传感器将检测的真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值以及真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值上传到上位机。上位机接收到压力传感器上传的压力实际值后，进行实时计算分析，并将计算结果通过显示屏将压力实际值显示给测试人员或通过网络远传给运行监管后台。
如图2所示，当高压真空断路器处于分闸位置时，动触头和静触头间的距离即为合闸行程。当高压真空断路器接到合闸指令后，电磁铁线圈得电，衔铁在电磁力作用下触发脱扣机构。脱扣机构拖动四连杆机构向上运动，从而推动绝缘拉杆4动作。在绝缘拉杆4的作用下，动触头向静触头移动。当动触头和静触头刚刚接触时，到达刚合位置，如图3所示。此时，操作机构继续推动绝缘拉杆4向上运动，从而压缩压力压簧3，直至达到预先设定的位置，如图4所示，绝缘拉杆4从刚合位置运动到最终静止所走过的行程即触头接触行程，也即高压真空断路器的超行程。正是由于高压真空断路器在设计时设置了超行程，才能使得动触头和静触头可靠接触。
压力传感器6安装位置如图5所示，在压力弹簧3的底端安装一个贴片式压力传感器，该贴片式压力传感器采用无源传感器，可以实时感知压力弹簧3的压力值，并将数据上传到上位机。上位机接收到数据后，可以通过显示屏将压力弹簧3的压力值显示给测试人员。
本发明提供一种真空灭弧室触头磨损量实时在线智能监测方法，如图6所示，所述方法包括：
分别计算真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量；
根据所述真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量；
根据所述真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量计算真空灭弧室触头磨损量，并对真空灭弧室触头磨损量进行实时在线智能监测。
所述分别计算真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量，包括：
分别检测真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值F0和F1；
计算真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量ΔF1，有：
ΔF1＝F1-F0
检测真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值F2；
计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量ΔF2，有：
ΔF2＝F2-F0。
所述检测真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值F0和F1包括：
通过压力传感器检测真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值F0和F1。
所述检测真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值F2包括：
通过压力传感器检测真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值F2。
所述根据所述真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量包括：
真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量用ΔF表示，有：
ΔF＝ΔF1-ΔF2
其中，ΔF1表示真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量，ΔF2表示真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量。
所述根据所述真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量计算真空灭弧室触头磨损量，并对真空灭弧室触头磨损量进行实时在线智能监测包括：
计算所述真空灭弧室触头磨损量ΔL，有：
ΔL＝ΔF*k
其中，k为压力弹簧的弹性系数，ΔF表示真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量；
将ΔF与预先设置的压力弹簧的压力临界值ΔF0比较，若ΔF>ΔF0，则继续对真空灭弧室触头磨损量进行监测；反之压力传感器发出报警信号。
述报警信号为节点信号、声音信号或光信号。
所述压力传感器为贴片式压力传感器，所述贴片式压力传感器为无源传感器，其安装在真空灭弧室的动触头侧。
本发明还提供一种真空灭弧室触头磨损量实时在线智能监测装置，所述装置包括：
第一计算模块，用于分别计算真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量；
第二计算模块，用于根据所述真空灭弧室触头磨损前和磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量；以及
监测模块，用于根据所述真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量计算真空灭弧室触头磨损量，并对真空灭弧室触头磨损量进行实时在线监测。
所述第一计算模块，包括：
第一检测单元，用于分别检测真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值F0和F1；
第一计算单元，用于根据下式计算真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量ΔF1：
ΔF1＝F1-F0
第二检测单元，用于检测真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值F2；以及
第二计算单元，用于根据下式计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量ΔF2：
ΔF2＝F2-F0。
所述第一检测单元具体用于通过压力传感器检测真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器分闸和合闸状态下压力弹簧的压力实际值F0和F1。
所述第二检测单元具体用于通过压力传感器检测真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力实际值F2。
所述第二计算模块具体用于根据下式计算真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量ΔF：
ΔF＝ΔF1-ΔF2
其中，ΔF1表示真空灭弧室触头磨损前高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量，ΔF2表示真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压缩量。
所述监测模块，包括：
磨损量计算单元，用于根据下式计算所述真空灭弧室触头磨损量ΔL：
ΔL＝ΔF*k
其中，k为压力弹簧的弹性系数，ΔF表示真空灭弧室触头磨损后高压真空断路器合闸状态下压力弹簧的压力变化量；
设置单元，用于设置压力弹簧的压力临界值ΔF0；以及
比较单元，用于将ΔF与ΔF0比较，若ΔF>ΔF0，则继续对真空灭弧室触头磨损量进行监测；反之压力传感器发出报警信号。
所述报警信号为节点信号、声音信号或光信号。
所述压力传感器为贴片式压力传感器，所述贴片式压力传感器为无源传感器，其安装在真空灭弧室的动触头侧。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。