操作机构数据采集系统及其驱动回路模块、方法与流程

本发明属于断路器操作机构数据采集，尤其涉及一种真空断路器操作机构数据采集系统及其驱动回路模块、方法。

背景技术：

1、随着供电领域对智能化的需求不断提高，状态监测、故障诊断、风险预测和健康评估等技术已成为行业研究重点，而大量原始数据积累和多参量数据综合分析正是技术核心的基础和关键。依据现有测试模式和测试仪器，在需要大量实验数据的背景下，人工汇总数据融合已显得力不从心，单一测试内容也无法满足多参量数据综合分析的需求。

2、目前，真空断路器操作机构的测试主要是依靠机械特性测试和示波器为主的单一测试试验，主要依赖于人工操作机械特性测试采集操作机构的机械特征参量，利用示波器搭配电流或电压传感器分别采集不同试验项目的电流电压参量，通过人工进行试验数据的记录和整合，再进行后面的整体综合分析。

3、目前操作机构测试与研究仍然主要依赖人工操作方式和人员测试经验，仅能完成以机械特性测试为主的单一测试试验，无法完整融合线圈操作电流与电压状态、储能状态、电源状态、机械特性状态等多参量的全方位融合对比分析，所得数据皆为各种算法过滤后的数值终态结果，无法得到高质量的动态全息原始数据；另外，不同的测试内容，需要使用不同的测试仪器、测试方法以及接线，对于试验人员能力要求较高，无形的增加研究工作的人工成本和时间成本，工作量大、工作效率低、对比分析难度大、出错率高、安全性低，无法满足当前智能化发展的需求；同时也因人工操作原因，数据的记录和整合存储依然采用人工输入方式，极大降低了工作效率，增加人为因素风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种操作机构数据采集系统及其驱动回路模块、方法，以解决传统操作机构研究试验工作量大、工作效率低、出错率高、安全性低的问题，本发明的驱动回路模块可以为被测操作机构提供储能电源、控制电源，满足测试所需操作电源电压值。

2、本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：

3、一种驱动回路模块，应用于真空断路器操作机构数据采集系统，所述驱动回路模块包括高压直流电源hm、高压直流电源km、电源适配器dp、嵌入式控制模块qk、控制转接航插ht、供放电回路、合分闸旋钮kk和旋转开关zh2；所述高压直流电源hm、高压直流电源km、电源适配器dp的输入端均与所述交流电源回路单元的输出端连接；所述高压直流电源hm、高压直流电源km、嵌入式控制模块qk与所述数据处理与显示单元通信连接；所述高压直流电源hm的输出端与所述供放电回路中接触器kmc2的常开触点kmc2-1/kmc2-2连接，所述高压直流电源km的输出端与所述供放电回路中接触器kmc3的常开触点kmc3-1/kmc3-2连接，所述电源适配器dp的输出端与所述嵌入式控制模块qk的电源端连接；

4、所述嵌入式控制模块qk的控制接点k2/k3的一端k21/k31、所述供放电回路中接触器kmc2的常开触点kmc2-2、接触器kmc3的常开触点kmc3-2通过控制转接航插ht输出合闸控制指令或分闸控制指令；所述供放电回路中接触器kmc2的常开触点kmc2-1、接触器kmc4的常闭触点kmc4-3通过控制转接航插ht给储能电源充电；所述供放电回路中释能电阻rf、接触器kmc4的常开触点kmc4-1还通过控制转接航插ht与储能回路连接；

5、所述旋转开关zh2的两个常闭开关的一端分别与所述嵌入式控制模块qk的控制接点k2/k3的另一端k20/k30连接，所述旋转开关zh2的两个常闭开关的另一个端分别与所述供放电回路中接触器kmc2的常开触点kmc2-1、接触器kmc3的常开触点kmc3-1连接，所述旋转开关zh2的两个常开开关的一端通过合分闸旋钮kk与所述嵌入式控制模块qk的控制接点k2/k3的一端k21/k31连接，所述旋转开关zh2的两个常开开关的另一端分别与所述供放电回路中接触器kmc2的常开触点kmc2-1、接触器kmc3的常开触点kmc3-1连接。

6、基于同一构思，本发明还提供一种操作机构数据采集系统，所述系统包括如上所述的驱动回路模块。

7、基于同一构思，本发明还提供一种如上所述的驱动回路模块的驱动控制方法，所述方法包括以下步骤：

8、当为程序控制时，根据工控机主机下发的合闸控制指令控制嵌入式控制模块qk中的控制接点k2闭合，接通被测操作机构的合闸控制回路；根据工控机主机下发的分闸控制指令控制嵌入式控制模块qk中的控制接点k3闭合，接通被测操作机构的分闸控制回路；

9、当为人工手动控制时，人工控制旋转开关zh2的常闭开关断开、常开开关闭合，根据显示的分闸状态，将合分闸旋钮kk旋转至合闸档位，接通被测操作机构的合闸控制回路；根据显示的合闸状态，将合分闸旋钮kk旋转至分闸档位，接通被测操作机构的分闸控制回路。

10、本发明还提供了一种操作机构数据采集系统，应用于真空断路器，所述系统包括交流电源回路单元、数据采集回路单元、驱动回路单元以及数据处理与显示单元；所述交流电源回路单元的输出端分别与数据采集回路单元、驱动回路单元以及数据处理与显示单元连接；所述数据采集回路单元分别与被测操作机构、数据处理与显示单元连接；所述驱动回路单元分别与被测操作机构、数据处理与显示单元连接；

11、所述交流电源回路单元，被配置为给数据采集回路单元、驱动回路单元以及数据处理与显示单元提供交流电源；

12、所述数据采集回路单元，被配置为采集被测断路器的触头状态信号，以及在数据处理与显示单元的控制指令下采集被测操作机构的分合闸控制电流信号、被测操作机构的分合闸线圈电流信号、被测操作机构的储能电压信号和触头位移信号；

13、所述驱动回路单元，被配置为给被测操作机构提供电源，以及向被测操作机构下达合闸控制指令或分闸控制指令，以驱动被测操作机构执行相应的动作；

14、所述数据处理与显示单元，被配置为根据所述数据采集回路单元采集的触头状态信号判断被测断路器处于分闸状态或合闸状态，并生成相反的控制指令。

15、进一步地，所述交流电源回路单元包括断路器qf、接触器kmc1、旋转开关zh1以及指示灯jd；所述断路器qf的主触点qf1两端分别与外部交流电的火线l、接触器kmc1的常开触点kmc1-1的第一端连接，主触点qf1还与旋转开关zh1的第一端连接；所述断路器qf的主触点qf2的一端与外部交流电的零线n连接，另一端分别与接触器kmc1的常开触点kmc1-2的第一端、接触器kmc1的线圈的第一端连接，接触器kmc1的线圈的第二端与旋转开关zh1的第二端连接；由指示灯jd与接触器kmc1的常开触点kmc1-3串联构成的支路并联于接触器kmc1的线圈的两端；

16、所述接触器kmc1的常开触点kmc1-1的第二端、常开触点kmc1-2的第二端作为所述交流电源回路单元的输出端。

17、进一步地，所述数据采集回路单元包括数据采集模块、i/o模块、采样电阻r1～r5、电流传感器l1～l4、低压直流开关电源z15和z24、位移传感器zw以及电压传感器dy；所述低压直流开关电源z15和z24的输入端均与所述交流电源回路单元的输出端连接，所述低压直流开关电源z15的输出端分别与电流传感器l1～l4、位移传感器zw的电源端连接；所述低压直流开关电源z24的输出端与电压传感器dy的电源端连接；所述数据采集模块、i/o模块分别与所述数据处理与显示单元连接；

18、所述电流传感器l1设于被测操作机构的合闸控制回路，且其输出端经采样电阻r5与所述数据采集模块的输入端连接，所述电流传感器l1用于采集被测操作机构的合闸控制电流信号；所述电流传感器l2设于被测操作机构的分闸控制回路，且其输出端经采样电阻r4与所述数据采集模块的输入端连接，所述电流传感器l2用于采集被测操作机构的分闸控制电流信号；

19、所述电流传感器l3设于被测操作机构的合闸线圈回路，且其输出端经采样电阻r3与所述数据采集模块的输入端连接，所述电流传感器l3用于采集被测操作机构的合闸线圈电流信号；所述电流传感器l4设于被测操作机构的分闸线圈回路，且其输出端经采样电阻r2与所述数据采集模块的输入端连接，所述电流传感器l4用于采集被测操作机构的分闸线圈电流信号；

20、所述位移传感器zw设于被测操作机构传动路径中，且其输出端经采样电阻r1与所述数据采集模块的输入端连接，所述位移传感器zw用于采集被测断路器的触头位移信号；

21、所述电压传感器dy设于被测操作机构储能回路中，且其输出端与所述数据采集模块的输入端连接，所述电压传感器dy用于采集操作机构的储能电压信号；

22、所述i/o模块用于采集被测断路器的触头状态信号，并将采集的触头状态信号发送给数据处理与显示单元。

23、进一步地，所述电流传感器l3的电源端通过采样转接航插cz1的1、2端口与所述低压直流开关电源z15的输出端连接，所述电流传感器l3的输出端通过采样转接航插cz1的3端口经采样电阻r3与所述数据采集模块的输入端连接；

24、所述电流传感器l4的电源端通过采样转接航插cz2的1、2端口与所述低压直流开关电源z15的输出端连接，所述电流传感器l4的输出端通过采样转接航插cz2的3端口经采样电阻r2与所述数据采集模块的输入端连接；

25、所述位移传感器zw的电源端通过采样转接航插cz3的1、2端口与所述低压直流开关电源z15的输出端连接，所述位移传感器zw的输出端通过采样转接航插cz3的3端口经采样电阻r1与所述数据采集模块的输入端连接；

26、所述电压传感器dy的采集端通过采样转接航插cz4的1、2端口、所述驱动回路单元中的控制转接航插ht与被测操作机构的储能回路连接。

27、进一步地，当所述被测操作机构为永磁操作机构时，所述电压传感器dy设于被测操作机构的储能电容回路中；当所述被测操作机构为弹簧操作机构时，所述电压传感器dy设于被测操作机构的储能电源回路中。

28、进一步地，所述驱动回路单元包括高压直流电源hm、高压直流电源km、电源适配器dp、嵌入式控制模块qk、控制转接航插ht、供放电回路、合分闸旋钮kk和旋转开关zh2；所述高压直流电源hm、高压直流电源km、电源适配器dp的输入端均与所述交流电源回路单元的输出端连接；所述高压直流电源hm、高压直流电源km、嵌入式控制模块qk与所述数据处理与显示单元通信连接；所述高压直流电源hm的输出端与所述供放电回路中接触器kmc2的常开触点kmc2-1/kmc2-2连接，所述高压直流电源km的输出端与所述供放电回路中接触器kmc3的常开触点kmc3-1/kmc3-2连接，所述电源适配器dp的输出端与所述嵌入式控制模块qk的电源端连接；

29、所述嵌入式控制模块qk的控制接点k2/k3的一端k21/k31、所述供放电回路中接触器kmc2的常开触点kmc2-2、接触器kmc3的常开触点kmc3-2通过控制转接航插ht输出合闸控制指令或分闸控制指令；所述供放电回路中接触器kmc2的常开触点kmc2-1、接触器kmc4的常闭触点kmc4-3通过控制转接航插ht给储能电源充电；所述供放电回路中释能电阻rf、接触器kmc4的常开触点kmc4-1还通过控制转接航插ht与储能回路连接；

30、所述旋转开关zh2的两个常闭开关的一端分别与所述嵌入式控制模块qk的控制接点k2/k3的另一端k20/k30连接，所述旋转开关zh2的两个常闭开关的另一个端分别与所述供放电回路中接触器kmc2的常开触点kmc2-1、接触器kmc3的常开触点kmc3-1连接，所述旋转开关zh2的两个常开开关的一端通过合分闸旋钮kk与所述嵌入式控制模块qk的控制接点k2/k3的一端k21/k31连接，所述旋转开关zh2的两个常开开关的另一端分别与所述供放电回路中接触器kmc2的常开触点kmc2-1、接触器kmc3的常开触点kmc3-1连接。

31、进一步地，所述供放电回路包括嵌入式控制模块开点qk-k1、旋转开关zh3、按钮sb、接触器kmc2、kmc3、kmc4、指示灯zd和释能电阻rf；所述嵌入式控制模块开点qk-k1与按钮sb并联后再与接触器kmc4的线圈串联构成第一支路，所述旋转开关zh3的一个常开开关与接触器kmc2的线圈串联构成第二支路，所述旋转开关zh3的另一个常开开关与接触器kmc3的线圈串联构成第三支路，所述接触器kmc3的常开触点kmc3-3与指示灯zd串联构成第四支路；所述第一支路、第二支路、第三支路和第四支路并联后与所述交流电源回路单元的输出端连接；所述接触器kmc4的常闭触点kmc4-3与接触器kmc2的常开触点kmc2-2连接，所述释能电阻rf与接触器kmc4的常闭触点kmc4-1连接。

32、进一步地，所述数据处理与显示单元包括ups电源、显示器和工控机主机；所述ups电源的输入端与所述交流电源回路单元的输出端连接，ups电源的输出端与所述显示器、工控机主机的电源端连接；所述工控机主机与所述显示器连接。

33、基于同一构思，本发明还提供一种如上所述的操作机构数据采集系统的控制方法，其包括以下步骤：

34、测试时，数据采集回路单元的i/o模块采集被测断路器的触头状态信号；

35、数据处理与显示单元根据所述i/o模块采集的触头状态信号判断被测断路器处于分闸状态或合闸状态，并生成合闸控制指令或分闸控制指令；

36、根据所述合闸控制指令控制被测操作机构的合闸控制回路接通，或根据所述分闸控制指令控制被测操作机构的分闸控制回路接通；

37、所述数据采集回路单元采集合闸控制电流信号或分闸控制电流信号，进而采集合闸线圈电流信号或分闸线圈电流信号、储能电压信号和触头位移信号。

38、有益效果

39、与现有技术相比，本发明的优点在于：

40、本发明所提供的一种操作机构数据采集系统与方法，在数据处理与显示单元的控制下利用数据采集回路单元可以对各种类型操作机构的分合闸控制电流信号、分合闸线圈电流信号、储能电压信号、触头位移信号等参量进行采集、测量，实现了多特征参量融合数据的采集，解决了传统操作机构研究试验无法同时融合多项特征参量的自动化控制问题，可适用于弹簧、永磁等多种类型的操作机构；本发明大大降低了试验工作量，提高了工作效率，降低了出错率，提高了试验安全性。

41、对系统采集的多特征参量数据进行对比、应用分析，减少了试验过程中人为因素风险，增加了试验安全性，降低了时间和人工成本，提高了效率，推动了真空断路器操作机构测试方法的技术发展，为各种类型操作机构和断路器研究发展奠定数据基础，为电力系统智能化与电力设备状态监测技术发展提供有效的数据支撑。