一種基于振聲檢測的萬能式斷路器機(jī)械故障診斷裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型為一種基于振聲檢測的萬能式斷路器機(jī)械故障診斷裝置，該裝置的組成包括：工控機(jī)、I/O控制板卡、繼電器模塊、調(diào)壓模塊、電源模塊、電壓調(diào)理模塊、傳感器模塊、信號調(diào)理模塊和數(shù)據(jù)采集模塊；其中，工控機(jī)與I/O控制板卡相連；I/O控制板卡與繼電器模塊相連；調(diào)壓模塊與繼電器模塊相連；電源模塊分別與傳感器模塊、信號調(diào)理模塊、電壓調(diào)理模塊相連；傳感器模塊分別與電壓調(diào)理模塊、信號調(diào)理模塊相連；信號調(diào)理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連；數(shù)據(jù)采集模塊與工控機(jī)相連。本實(shí)用新型能通過斷路器三個環(huán)節(jié)動作過程中的振動與聲音信號來反映其所處的機(jī)械狀態(tài)，可方便、可靠地對斷路器進(jìn)行全面的故障診斷。
【專利說明】
-種基于振聲檢測的萬能式斷路器機(jī)械故障診斷裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及低壓斷路器動作過程中相關(guān)信號的檢測，尤其是萬能式斷路器， 當(dāng)無法侵入式檢測相關(guān)信號來反映斷路器機(jī)械狀態(tài)的時候，借助測量振動信號與聲音信號 的非侵入式故障診斷裝置，屬斷路器故障診斷裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 斷路器在電力系統(tǒng)運(yùn)行中起控制和保護(hù)的作用，其運(yùn)行、維護(hù)和檢修情況與整個 系統(tǒng)密切相關(guān)。萬能式斷路器作為低壓大容量斷路器的代表，其機(jī)械狀態(tài)的好壞與低壓配 電網(wǎng)的運(yùn)維水準(zhǔn)密切相關(guān)。低壓配電網(wǎng)的健康程度往往直接決定了電力用戶的用電質(zhì)量水 平。如果低壓斷路器本身就出現(xiàn)故障，則無法用來分配電能和保護(hù)線路及電源設(shè)備的過載、 欠電壓、短路等，給低壓電網(wǎng)帶來重大的隱患。因此，針對萬能式斷路器應(yīng)進(jìn)行及時的故障 診斷。
[0003] 大多數(shù)斷路器的故障診斷裝置需采集分合閩線圈電流與電壓、觸頭受力、動觸頭 行程或主軸轉(zhuǎn)角等測量信號，運(yùn)些檢測方式的缺點(diǎn)在于需與斷路器電氣連接或侵入其內(nèi) 部。需電氣連接的檢測方式無法帶電安裝，檢測時會影響其所處電網(wǎng)部分的持續(xù)運(yùn)行，而侵 入式的檢測方式的安裝過程困難，不易于信號的檢測。為實(shí)現(xiàn)非侵入式檢測一般采用振動 信號或者聲音信號的檢測，振動信號的檢測方式抗干擾強(qiáng)，靈敏度高，但測量方向固定，僅 能檢測軸線方向引起的振動；聲音信號的檢測方式測量來源廣，可更好地檢測由觸頭動作 引起不同方向振動W及內(nèi)部其他連接機(jī)械器件振動所產(chǎn)生的聲音，但易受周邊噪聲干擾， 造成測量的不穩(wěn)定性。兩種檢測方式的傳感器安裝方便，其中振動信號的測量僅需將加速 度傳感器粘貼在斷路器的外殼，而聲音傳感器的檢測，僅需將拾音器非接觸地固定于斷路 器附近即可。因此，可采用振動與聲音信號聯(lián)合的檢測方式，從而使斷路器機(jī)械故障的診斷 更便捷可靠。
[0004] 斷路器的動作過程分為儲能、合閩、分閩=個環(huán)節(jié)，針對斷路器的故障，一般僅W 其中部分環(huán)節(jié)作為研究對象，如:僅對儲能過程進(jìn)行故障診斷，或者僅對分合閩過程進(jìn)行故 障診斷。但是斷路器=個環(huán)節(jié)的任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，斷路器都不能可靠運(yùn)行。因此，需 對斷路器的=個環(huán)節(jié)的動作過程進(jìn)行監(jiān)測，W實(shí)現(xiàn)斷路器動特性的故障診斷。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的是針對上述不足，提供一種基于振聲檢測的萬能式斷路器機(jī)械 故障診斷裝置，該裝置通過工控機(jī)、調(diào)壓模塊與傳感器模塊等器件的協(xié)調(diào)作用，能在檢測部 分不與斷路器電氣連接或者非侵入式的情況下，檢測斷路器=個環(huán)節(jié)動作過程中的振動與 聲音信號來反映其所處的機(jī)械狀態(tài)，可方便、可靠地對斷路器進(jìn)行全面的故障診斷。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于振聲檢測的萬能式斷路器機(jī)械故障診斷裝置，該裝置的組成包括:工控 機(jī)、I/O控制板卡、繼電器模塊、調(diào)壓模塊、電源模塊、電壓調(diào)理模塊、傳感器模塊、信號調(diào)理 模塊和數(shù)據(jù)采集模塊；
[0008] 其中，工控機(jī)與I/O控制板卡相連;I/O控制板卡與繼電器模塊相連;調(diào)壓模塊與繼 電器模塊相連；電源模塊分別與傳感器模塊、信號調(diào)理模塊、電壓調(diào)理模塊相連;傳感器模 塊分別與電壓調(diào)理模塊、信號調(diào)理模塊相連;信號調(diào)理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連;數(shù)據(jù)采集 模塊與工控機(jī)相連；
[0009] 所述的繼電器模塊為固態(tài)繼電器；
[0010] 所述的調(diào)壓模塊包括電磁繼電器、交流接觸器、同步齒輪減速電動機(jī)和調(diào)壓器，其 連接關(guān)系為電磁繼電器與交流接觸器相連，交流接觸器與同步齒輪減速電動機(jī)相連，同步 齒輪減速電動機(jī)與調(diào)壓器相連；
[0011] 所述的電源模塊為開關(guān)電源；
[0012] 所述的電壓調(diào)理模塊包括電壓調(diào)理電路和恒流源模塊，二者各自獨(dú)立；
[0013] 所述的傳感器模塊的組成包括四個各自獨(dú)立的傳感器，四個傳感器分別為單軸壓 阻式加速度傳感器、K巧OlA拾音器、內(nèi)裝IC壓電式加速度傳感器和KZ502B拾音器；
[0014] 所述的信號調(diào)理模塊由四個相同且各自獨(dú)立的的信號調(diào)理電路組成；
[0015] 所述的數(shù)據(jù)采集模塊為數(shù)據(jù)采集卡。
[0016] 本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)為：
[0017] 本實(shí)用新型是用于對萬能式斷路器的機(jī)械故障的診斷，確保檢測對象的故障及時 發(fā)現(xiàn)，從而有效地避免電網(wǎng)事故發(fā)生，保證斷路器的保護(hù)特性的可靠性和穩(wěn)定性。
[0018] 其具有W下功能特點(diǎn)：
[0019] 1、檢測方式方便有效，加速度傳感器和拾音器安裝方便且無需與試品電氣連接， 檢測時不影響斷路器的正常運(yùn)行，同時利用對應(yīng)的振動與聲音信號各自的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢 互補(bǔ)，可對框架式斷路器故障有效地檢測且故障診斷準(zhǔn)確率高。
[0020] 2、診斷裝置的適應(yīng)性好，針對不同廠家與型號的斷路器，試驗(yàn)前只需通過調(diào)壓模 塊，將電壓調(diào)節(jié)到所對應(yīng)產(chǎn)品的額定電壓，便可對不同試品進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對斷路器動 作過程中振動與聲音信號的采集。
[0021] 3、針對斷路器的動作過程，選用不同型號的加速度傳感器與拾音器測量，能夠精 確地檢測對應(yīng)的動作過程中的信號，實(shí)現(xiàn)對斷路器整個動作過程的監(jiān)測。
[0022] 4、裝置中的高性能工業(yè)控制機(jī)，可對試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動存儲，便于W后查詢，并且內(nèi)置 先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和分析軟件，便于測試人員的操作使用。
[0023] 本實(shí)用新型的有益效果為:本實(shí)用新型由工控機(jī)可通過PCL720+發(fā)出儲能、合閩、 分閩指令，使斷路器完成相應(yīng)的儲能、合閩、分閩動作，檢測時無需手動操作斷路器，更方便 地控制斷路器動作過程，并且選用振動與聲音信號的聯(lián)合檢測方式，二者結(jié)合具有互補(bǔ)性， 能更好地反映斷路器的機(jī)械狀態(tài)，對儲能、合閩、分閩動作過程中的振動與聲音信號實(shí)時采 集，實(shí)現(xiàn)斷路器動作過程的全程監(jiān)測。
【附圖說明】

[0024] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0025] 圖1是實(shí)用新型裝置的組成圖。其中虛線框內(nèi)為振聲檢測新型裝置。
[0026] 圖2是實(shí)用新型裝置的控制電路；
[0027] 圖3是實(shí)用新型裝置的信號采集示意圖。
[0028] 圖4是實(shí)用新型裝置的信號調(diào)理模塊中的信號調(diào)理電路圖。
[0029] 圖5是電壓調(diào)理模塊中的電壓調(diào)理電路圖。
[0030] 圖6是振聲信號檢測W及故障診斷流程圖。
[0031] 圖7是萬能式斷路器故障在線診斷系統(tǒng)的效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行說明，但它們不對本實(shí)用新型作任何限制。
[0033] 本實(shí)用新型為一種基于振聲檢測的萬能式斷路器機(jī)械故障診斷裝置，整體結(jié)構(gòu)框 圖如圖1中虛線框內(nèi)所示，其組成包括:工控機(jī)1、1/〇控制板卡2、繼電器模塊3、調(diào)壓模塊4、 電源模塊5、電壓調(diào)理模塊6、傳感器模塊7、信號調(diào)理模塊8、數(shù)據(jù)采集模塊9;
[0034] 其中，工控機(jī)1與I/O控制板卡2相連;I/O控制板卡巧繼電器模塊村目連;調(diào)壓模塊 4與繼電器模塊3相連；電源模塊5分別與傳感器模塊7、信號調(diào)理模塊8、電壓調(diào)理模塊6相 連;傳感器模塊7分別與電壓調(diào)理模塊6、信號調(diào)理模塊8相連;信號調(diào)理模塊8與數(shù)據(jù)采集模 塊9相連;數(shù)據(jù)采集模塊9與工控機(jī)1相連；
[0(X3日]I/O控制板卡2可采用研華PCL720+板卡；
[0036] 繼電器模塊3為固態(tài)繼電器;具體可優(yōu)選美格爾JGX-IF固態(tài)繼電器；
[0037] 圖2所示的控制電路表示，工控機(jī)通過PCk720+板卡直接控制繼電器模塊中的固 態(tài)繼電器ACSSR，進(jìn)而再通過固態(tài)繼電器ACSSR的通斷來控制調(diào)壓模塊，W實(shí)現(xiàn)對試品所需 電壓的調(diào)節(jié)。
[0038] 調(diào)壓模塊4由電磁繼電器、交流接觸器、同步齒輪減速電動機(jī)和調(diào)壓器組成，各器 件之間的連接關(guān)系為電磁繼電器與交流接觸器相連，交流接觸器與同步齒輪減速電動機(jī)相 連，同步齒輪減速電動機(jī)與調(diào)壓器相連;其中繼電器模塊3的固態(tài)繼電器與調(diào)壓模塊4的電 磁繼電器相連，調(diào)壓模塊4的調(diào)壓器與試品的附件線圈相連；具體可優(yōu)選歐姆龍型號為 LY4N-4的電磁繼電器、德力西型號為CJX2-1810的交流接觸器、Z皿NG型號為60KTYZ的同步 齒輪減速電動機(jī)、CHLV即型號為TDGC2-15的調(diào)壓器；
[0039] 電源模塊5為開關(guān)電源;具體可優(yōu)選為明偉Q-120C開關(guān)電源。
[0040] 電壓調(diào)理模塊6分別由各自獨(dú)立的電壓調(diào)理電路和恒流源模塊組成，其中電壓調(diào) 理電路與傳感器模塊7中的單軸壓阻式加速度傳感器相連，恒流源模塊與傳感器模塊7中的 內(nèi)裝IC壓電式加速度傳感器相連，電壓調(diào)理電路與恒流源模塊都與電源模塊5相連，具體可 采用由0.1~化f的電容和20k Q電阻組成的調(diào)理電路和朗斯LC0207恒流源模塊；
[0041] 傳感器模塊7的組成包括四個各自獨(dú)立的傳感器，四個傳感器分別為單軸壓阻式 加速度傳感器、K巧OlA拾音器、內(nèi)裝IC壓電式加速度傳感器、K巧0?拾音器，其中傳感器模 塊7的四個傳感器的供電端分別與電壓調(diào)理模塊6、電源模塊5相連，具體為傳感器模塊7中 的單軸壓阻式加速度傳感器與電壓調(diào)理模塊6中的電壓調(diào)理電路相連，傳感器模塊7中的內(nèi) 裝IC壓電式加速度傳感器與電壓調(diào)理模塊6中的恒流源模塊相連，傳感器模塊7中的KZ501A 拾音器與KZ502B拾音器與電源模塊5的+12V端子相連，傳感器模塊7的四個傳感器的信號輸 出端分別與信號調(diào)理模塊8中的四個信號調(diào)理電路的IN端子相連，其中四個傳感器的安裝 為:單軸壓阻式加速度傳感器粘貼在試品的儲能電機(jī)附近的支架上，盡量靠近儲能電機(jī)處， KZ501A拾音器放置于試品附近即可，可放置于斷路器前方2厘米左右的位置，而內(nèi)裝IC壓電 式加速度傳感器粘貼在試品的基座橫梁中間的位置，盡量靠近中間相觸頭，K巧02B可放置 于試品后方2厘米左右的位置即可；單軸壓阻式加速度傳感器與KZ501A拾音器為用于檢測 儲能過程的加速度傳感器與拾音器，內(nèi)裝IC壓電式加速度傳感器與KZ502B拾音器為用于檢 測合閩與分閩過程的加速度傳感器和拾音器。具體可優(yōu)選檢測儲能過程的小量程的加速度 傳感器MEAS3255A和拾音器KZ501A，檢測合閩與分閩過程的大量程的加速度傳感器LC0159 和拾音器盼502B;
[0042] 信號調(diào)理模塊8由4個相同且各自獨(dú)立的的信號調(diào)理電路組成，其中每一個信號調(diào) 理電路都與電源模塊5、傳感器模塊7、數(shù)據(jù)采集模塊9相連，具體為信號調(diào)理模塊8的每一個 信號調(diào)理電路中的IN端子分別與傳感器模塊7中4個傳感器的信號輸出端相連，而每一個信 號調(diào)理電路中的OUT端子分別與數(shù)據(jù)采集模塊9中4個采集通道相連，并且每一個信號調(diào)理 電路的+12V、-12V、巧V、-5V端子與電源模塊5相連，其中每一個信號調(diào)理電路可采用集成運(yùn) 放、貼片電阻W及穩(wěn)壓二極管設(shè)計(jì)相應(yīng)電路，集成運(yùn)放作為核屯、元件，可選用TI的LM393N;
[0043] 數(shù)據(jù)采集模塊9可采用中泰USB7648A數(shù)據(jù)采集卡；
[0044] 圖3所示的四個傳感器的接地端與信號調(diào)理電路的接地端共地，并且四個傳感器 的信號輸出端分別與四個信號調(diào)理電路的IN端子相連，而四個信號調(diào)理電路的OUT端子分 別與數(shù)據(jù)采集模塊9中的4個采集通道相連。
[0045] 圖4所示的信號調(diào)理電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，其輸入與輸出關(guān)系為
'其特點(diǎn)為輸出電壓穩(wěn)定，帶載能力強(qiáng)。同時，后端的二極管限幅電路可保證輸 入滿足數(shù)據(jù)采集卡的電壓要求，即-5~巧V。
[0046] 圖5所示的電壓調(diào)理電路中的接線端子的1管腳接電源模塊，接線端子的2管腳接 地。
[0047] 具體的連接方式如下所述。
[0048] 首先將調(diào)壓模塊4與斷路器的儲能線圈、合閩線圈、分閩線圈、欠壓線圈相連接，W 便裝置對斷路器動作的控制，而傳感器模塊7中的加速度傳感器僅需粘貼在斷路器上，其中 MEAS3255A粘貼在斷路器儲能電機(jī)附近的支架上，盡量靠近儲能電機(jī)，而LC0159粘貼在斷路 器的基座橫梁中間的位置;拾音器放置于斷路器附近即可，如KZ501A可放置于斷路器前方2 厘米左右的位置，而KZ502B放置于斷路器后方2厘米左右的位置即可。
[0049] 工控機(jī)1通過I/O控制板卡2發(fā)出指令，經(jīng)ISA總線將高/低電平信號傳輸?shù)嚼^電器 模塊3, W控制調(diào)壓模塊4給定合適的電壓用于對斷路器儲能、合閩、分閩動作過程的控制W 及保證斷路器的合理運(yùn)行；電源模塊引尋220V電壓轉(zhuǎn)換為+12V、-12V、巧V和-5V為其他各個 模塊供電;試驗(yàn)中的振動信號與聲音信號經(jīng)傳感器模塊7轉(zhuǎn)換為電壓信號，接至信號調(diào)理模 塊8進(jìn)行信號的調(diào)理工作，調(diào)理使之符合數(shù)據(jù)采集模塊9輸入電平幅值要求后，再送入數(shù)據(jù) 采集模塊9進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最后經(jīng)USB總線傳輸至工控機(jī)1中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其中儲能過程中 的振動與聲音信號的檢測采用傳感器模塊中的MEAS3255A和KZ501A，而合閩與分閩過程中 的振動與聲音信號的檢測采用傳感器模塊中的LC0159和KZ502B。如圖3所示，振動與聲音信 號檢測所用的四個傳感器、信號調(diào)理模塊W及USB-7648A數(shù)據(jù)采集卡都需要共地，W保證信 號測量的準(zhǔn)確，每個傳感器經(jīng)信號調(diào)理模塊后，輸入到采集卡不同的通道，保證振動與聲音 信號的同步采集。
[0050]將所設(shè)計(jì)的萬能式斷路器動作的振聲檢測裝置用于萬能式斷路器故障在線診斷 系統(tǒng)時，圖6為振動與聲音信號的故障診斷流程，可見斷路器動作過程產(chǎn)生的振動與聲音信 號經(jīng)過工控機(jī)上基于LabVIEW平臺的程序處理后可得出相應(yīng)的機(jī)械狀態(tài)，圖7為斷路器的故 障診斷測試界面和結(jié)果，可方便的控制斷路器的運(yùn)行，采集斷路器的振動與聲音信號，存儲 所采集信號的數(shù)據(jù)，并且監(jiān)測斷路器動作過程中的機(jī)械狀態(tài)，得出對應(yīng)的故障類型。
[0051 ]本實(shí)用新型設(shè)及的程序和協(xié)議為器件自帶或公知技術(shù)。
[0052]本實(shí)用新型未盡事宜為公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于振聲檢測的萬能式斷路器機(jī)械故障診斷裝置，其特征為該裝置的組成包 括:工控機(jī)、I /0控制板卡、繼電器模塊、調(diào)壓模塊、電源模塊、電壓調(diào)理模塊、傳感器模塊、信 號調(diào)理模塊和數(shù)據(jù)采集模塊； 其中，工控機(jī)與I/O控制板卡相連；I/O控制板卡與繼電器模塊相連;調(diào)壓模塊與繼電器 模塊相連；電源模塊分別與傳感器模塊、信號調(diào)理模塊、電壓調(diào)理模塊相連;傳感器模塊分 別與電壓調(diào)理模塊、信號調(diào)理模塊相連;信號調(diào)理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連;數(shù)據(jù)采集模塊 與工控機(jī)相連； 所述的繼電器模塊為固態(tài)繼電器； 所述的調(diào)壓模塊包括電磁繼電器、交流接觸器、同步齒輪減速電動機(jī)和調(diào)壓器，其連接 關(guān)系為電磁繼電器與交流接觸器相連，交流接觸器與同步齒輪減速電動機(jī)相連，同步齒輪 減速電動機(jī)與調(diào)壓器相連； 所述的電源模塊為開關(guān)電源； 所述的電壓調(diào)理模塊包括電壓調(diào)理電路和恒流源模塊，二者各自獨(dú)立； 所述的傳感器模塊的組成包括四個各自獨(dú)立的傳感器，四個傳感器分別為單軸壓阻式 加速度傳感器、KZ501A拾音器、內(nèi)裝1C壓電式加速度傳感器和KZ502B拾音器； 所述的信號調(diào)理模塊由四個相同且各自獨(dú)立的的信號調(diào)理電路組成； 所述的數(shù)據(jù)采集模塊為數(shù)據(jù)采集卡。
【文檔編號】G01M13/00GK205691742SQ201620665462
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月25日 公開號201620665462.X, CN 201620665462, CN 205691742 U, CN 205691742U, CN-U-205691742, CN201620665462, CN201620665462.X, CN205691742 U, CN205691742U
【發(fā)明人】孫曙光, 于晗, 杜太行, 趙黎媛, 齊玲, 張立陽, 張強(qiáng)
【申請人】河北工業(yè)大學(xué)