一種斷路器檢測系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種斷路器檢測系統，包括DSP芯片、第一匹配電阻、第二匹配電阻、第一調理電路、第二調理電路、上位機、用于檢測斷路器分閘線圈上的電流信號的第一霍爾電流傳感器、以及用于檢測斷路器合閘線圈上的電流信號的第二霍爾電流傳感器；第一霍爾電流傳感器的輸出端與第一匹配電阻的一端及第一調理電路的輸入端相連接，第二霍爾電流傳感器的輸出端與第二匹配電阻的一端及第二調理電路的輸入端相連接，第一匹配電阻的另一端及第二匹配電阻的另一端均接地，第一調理電路的輸出端及第二調理電路的輸出端均與DSP芯片的輸入端相連接，DSP芯片與上位機相連接。本發明能夠有效對斷路器故障及缺陷進行檢測。
【專利說明】
一種斷路器檢測系統
技術領域
[0001] 本發明屬于電子器件故障檢測領域，涉及一種斷路器檢測系統。
【背景技術】
[0002] 高壓斷路器是電力系統中一種重要的電氣設備，其作為開斷和滅弧的裝置，它在 電力系統中肩負著控制和保護雙重任務，是發電廠和變電站配電裝置中必不可少的設備。 隨著電網運行自動化程度和可靠性要求的提高，對其故障診斷技術的研究具有重要的意 義。斷路器性能的可靠性直接關系到電力系統的可靠運行，而斷路器的可靠性在很大程度 上取決于其機械操動系統的可靠性。因此對斷路器的機械故障進行診斷是非常重要的，也 是保證電力系統安全運行的重要措施。斷路器的機械故障診斷可以通過監測斷路器的多種 機械參數來完成。
[0003] 現階段，60%-70%的斷路器缺陷或故障是由斷路器機構缺陷造成的，包括:機構 卡澀、油脂凝固、彈簧老化、慢分慢合、連桿傳動軸斷裂、機構拒動等等。但傳統斷路器的狀 態檢測技術，如紅外和局放(含超高頻、超聲波、暫態地電波)僅針對電接觸缺陷和絕緣部件 (介質)缺陷診斷，對斷路器機構尚無有效的狀態檢測手段。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種斷路器檢測系統，該系 統能夠有效對斷路器故障及缺陷進行檢測。
[0005] 為達到上述目的，本發明所述的斷路器檢測系統包括DSP芯片、第一匹配電阻、第 二匹配電阻、第一調理電路、第二調理電路、上位機、用于檢測斷路器分閘線圈上的電流信 號的第一霍爾電流傳感器、以及用于檢測斷路器合閘線圈上的電流信號的第二霍爾電流傳 感器；
[0006] 第一霍爾電流傳感器的輸出端與第一匹配電阻的一端及第一調理電路的輸入端 相連接，第二霍爾電流傳感器的輸出端與第二匹配電阻的一端及第二調理電路的輸入端相 連接，第一匹配電阻的另一端及第二匹配電阻的另一端均接地，第一調理電路的輸出端及 第二調理電路的輸出端均與DSP芯片的輸入端相連接，DSP芯片與上位機相連接。
[0007] 所述第一調理電路及第二調理電路均包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、二極 管、第一電容、第二電容及運算放大器；
[0008] 第一電阻的一端與二極管的正極及第二電阻的一端相連接，第二電阻的另一端與 第三電阻的一端及第一電容的一端相連接，第三電阻的另一端與第二電容的一端及運算放 大器的反相輸入端相連接，第二電容的另一端接地，運算放大器的輸出端與運算放大器的 同相輸入端及第一電容的另一端相連接；
[0009] 第一調理電路中第一電阻的另一端與第一霍爾電流傳感器的輸出端相連接，第一 調理電路中運算放大器的輸出端與DSP芯片的輸入端相連接，第二調理電路中第一電阻的 另一端與第二霍爾傳感器的輸出端相連接，第二調理電路中運算放大器的輸出端與DSPS 片的輸入端相連接。
[0010] 第一霍爾電流傳感器及第二霍爾傳感器均為補償式霍爾傳感器。
[0011] 還包括報警模塊，報警模塊與DSP芯片的輸出端相連接。
[0012] 所述運算放大器的型號為LM324N。
[0013]本發明具有以下有益效果：
[0014] 本發明所述的斷路器檢測系統在使用時，通過第一霍爾電流傳感器及第二霍爾電 流傳感器獲取斷路器中合閘線圈上的電流信號及分閘線圈上的電流信號，再將所述分閘線 圈的電流信號及合閘線圈的電流信號轉換為電壓信號，所述電壓信號經調理后進入到DSP 芯片中，并在DSP芯片中進行模數轉換，并將模數轉換后的電壓信號顯示到上位機中，用戶 即可通過模數轉換后的電壓信號與正常工作時采集到的電壓信號進行對比判斷出斷路器 是否正常工作，結構簡單，操作方便。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明中分閘線圈的測試原理圖；
[0016] 圖2為本發明中第一調理電路3及第二調理電路的電路原理圖；
[0017] 圖3為分閘線圈回路及合閘線圈回路的等效電路圖；
[0018] 圖4為分閘線圈及合閘線圈的電流特性波形圖。
[0019] 其中、1為第一霍爾電流傳感器、2為第一匹配電阻、3為第一調理電路、4為DSPS 片、5為上位機。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：
[0021] 參考圖1及圖2,本發明所述的斷路器檢測系統包括DSP芯片4、第一匹配電阻2、第 二匹配電阻、第一調理電路3、第二調理電路、上位機5、用于檢測斷路器分閘線圈上的電流 信號的第一霍爾電流傳感器1、以及用于檢測斷路器合閘線圈上的電流信號的第二霍爾電 流傳感器;第一霍爾電流傳感器1的輸出端與第一匹配電阻2的一端及第一調理電路3的輸 入端相連接，第二霍爾電流傳感器的輸出端與第二匹配電阻的一端及第二調理電路的輸入 端相連接，第一匹配電阻2的另一端及第二匹配電阻的另一端均接地，第一調理電路3的輸 出端及第二調理電路的輸出端均與DSP芯片4的輸入端相連接，DSP芯片4與上位機5相連接。 [0022] 所述第一調理電路3及第二調理電路均包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻 R3、二極管D、第一電容C1、第二電容C2及運算放大器W;第一電阻R1的一端與二極管D的正極 及第二電阻R2的一端相連接，第二電阻R2的另一端與第三電阻R3的一端及第一電容C1的一 端相連接，第三電阻R3的另一端與第二電容C2的一端及運算放大器W的反相輸入端相連接， 第二電容C2的另一端接地，運算放大器W的輸出端與運算放大器W的同相輸入端及第一電容 C1的另一端相連接;第一調理電路3中第一電阻R1的另一端與第一霍爾電流傳感器1的輸出 端相連接，第一調理電路3中運算放大器W的輸出端與DSP芯片4的輸入端相連接，第二調理 電路中第一電阻R1的另一端與第二霍爾傳感器的輸出端相連接，第二調理電路中運算放大 器W的輸出端與DSP芯片4的輸入端相連接。
[0023]需要說明的是，第一霍爾電流傳感器1及第二霍爾傳感器均為補償式霍爾傳感器。 本發明還包括報警模塊，報警模塊與DSP芯片4的輸出端相連接；運算放大器W的型號為 LM324N。
[0024]本發明的工作原理為：
[0025]電磁鐵是斷路器操動機構的重要原件之一，當線圈中通過電流時，在電磁鐵內產 生磁通，鐵心受到電磁力作用吸合，使斷路器分閘或合閘，因此斷路器都產生對應的分閘線 圈電流波形和合閘線圈電流波形，分閘線圈電流波形和合閘線圈電流波形反映了電磁鐵本 身以及所控制的鎖閂或閥門以及連鎖觸頭在操作過程中的工作情況，其中分閘回路及合閘 回路的電磁鐵電路等值電路圖如圖3所示。
[0026]其微分方程可表示為
(1)
[0028]其中，也為磁鏈，假設電磁鐵不飽和，則磁鏈$ = Li，電感L不隨i變化，但電感L隨電 磁鐵的氣隙S變化而變化，即
[0030]當電磁線圈剛接通電源時，由于線圈有一定電感，電流不能馬上達到穩定電流，而 是逐步由0逐漸增大，與此同時，鐵心的吸引力也逐漸增大，在電磁鐵的吸引力不足以使鐵 心動作時，S = Smax為常數，即鐵心的運動速度為v = 〇，則式(2)變為：
[0032]其中，Li為5 = 5rnax時，電磁鐵線圈的電感，微分方程的通解為：
[0034]其中，C為通解常數，由t = 0及i = 0的初始條件得微分方程的一個特解為
[0036]因此在鐵心運動之前，線圈電流i呈指數上升，在時間。電流增大到動作電流Id，電 磁鐵的吸力超過反作用力，鐵心開始運動，v>〇;等值回路中增加一隨時間增大的反電動勢
一般情況下，線圈電流i比鐵心剛開始運動時的電流Id的數值要小，因此，電流i偏 離指數上升曲線，不斷下降，這一過程直到鐵心吸合，鐵心停止運動，v = 〇,由式(2)得，電流 的微分方程變為：
[0038] 其中L2為5 = 5min時，電磁鐵線圈的電感，因此電流以鐵心停止t = t2時的電流12為 初值，按指數規律上升，最后達到穩定值
上述變化過程可用圖4中的典型分合閘線圈 電流特性波形說明，這一波形根據鐵心的運動可以分為5個階段：
[0039] 1)階段t = t〇-ti，線圈在to時刻通電到ti時刻鐵心開始運動；
[0040] 2)階段titi-ts，鐵心運動，電流下降，t2為控制電流的谷點，代表鐵心已經觸動操 作機械的負載因而顯著減速或停止運動；
[0041 ] 3)階段t = t2_t3，鐵心停止運動，電流又呈指數上升；
[0042] 4)階段t = t3_t4,這一階段是階段3的延續，電流達到近似的穩態；
[0043] 5)階段t = t4_t5,電流開斷階段，輔助開關K分斷在輔助開關觸頭間產生電弧并被 拉長，電弧電壓快速升高迫使電流迅速減小直到熄滅。
[0044] 其中，to-ti與控制電源及線圈電阻有關;ti_t2的變化表征電磁鐵鐵心運行機構有 無卡澀、脫扣及機械負載變動情況;t 2_t3可以反映操作傳動系統運動的情況;通過以上幾個 不同特征時間的分析即可診斷斷路器部分機械故障趨勢，包括拒分、拒合等故障。
[0045] 斷路器分閘線圈及合閘線圈的直流模擬信號為II經霍爾傳感器變換變成0~6mA 的電流信號I2，I2經過匹配電阻轉換成DSP芯片4能夠接受的電壓信號經過調理電路后 傳給DSP芯片4模擬輸入通道，由DSP芯片4內部的A/D轉換器進行模數轉換，然后在上位機5 上顯示出來。
[0046] 參考圖2，R1為限流電阻，防止傳感器輸出端的電流過大而毀壞電源單元。第一電 容C1、第二電容C2、第二電阻R2、第三電阻R3和運算放大器W-起構成二階有源低通濾波電 路，當第二電阻R2 = 4.7kQ，第三電阻R3 = 5.1kQ，第一電容Cl = 22nF，第二電容C2 = 47nF， 濾波電路的截止頻率
^^。本發明對分閘線圈及合閘線圈帶電瞬 間時的線圈電流進行高速數據采集，經過DSP芯片4與上位機5之間的串行數據通訊，由上位 機5描繪出分閘線圈電流曲線和合閘線圈電流曲線D
【主權項】
1. 一種斷路器檢測系統，其特征在于，包括DSP芯片(4)、第一匹配電阻（2)、第二匹配電 阻、第一調理電路(3)、第二調理電路、上位機(5)、用于檢測斷路器分閘線圈上的電流信號 的第一霍爾電流傳感器（1)、以及用于檢測斷路器合閘線圈上的電流信號的第二霍爾電流 傳感器； 第一霍爾電流傳感器（D的輸出端與第一匹配電阻(2)的一端及第一調理電路(3)的輸 入端相連接，第二霍爾電流傳感器的輸出端與第二匹配電阻的一端及第二調理電路的輸入 端相連接，第一匹配電阻（2)的另一端及第二匹配電阻的另一端均接地，第一調理電路(3) 的輸出端及第二調理電路的輸出端均與DSP芯片(4)的輸入端相連接，DSP芯片(4)與上位機 (5)相連接。2. 根據權利要求1所述的斷路器檢測系統，其特征在于，所述第一調理電路(3)及第二 調理電路均包括第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、二極管(D)、第一電容(Cl)、 第二電容(C2)及運算放大器(W); 第一電阻（Rl)的一端與二極管（D)的正極及第二電阻（R2)的一端相連接，第二電阻 (R2)的另一端與第三電阻(R3)的一端及第一電容(Cl)的一端相連接，第三電阻(R3)的另一 端與第二電容(C2)的一端及運算放大器(W)的反相輸入端相連接，第二電容(C2)的另一端 接地，運算放大器(W)的輸出端與運算放大器(W)的同相輸入端及第一電容(Cl)的另一端相 連接； 第一調理電路(3)中第一電阻(Rl)的另一端與第一霍爾電流傳感器（1)的輸出端相連 接，第一調理電路(3)中運算放大器(W)的輸出端與DSP芯片（4)的輸入端相連接，第二調理 電路中第一電阻(Rl)的另一端與第二霍爾傳感器的輸出端相連接，第二調理電路中運算放 大器(W)的輸出端與DSP芯片(4)的輸入端相連接。3. 根據權利要求1所述的斷路器檢測系統，其特征在于，第一霍爾電流傳感器（1)及第 二霍爾傳感器均為補償式霍爾傳感器。4. 根據權利要求1所述的斷路器檢測系統，其特征在于，還包括報警模塊，報警模塊與 DSP芯片(4)的輸出端相連接。5. 根據權利要求1所述的斷路器檢測系統，其特征在于，所述運算放大器(W)的型號為 LM3MN。
【文檔編號】G01R31/327GK105891705SQ201610146630
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月15日
【發明人】柳菲, 賀偉鋒, 劉蔥柏, 王鵬飛
【申請人】國家電網公司, 國網陜西省電力公司西安供電公司