本實用新型屬于配電系統(tǒng)技術領域，具體涉及一種帶故障及失效預警功能的斷路器。
背景技術：
隨著社會經濟的飛速發(fā)展，電能成為現代社會的主要能源，它在國民經濟中和人民生活中起著舉足輕重的作用，電網的可靠和穩(wěn)定是人民生活正常有序的重要保障。作為電力系統(tǒng)關鍵配電設備之一的斷路器，其運行狀態(tài)對電力系統(tǒng)的可靠性具有重大影響，當它發(fā)生故障時，往往會帶來嚴重的后果，因此，電力系統(tǒng)的日常維護檢修必不可少，然而，目前，電力系統(tǒng)尤其是斷路器，一般是采取“事后檢修”的檢修方式，往往是故障發(fā)生出現不良影響才被動采取檢修，給人們生活帶來了很大的麻煩和不便；另一種檢修方式是以預防為主的檢修方式，稱為“計劃檢修”，但是這種檢修方式是預先設定檢修工作內容與周期，到了規(guī)定周期進行檢修，這種方式不可避免的產生“過剩維修”，不但造成設備有效利用時間的損失以及人力、物力、財力的浪費，還有可能引發(fā)維修故障。
技術實現要素：
為解決目前斷路器故障發(fā)現滯后、嚴重影響人們生活的技術問題，本實用新型提供一種帶故障及失效預警功能的斷路器，通過在電路板結構中設置電信號采集系統(tǒng)分別與合、分閘線圈和儲能電機連接，并進一步采用信號調理系統(tǒng)、運算處理系統(tǒng)及預警顯示系統(tǒng)處理的技術方案，實現了在不影響設備正常運行的情況下，準確、及時、全面顯示設備的運行狀態(tài)及故障隱患。
本實用新型采用的技術方案是：一種帶故障及失效預警功能的斷路器，包括斷路器本體，關鍵在于，所述斷路器電路板結構中包括分別與合、分閘線圈和儲能電機連接的電信號采集系統(tǒng)，依次首尾連接在電信號采集系統(tǒng)信號輸出端的信號調理系統(tǒng)、運算處理系統(tǒng)、預警顯示系統(tǒng)，以及為以上各個系統(tǒng)供電的電源處理系統(tǒng)。
上述技術方案中，提供了一種帶故障及失效預警功能的斷路器，包括斷路器本體，關鍵在于，斷路器電路板結構中設置了電信號采集系統(tǒng)、信號調理系統(tǒng)、運算處理系統(tǒng)、預警顯示系統(tǒng)及電源處理系統(tǒng)，電信號采集系統(tǒng)分別與合、分閘線圈和儲能電機連接，用于采集合、分閘線圈和儲能電機的電流，并輸出相應的電信號，電信號采集系統(tǒng)的信號輸出端與信號調理系統(tǒng)連接，信號調理系統(tǒng)的信號輸出端與運算處理系統(tǒng)連接，運算處理系統(tǒng)的信號輸出端與預警顯示系統(tǒng)連接，電源處理系統(tǒng)與上述各系統(tǒng)分別連接為各系統(tǒng)供電。信號調理系統(tǒng)對上述電信號進行整形濾波，并將整形濾波后的電信號發(fā)送到運算處理系統(tǒng)，運算處理系統(tǒng)對電信號處理后進一步利用內置算法對信號進行第二次整形，得到電流曲線，并與內部存儲的標準電流曲線進行對比，將對比結果發(fā)送至預警顯示系統(tǒng)，從而顯示設備運行狀態(tài)或故障隱患。其中所涉及的對比算法等為內置算法或現有算法，不需本領域技術人員創(chuàng)造性勞動即可使用，本實用新型的關鍵設計在于各硬件系統(tǒng)及元器件的設置及連接關系。
本實用新型的有益效果是：本實用新型提供的帶故障及失效預警功能的斷路器，可以對斷路器實時測定監(jiān)控，實時顯示運行狀態(tài)或故障隱患，既避免了斷路器突然故障帶來的生命和財產損失，又提供了一種更加方便的斷路器維修策略，節(jié)省了大量的人力、物力成本，提高了設備有效利用時間；本斷路器結構簡單合理，整個系統(tǒng)抗干擾能力強，性能穩(wěn)定。
附圖說明
圖1為本實用新型斷路器電路板的電路框圖結構示意圖；
圖中，1代表合閘線圈，2代表分閘線圈，3代表儲能電機，4代表電信號采集系統(tǒng)，5代表信號調理系統(tǒng)，51代表分壓電路，52代表RC濾波電路，6代表運算處理系統(tǒng)，7代表預警顯示系統(tǒng)，8代表電源處理系統(tǒng)。
具體實施方式
本實用新型提供一種帶故障及失效預警功能的斷路器，以下通過具體實施例對本斷路器的具體結構及設計做詳細說明，以便于更好的理解，本實用新型的關鍵設計在于各硬件系統(tǒng)及元器件的設置及組合、連接關系，其中所涉及的對比算法等為現有技術，不需本領域技術人員創(chuàng)造性勞動即可使用。
一種帶故障及失效預警功能的斷路器，包括斷路器本體，所述斷路器電路板結構中包括分別與合、分閘線圈1、2和儲能電機3連接的電信號采集系統(tǒng)4，依次首尾連接在電信號采集系統(tǒng)4信號輸出端的信號調理系統(tǒng)5、運算處理系統(tǒng)6、預警顯示系統(tǒng)7，以及為以上各個系統(tǒng)供電的電源處理系統(tǒng)8。
上述一種帶故障及失效預警功能的斷路器，包括斷路器本體，關鍵在于，斷路器電路板結構中設置了電信號采集系統(tǒng)4、信號調理系統(tǒng)5、運算處理系統(tǒng)6、預警顯示系統(tǒng)7及電源處理系統(tǒng)8，電信號采集系統(tǒng)4分別與合閘線圈1、分閘線圈2和儲能電機3連接，用于采集通過合閘線圈1、分閘線圈2和儲能電機3的電流，并輸出相應的電信號，電信號采集系統(tǒng)4的信號輸出端與信號調理系統(tǒng)5連接，信號調理系統(tǒng)5的信號輸出端與運算處理系統(tǒng)6連接，運算處理系統(tǒng)6的信號輸出端與預警顯示系統(tǒng)7連接，電源處理系統(tǒng)8與上述各系統(tǒng)分別連接為各系統(tǒng)供電。信號調理系統(tǒng)5對上述電信號進行整形濾波，并將整形濾波后的電信號發(fā)送到運算處理系統(tǒng)6，運算處理系統(tǒng)6對電信號處理后進一步利用內置算法對信號進行第二次整形，得到電流曲線，并與內部存儲的標準電流曲線進行對比，將對比結果發(fā)送至預警顯示系統(tǒng)7，從而顯示設備運行狀態(tài)或故障隱患。
所述電信號采集系統(tǒng)4中包括分別與合、分閘線圈1、2和儲能電機3連接的磁平衡式霍爾電流傳感器。磁平衡式霍爾電流傳感器，分別采集通過合閘線圈1、分閘線圈2和儲能電機3的電流，并輸出相應的電信號輸送至信號調理系統(tǒng)5。
參見圖1，所述信號調理系統(tǒng)5中依次包括電壓跟隨電路51、分壓電路52、電容濾波電路53、差分比例運算電路54和RC濾波電路55。電壓跟隨電路51與電信號采集系統(tǒng)4的信號輸出端連接，用于穩(wěn)定輸入信號調理系統(tǒng)5的電信號，分壓電路52將電壓電信號分壓，采集合適的電壓信號；電容濾波電路53去除電路中高頻干擾信號，差分比例運算電路54比例處理電信號，得到適用的電信號，進一步采用RC濾波電路55去除電路中高頻干擾信號。信號調理系統(tǒng)5將接收的電信號進行第一次整形濾波，并將整形濾波后的電信號發(fā)送到運算處理系統(tǒng)6。
更具體的，所述分壓電路52中包括串聯電阻R0、R1、R2和R3，電容濾波電路53中包括電容C0和C1，差分比例運算電路54中包括R4、R5、R6和R7，RC濾波電路55中包括R8和C2。R0、R1、R2和R3為串聯，電容C0并聯在R2兩端，電容C1并聯在R3兩端，R4與R5串聯，R6與R7串聯， C2串聯在R8后端并接地。
所述運算處理系統(tǒng)6采用ARM芯片處理器，ARM芯片型號為LPC1768，所述ARM芯片自帶有A/D轉換電路及內部存儲器。A/D轉換電路將所述信號調理系統(tǒng)5輸出的電信號轉換為數字信號；內部存儲器存儲有斷路器的標準電流曲線，標準電流曲線分為健康曲線、預警曲線以及報警曲線，其中健康曲線從健康狀態(tài)下的斷路器取得，在健康曲線縱軸方向上取±Xi（Xi＞0；i＝1,2,3）得到上下兩條預警曲線，在健康曲線縱軸方向上取±Yi（Yi＞Xi；i＝1,2,3）得到上下兩條報警曲線，這樣分別得到合閘線圈、分閘線圈、儲能電機的健康曲線、預警曲線和報警曲線。運算處理系統(tǒng)6利用內置算法對數字信號進行第二次整形，得到電流曲線，進一步將得到的電流曲線與內部存儲中預存的標準電流曲線進行對比，并控制預警顯示系統(tǒng)7對判斷結果進行分情況顯示設備運行狀態(tài)，若檢測得到的電流曲線全部位于對應上下兩條預警曲線的范圍之中，則運算處理系統(tǒng)6控制預警顯示系統(tǒng)7顯示“健康狀態(tài)”，此時斷路器處于健康狀態(tài)，無需維護；若檢測得到的電流曲線部分或全部超出對應上下兩條預警曲線，并且不存在超出對應上下兩條報警曲線的部分，則運算處理系統(tǒng)6控制預警顯示系統(tǒng)7顯示“合閘線圈預警”或“分閘線圈預警”或“儲能電機預警”，表示斷路器存在故障隱患，在合適條件下應對斷路器進行檢修；若檢測得到的電流曲線存在超出對應上下兩條報警曲線的部分，則運算處理系統(tǒng)6控制預警顯示系統(tǒng)7顯示“合閘線圈報警”或“分閘線圈報警”或“儲能電機報警”，表示斷路器存在嚴重故障隱患，應對斷路器立即進行停電檢修。
所述預警顯示系統(tǒng)7設置在斷路器本體的面板上。
所述預警顯示系統(tǒng)7為LCD顯示屏。
所述電源處理系統(tǒng)8包括開關電源及電壓轉換芯片，市電經電壓轉換芯片轉換后為電信號采集系統(tǒng)4提供±12V電源，為信號調理系統(tǒng)5提供5V電源，為運算處理系統(tǒng)6和預警顯示系統(tǒng)7提供3.3V電源。
所述電信號采集系統(tǒng)4采用鋁材質屏蔽盒Ⅰ為外殼，所述信號調理系統(tǒng)5、運算處理系統(tǒng)6和電源處理系統(tǒng)8固定安裝在鋁材質屏蔽盒Ⅱ中，所述鋁材質屏蔽盒Ⅰ及鋁材質屏蔽盒Ⅱ分別安裝在斷路器本體中的左上側和左下側。
所述電信號采集系統(tǒng)4與信號調理系統(tǒng)5之間、所述運算處理系統(tǒng)6與預警顯示系統(tǒng)7之間借助屏蔽線纜連接。
采用的鋁材質屏蔽盒Ⅰ與Ⅱ，及采用屏蔽線纜連接，共同保證了整個系統(tǒng)的抗干擾能力。
本實用新型在具體使用時，市電經電源處理系統(tǒng)8處理后，為電信號采集系統(tǒng)4提供±12V電源，為信號調理系統(tǒng)5和預警顯示系統(tǒng)7提供5V電源，為運算處理系統(tǒng)6提供3.3V電源，合閘線圈1、分閘線圈2和儲能電機3的電流通過電信號采集系統(tǒng)4采集后，輸送至信號調理系統(tǒng)5，信號調理系統(tǒng)5對上述電信號進行整形濾波，并將整形濾波后的電信號發(fā)送到運算處理系統(tǒng)6，運算處理系統(tǒng)6將電信號經A/D數模轉換后成為數字信號，利用內置算法對數字信號進行第二次整形，得到電流曲線，并與內部存儲的標準電流曲線進行對比，最后將對比結果發(fā)送至預警顯示系統(tǒng)7，從而顯示設備運行狀態(tài)或故障隱患。