高压断路器操动机构负荷指数预测方法

摘要

高压断路器操动机构负荷指数预测装置及方法，属于断路器技术领域。提出利用直接测量断路器的合闸时间、合闸弹簧长度、连杆长度、凸轮偏角、分闸弹簧长度和分闸连杆位移作为输入量，并最终利用A/D转换器、处理器、变换电路、工控机和传输模块实现断路器操动机构负荷指数的监测。这种方法避免传统方法建立模型和选取参数时造成的误差，并且具有输入量提取简单，精确度高，准确度好，预测效率高的特点。

主权项

一种高压断路器操动机构负荷指数预测方法，采用高压断路器操动机构负荷指数预测装置实现，该装置包括：信号采集模块：用于采集凸轮偏角、合闸弹簧长度、分闸弹簧长度和分闸连杆位移；A/D转换器：用于将信号采集模块采集的模拟信号转换成数字信号；处理器：利用A/D转换后的数据对操动机构负荷指数进行计算，并将结果信号输出给变换电路；变换电路：用于对接收到的信号进行电平和逻辑关系变换；传输模块：用于与工控机进行数据传输；所述信号采集模块的输出端连接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端连接处理器的I/O端口，处理器经变换电路、传输模块与工控机通讯；所述的信号采集模块还进一步包括角度传感器和位移传感器；其特征在于：包括以下步骤：步骤1：采集断路器的合闸时间、合闸弹簧长度、分闸连杆位移、凸轮偏角和分闸弹簧长度；步骤2：将采集到的模拟量转换成数字量，送至处理器；步骤3：对断路器操动机构负荷指数进行预测；步骤3.1：利用步骤2输入的数据进行空间重构：将合闸时间、合闸弹簧长度、连杆长度、凸轮偏角、分闸弹簧长度和分闸连杆位移为输入量，重构出表征断路器操动机构负荷指数的非线性系统的空间；在该线性空间内，以总合闸功最小为目标，建立目标函数：$\min f\left(X_i\right)=k({\mathrm{\Delta x}}_{cs}^2-{\mathrm{\Delta x}}_{ce}^2)-k_{os}({\mathrm{\Delta x}}_{os}^2-{\mathrm{\Delta x}}_{oe}^2)---\left(1\right)$式中，k为分闸弹簧的刚度系数,Δx_cs合闸开始时合闸弹簧压缩长度,Δx_ce合闸结束时合闸弹簧压缩长度,Δx_os合闸开始时分闸弹簧压缩长度,Δx_oe合闸结束时分闸弹簧压缩长度；步骤3.2计算Δx_cs合闸开始时合闸弹簧压缩长度：${\mathrm{\Delta x}}_{cs}=l_{oc}-\sqrt{l_{AO}^2+l_{AC}^2-2l_{AO}·l_{AC}·cos(\delta +{\alpha }_s)}---\left(2\right)$式中，l_oc为合闸弹簧的自由长度，δ为凸轮的偏角，l_AO为A点到O点的距离，l_AC为A点到C点的距离，α_s为凸轮初始转角；步骤3.3：计算合闸结束时合闸弹簧压缩长度Δx_ce：${\mathrm{\Delta x}}_{ce}=l_{oc}-\sqrt{l_{AO}^2+l_{AC}^2-2l_{AO}·l_{AC}·cos(\delta +{\alpha }_e)}---\left(3\right)$式中，α_e为合闸结束时凸轮转角；步骤3.4：计算合闸开始时分闸弹簧压缩长度Δx_os：${\mathrm{\Delta x}}_{os}=l_{oo}-L+\sqrt{{(l_{BG}·{\mathrm{cos\theta }}_s-y_1)}^2+{(l_{BG}·{\mathrm{sin\theta }}_s+y_2)}^2}---\left(4\right)$式中，l_oo为分闸弹簧的自由长度；l_BG为连杆大端BG的长度；L为分闸连杆的长度；y₁,y₂为分闸弹簧附着点A的横坐标和纵坐标；θ_s为分闸开始时从动件转角；步骤3.5：计算合闸结束时分闸弹簧压缩长度Δx_oe：${\mathrm{\Delta x}}_{oe}=l_{oo}-L+\sqrt{{(l_{BG}·{\mathrm{cos\theta }}_e-y_1)}^2+{(l_{BG}·{\mathrm{sin\theta }}_e+y_2)}^2}---\left(5\right)$式中，θ_e为合闸结束时从动件转角；步骤3.6：在确定总合闸功之后，即确定了断路器操动机构负荷指数；步骤4：将断路器操动机构负荷指数的预测结果通过传输模块发送至工控机，确定断路器的操动机构是否处于正常工作状态。