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[摘 要]本文在大量相关文献基础上，根据建立在设备运行状态基础上的状态检修方法，构建高压断路器故障诊断系统，对高压断路器进行在线监测研究，具有重要的经济意义和技术意义。
[关键词]高压断路器；在线监测；故障诊断；组态王
中图分类号：O521+.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0007-01
1 前言
高压断路器运行和操作中所产生的机械振动蕴含着大量反映断路器健康状况的重要信息，采用振动信号融合其他信息对高压断路器进行机械故障诊断是近来国内外发展的趋势和研究的热点。实现断路器多类监测信息的有效融合，完成断路器定期停运检修到状态检修的转变，构建多方信息管理、共享的系统也是电力设备监测与诊断的主要发展方向之一。
2 系统需求分析
本高压断路器在线监测与故障诊断系统主要是实现高压断路器的在线监测以及故障诊断的功能，该系统对断路器所要监测的量有断路器开断电流、分（合）闸线圈电流、分（合）闸过程中振动信号。在对断路器的开断电流监测时，同样需要相应的传感器来实现，为此本装置选择了电流传感器。对断路器的分（合）线圈电流监测时，由于无法将电流接入到监测系统，所以需要选择相应的传感器来解决这一问题。由于传感器的输出信号为模拟信号，所以无法对各个数据进行数据采集和处理，为此本装置选择了ATmega128芯片。同时，由于传感器的输出电压与处理器所能接受的电压不匹配，要完成对上述监测量的采集，需要设计了相应的信号调理电路。以及一些围绕处理器的外围电路。
为了实现对断路器的在线监测，本文需要相应的信息处理软件、数据上传软件以及系统报警软件等的设计。同时需要较好的人机交流界面，来方便工作人员的管理，本文选择组态王作为系统的人机交流界面。
3 总体方案设计
本文通过对断路器在电力系统中的作用与功能进行分析，并对其研究背景和意义做了一定的研究，在对国内外研究现状进行分析的基础上，确定了本文的研究思路，并通过对高压断路器基本原理以及常见故障分析的基础上，提出了本文的总体研究方案。高压断路器在线监测系统网络架构图如图1所示。
拟设计本系统具有以下具体功能：
1）线圈电流监测与诊断功能。该系统能够实现对断路器线圈电流监测，并根据第二章监测原理，记录下整个线圈电流的开断过程，如果发生异常，超出相应的阀值，则报警。
2）振動信号的监测与诊断功能。该系统能够实现对振动信号的时域分析、能量分析和辨识比计算等，能够记录最终振动信号的整个波形，可以通过分析辨识比来判别断路器的运行状态。
3）断路器动触头行程的监测与诊断功能。本系统可以通过对断路器动触头的监测来实现对触头的行程、超行程、分（合）闸时间、加速度和速度的监测并设置了相应的判断阀值，当出现超阀值时，系统自动报警。
4）开断电流的监测与诊断功能。本系统可以通过对开断电流的监测来实现对断路器电气寿命的监测，可以方便得出断路器触头磨损情况。
5）开断次数的监测与诊断功能。本系统通过计数器的设置，来计算开断次数，这样可以结合4）来计算断路器的电气寿命。
其中1）到3）整体来讲是对断路器机械寿命的监测与诊断，而4）和5）则是对断路器电气寿命的监测。
6）显示信息功能。能实时显示多组断路器监测参数，可以很方便地查询任一台断路器的历史记录（历史记录波形趋势）、动作波形和当前状态。当断路器的状态发生异常或者故障时，在操作界面上给出明确的警示信息。
7）统计功能。可以记录各断路器累计开断次数运行时间、当天启动次数，并在主界面上予以显示。
8）打印功能。可随时召唤打印机械振动信号、触头行程位移信号、分（合）闸线圈电流信号、主回路电流信号以及辅助触头信号的波形各种操作波形。
9）数据共享功能。本地计算机上断路器监测数据可以方便的下载到远程终端上或其他计算机上，便于断路器监测数据共享。
针对上述系统功能，本文设计了高压断路器在线监测系统的框图如图2所示，该系统是以ATMEGA128为核心，围绕该芯片进行外围电路扩展，系统根据需要采用不同传感器进行对各个所要监测的参数进行监测。将采集的信号经信号调理电路调理后进入芯片自带A/D转化后进行模数转换。然后通过RS-485将所采集的数据进行传输，然后通过上位机进行对线圈电流、振动信号等各参数数据显示、存储和打印。在外围电路扩展时，本文根据需要还设计了键盘、显示屏、电源和开关量。
在数据处理过程中，DSP所接受的都是数字信号，并且从断路器上所获得的电流、电压等信号值较大，不易直接从断路器上直接获取，同时监测断路器的振动信号和位移信号时，因两者都是非电信号，故有必要通过相应传感器来实现有非电信号到电信号的转化。
通过相应传感器把信号转化后，必须要实现数据采集功能，故需对此信号进行调理，接着将调理信号输送到数据采集与控制单元进行处理。最后通过总线实现数据的传输、显示、打印和上位机的远程通讯功能，通过远程通讯实现数据网络共享功能。只要断路器动作，数据开始采集，将数据实时上传至上位机，本文选择组态王作为上位机系统软件，上位机对数据进行波形显示，分析处理，计算出机械特性寿命和电气寿命。故该法能实时监测断路器的运行状态，其监测结果更加准确。
4 上位机设计
本文选择组态王6.55，它是北京亚控科技出品的优秀组态软件，使用更方便，功能更强大。在本系统的设计中，上位机通过组态王建立用户图形界面来实现对下位机的实时监控。组态王工控组态软件具备以下优点：（1）具有友善的人机界面、稳定可靠的工作性能、编程简单易用、硬件配置比较方便以及驱动程序较丰富；（2）支持ActiveX控件、数据库访问和网络功能等；（3）扩展性较强，自身配备有加密锁，并支持工程项目的加密功能；（4）可以方便地与管理计算机或者控制计算机的联网通信等优良特性。
5 小结
本章首先对高压断路器故障诊断方法、LW6B型高压断路器分闸操作中故障模型以及合闸操作中故障诊断模型进行研究，其次在以上原理的基础上，对系统进行需求分析，最后提出系统的总体设计方案。
[关键词]高压断路器；在线监测；故障诊断；组态王
中图分类号：O521+.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0007-01
1 前言
高压断路器运行和操作中所产生的机械振动蕴含着大量反映断路器健康状况的重要信息，采用振动信号融合其他信息对高压断路器进行机械故障诊断是近来国内外发展的趋势和研究的热点。实现断路器多类监测信息的有效融合，完成断路器定期停运检修到状态检修的转变，构建多方信息管理、共享的系统也是电力设备监测与诊断的主要发展方向之一。
2 系统需求分析
本高压断路器在线监测与故障诊断系统主要是实现高压断路器的在线监测以及故障诊断的功能，该系统对断路器所要监测的量有断路器开断电流、分（合）闸线圈电流、分（合）闸过程中振动信号。在对断路器的开断电流监测时，同样需要相应的传感器来实现，为此本装置选择了电流传感器。对断路器的分（合）线圈电流监测时，由于无法将电流接入到监测系统，所以需要选择相应的传感器来解决这一问题。由于传感器的输出信号为模拟信号，所以无法对各个数据进行数据采集和处理，为此本装置选择了ATmega128芯片。同时，由于传感器的输出电压与处理器所能接受的电压不匹配，要完成对上述监测量的采集，需要设计了相应的信号调理电路。以及一些围绕处理器的外围电路。
为了实现对断路器的在线监测，本文需要相应的信息处理软件、数据上传软件以及系统报警软件等的设计。同时需要较好的人机交流界面，来方便工作人员的管理，本文选择组态王作为系统的人机交流界面。
3 总体方案设计
本文通过对断路器在电力系统中的作用与功能进行分析，并对其研究背景和意义做了一定的研究，在对国内外研究现状进行分析的基础上，确定了本文的研究思路，并通过对高压断路器基本原理以及常见故障分析的基础上，提出了本文的总体研究方案。高压断路器在线监测系统网络架构图如图1所示。
拟设计本系统具有以下具体功能：
1）线圈电流监测与诊断功能。该系统能够实现对断路器线圈电流监测，并根据第二章监测原理，记录下整个线圈电流的开断过程，如果发生异常，超出相应的阀值，则报警。
2）振動信号的监测与诊断功能。该系统能够实现对振动信号的时域分析、能量分析和辨识比计算等，能够记录最终振动信号的整个波形，可以通过分析辨识比来判别断路器的运行状态。
3）断路器动触头行程的监测与诊断功能。本系统可以通过对断路器动触头的监测来实现对触头的行程、超行程、分（合）闸时间、加速度和速度的监测并设置了相应的判断阀值，当出现超阀值时，系统自动报警。
4）开断电流的监测与诊断功能。本系统可以通过对开断电流的监测来实现对断路器电气寿命的监测，可以方便得出断路器触头磨损情况。
5）开断次数的监测与诊断功能。本系统通过计数器的设置，来计算开断次数，这样可以结合4）来计算断路器的电气寿命。
其中1）到3）整体来讲是对断路器机械寿命的监测与诊断，而4）和5）则是对断路器电气寿命的监测。
6）显示信息功能。能实时显示多组断路器监测参数，可以很方便地查询任一台断路器的历史记录（历史记录波形趋势）、动作波形和当前状态。当断路器的状态发生异常或者故障时，在操作界面上给出明确的警示信息。
7）统计功能。可以记录各断路器累计开断次数运行时间、当天启动次数，并在主界面上予以显示。
8）打印功能。可随时召唤打印机械振动信号、触头行程位移信号、分（合）闸线圈电流信号、主回路电流信号以及辅助触头信号的波形各种操作波形。
9）数据共享功能。本地计算机上断路器监测数据可以方便的下载到远程终端上或其他计算机上，便于断路器监测数据共享。
针对上述系统功能，本文设计了高压断路器在线监测系统的框图如图2所示，该系统是以ATMEGA128为核心，围绕该芯片进行外围电路扩展，系统根据需要采用不同传感器进行对各个所要监测的参数进行监测。将采集的信号经信号调理电路调理后进入芯片自带A/D转化后进行模数转换。然后通过RS-485将所采集的数据进行传输，然后通过上位机进行对线圈电流、振动信号等各参数数据显示、存储和打印。在外围电路扩展时，本文根据需要还设计了键盘、显示屏、电源和开关量。
在数据处理过程中，DSP所接受的都是数字信号，并且从断路器上所获得的电流、电压等信号值较大，不易直接从断路器上直接获取，同时监测断路器的振动信号和位移信号时，因两者都是非电信号，故有必要通过相应传感器来实现有非电信号到电信号的转化。
通过相应传感器把信号转化后，必须要实现数据采集功能，故需对此信号进行调理，接着将调理信号输送到数据采集与控制单元进行处理。最后通过总线实现数据的传输、显示、打印和上位机的远程通讯功能，通过远程通讯实现数据网络共享功能。只要断路器动作，数据开始采集，将数据实时上传至上位机，本文选择组态王作为上位机系统软件，上位机对数据进行波形显示，分析处理，计算出机械特性寿命和电气寿命。故该法能实时监测断路器的运行状态，其监测结果更加准确。
4 上位机设计
本文选择组态王6.55，它是北京亚控科技出品的优秀组态软件，使用更方便，功能更强大。在本系统的设计中，上位机通过组态王建立用户图形界面来实现对下位机的实时监控。组态王工控组态软件具备以下优点：（1）具有友善的人机界面、稳定可靠的工作性能、编程简单易用、硬件配置比较方便以及驱动程序较丰富；（2）支持ActiveX控件、数据库访问和网络功能等；（3）扩展性较强，自身配备有加密锁，并支持工程项目的加密功能；（4）可以方便地与管理计算机或者控制计算机的联网通信等优良特性。
5 小结
本章首先对高压断路器故障诊断方法、LW6B型高压断路器分闸操作中故障模型以及合闸操作中故障诊断模型进行研究，其次在以上原理的基础上，对系统进行需求分析，最后提出系统的总体设计方案。