防爆开关机构灵敏性的监测方法以及装置与流程

1.本技术涉及防爆开关机构灵敏度检测技术领域，具体而言，涉及一种防爆开关机构灵敏性的监测方法以及装置。


背景技术：

2.防爆开关机构作为绝缘装置,在煤矿供电中它起着重要的作用：控制和保护矿用设备,当它发生故障时，会引发安全事故。
3.防爆开关的灵敏性是引起故障的主要原因，通过加强对防爆开关机构灵敏性的在线监测，能及时了解防爆开关机构的工作状态和缺陷部位，提高检修的针对性、降低维修费用、可显著提高矿用供电系统的可靠性。
4.相关技术中，防爆开关机构的监测方法主要有分合闸线圈电流波形状态、储能电机电流波形、储能状态、储能时间、频率等方式。通过对采集的数据进行分析，对其运行状态进行评估。然而，防爆开关机构都是通过监测电气量，通过对电气量来分析开关的灵敏性，这种方法不但需要安装大量的传感器，不但成本高，并且并不能直接反应设备的机械状态。
5.针对相关技术中检测方法效果不佳的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

6.本技术的主要目的在于提供一种防爆开关机构灵敏性的监测方法以及装置，以解决检测方法效果不佳的问题。
7.为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种防爆开关机构灵敏性的监测方法
8.根据本技术的防爆开关机构灵敏性的监测方法包括：
9.通过传感器监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量；
10.根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围；
11.如果属于异常范围，则认为防爆开关机构灵敏性出现故障。
12.进一步地，所述预设振动信号状态参考量至少包括如下之一：防爆开关机构的振动信号、防爆开关机构的触头行程、防爆开关机构的动作时间。
13.进一步地，在所述预设振动信号状态参考量包括防爆开关机构的振动信号的情况下，所述根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围，包括：
14.测量所述目标防爆开关机构在垂直方向上的振动加速度；
15.根据所述振动加速度经过预设信号处理之后，得到当前频谱信息；
16.根据所述当前频谱信息与预设门限阈值进行比较，判断是否属于异常范围。
17.进一步地，在所述预设振动信号状态参考量包括防爆开关机构的触头行程的情况下，所述根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围，包括：
18.通过测量主轴的角位移以及时间，获得动触头的直线位移以及时间曲线；
19.根据所述动触头的直线位移-时间曲线，判断是否属于异常范围。
20.进一步地，在所述预设振动信号状态参考量包括防爆开关机构的动作时间的情况下，所述根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围，包括：
21.根据防爆开关机构的动作时间以及触头行程监测得到的直线位移-时间曲线，确定所述防爆开关机构的动作距离，其中所述防爆开关机构的动作时间根据辅助触点的分合时间的时间差确定；
22.根据所述防爆开关机构的动作距离与正常工作时的预设触头动作距离极性比较，判断是否属于异常范围。
23.进一步地，如果所述防爆开关机构的动作距离超出所述正常工作时的预设触头动作距离时，则判断属于异常范围；
24.和/或，
25.根据所述当前频谱信息大超出所述预设门限阈值时，则判断属于异常范围。
26.进一步地，所述传感器至少包括如下之一：角位移传感器、加速度振动传感器、断路器位置传感器。
27.为了实现上述目的，根据本技术的另一方面，提供了一种防爆开关机构灵敏性的监测装置。
28.根据本技术的防爆开关机构灵敏性的监测装置包括：
29.采集模块，用于通过传感器监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量；
30.判断模块，用于根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围；
31.故障输出模块，用于如果属于异常范围，则认为防爆开关机构灵敏性出现故障。
32.根据本技术的又一个方面，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
33.根据本技术的再一个方面，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
34.在本技术实施例中防爆开关机构灵敏性的监测方法以及装置，通过传感器监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量，振动信号的采集利用进程方式采集；根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围；如果属于异常范围，则认为防爆开关机构灵敏性出现故障。通过对防爆开关机构灵敏性的监测，对于减少维护量，预测故障状态，提升运行的稳定性十分有效。
附图说明
35.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
36.图1是根据本技术实施例的防爆开关机构灵敏性的监测方法流程示意图；
37.图2是根据本技术实施例的防爆开关机构灵敏性的监测装置结构示意图；
38.图3是根据本技术实施例的防爆开关机构灵敏性的监测装置的实现原理示意图。
具体实施方式
39.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
40.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
41.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
42.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
43.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
44.发明人研究时发现，通过对防爆开关机构的在线监测，可以准确的判断其故障类型或者分析其运行状态的发展趋势，从而能够合理的安排检修。常用的监测特征参量有防爆开关机构分(比如，合闸线圈电流)、主回路电流及触头行程等，判断故障类型一般通过阈值范围比较为基础；而当断路器的一个或几个部件出现早期缺陷时，其微弱的动态信息很难依靠常用的监测方法提取的特征量反映出来。
45.对于振动信号的分析，作为一种非侵入式的监测方法，其提取的特征量稳定可靠，通过若干的振动传感器获取其运行过程中的振动信号，通过信号处理等手段获取蕴含在其中的特征信息，再辅以故障判别方法进行故障类型的定位或者分析运行状态的发展趋势，并且有如下优势：
46.其一，它是一种间接的测量方法，能够在防爆开关机构接地极附近进行测量，克服了以往在高压极测量时的安全问题；
47.其二，不改变防爆开关机构的内部结构，不影响其自身运行状态；
48.其三，振动信号属于非电磁信号，受断路器周围电磁干扰影响小。
49.基于上述优点，防爆开关机构机械状态的改变将导致振动信号的变化,这是利用振动信号作为故障诊断的理论依据。通过适当的检测手段和信号处理方法,可以识别振动故障源。防爆开关机构的很多故障都能从相关监测量的波形上直接表现出来。比如，基座螺
丝松动，操作系统的线圈卡塞，拉杆和转轴连接部分出现卡塞，操动机构线圈发生卡塞。因此,振动信号的辨识是防爆开关机构振动信号监测的重要内容。
50.伴随防爆开关机构工作会产生的数据信号有很多，采集单一信号或者简单机械的并行监测某几个信号，显然达不到理想效果。在考虑技术及成本要求，本技术实施例中主要采集防爆开关机构振动信号、触头行程和开关的动作时间等状态参考量。
51.根据本技术实施例，如图1所示，根据本技术实施例的防爆开关机构灵敏性的监测方法流程示意图，具体包括如下步骤：
52.步骤s110，通过传感器监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量。
53.在对防爆开关机构进行灵敏性检测时，需要通过部署传感器监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量，这些预设振动信号状态参考量包括但不限于防爆开关机构机械振动信号、触头行程监测、防爆开关机构的动作时间等等。
54.步骤s120，根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围。
55.具体实施时，通过防爆开关的振动信号的监测，提取开关的振动频谱，在开关投运之前记录下正常的频谱，之后将每次开关动作的频谱记录下来，通过与第一次记录的数据进行比较判断故障。
56.此外，还可以通过位移传感器记录位移-时间曲线，然后通过记录动作时间，通过位移-时间感查出动作的位移，来比较位移的范围是否超出异常值。
57.步骤s130，如果属于异常范围，则认为防爆开关机构灵敏性出现故障。
58.如果判断属于异常范围，则认为防爆开关机构灵敏性出现故障，会进行实时预警。
59.考虑到防爆开关机构是矿用供电运行的关键设备，对于保障煤矿安全运行具有重要作用。防爆开关机构一旦发生故障，造成的损失远远超过其本身价值，“事后检修”对此于事无补。“定期检修”则会因为停电检测延误生产，甚至导致防爆开关机构故障隐患增加，而上述方法中通过将对防爆开关机构灵敏性的监测，对于减少维护量，预测故障状态，提升运行的稳定性十分有效。
60.作为本实施例中的优选，所述预设振动信号状态参考量至少包括如下之一：防爆开关机构的振动信号、防爆开关机构的触头行程、防爆开关机构的动作时间。
61.防爆开关机构工作会产生的数据信号有很多，采集单一信号或者简单机械的并行监测某几个信号，显然达不到理想效果。在考虑技术及成本要求，本发明主要采集防爆开关机构振动信号、触头行程和开关的动作时间等3个状态参考量。
62.作为本实施例中的优选，在所述预设振动信号状态参考量包括防爆开关机构的振动信号的情况下，所述根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围，包括：测量所述目标防爆开关机构在垂直方向上的振动加速度；根据所述振动加速度经过预设信号处理之后，得到当前频谱信息；根据所述当前频谱信息与预设门限阈值进行比较，判断是否属于异常范围。
63.防爆开关机构机械振动信号往往在短时间内会产生很大的冲击力，通过检测其加速度的变化能够很好的反应其运行状态。将传感器安装在离振动源较近位置，用于测量防爆开关机构垂直方向上的振动加速度。
64.在一些实施例中，对采集到的振动信号进行滤波处理，然后通过离散小波变换，按照频率高低顺序，得到完整频谱。将这个特征频谱的范围量与设定阈值进行比较，以确定是
否发生故障。
65.需要注意的是，将传感器安装在离振动源较近位置时，分闸时气缸为振动源，合闸时合闸弹簧为振动源。
66.作为本实施例中的优选，在所述预设振动信号状态参考量包括防爆开关机构的触头行程的情况下，所述根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围，包括：通过测量主轴的角位移以及时间，获得动触头的直线位移以及时间曲线；根据所述动触头的直线位移-时间曲线，判断是否属于异常范围。
67.防爆开关机构触头行程要求在很短的分或者合闸时间内进行对触头行程数据测量采集，因此对传感器的技术要求很高。本发明采用旋转位移传感器，并以增量式旋转光电编码器来测量动触头行程。将旋转光电编码器安装于主轴上，断路器在分、合闸过程中，动触头的运动行程与主轴连动杆运动行程规律之间的关系近似为直线的特性，因此可以通过主轴上安装的位移传感器来测量主轴的角位移-时间来获得动触头的直线位移-时间曲线。
68.作为本实施例中的优选，在所述预设振动信号状态参考量包括防爆开关机构的动作时间的情况下，所述根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围，包括：根据防爆开关机构的动作时间以及触头行程监测得到的直线位移-时间曲线，确定所述防爆开关机构的动作距离，其中所述防爆开关机构的动作时间根据辅助触点的分合时间的时间差确定；根据所述防爆开关机构的动作距离与正常工作时的预设触头动作距离极性比较，判断是否属于异常范围。
69.防爆开关机构的辅助触点与主触头同时动作，用于指示主触头的分合状态。断路器的主触头电流很大、电压很高，不适用直接用于监测，必须通过辅助触头来代替。辅助触点是一个机械触点，与防爆开关机构的机械结构相连，当防爆开关机构动作时，辅助触点就会依靠防爆开关机构的机械结构发生变位，从而有效地指示分合状态。通过信号采集单元可以记录下辅助触点的分合时间，记录的时间差即可以得到防爆开关机构的动作时间。
70.通过计算得到的时间，根据触头行程监测得到的直线位移-时间曲线，可以得到此次防爆开关机构的动作距离，防爆开关在刚开始运行时，可以记录下正常的触头动作距离，通过设置将此数据存储，之后的每次动作数据通过和此数据进行比较，如果动作距离超过一定的范围则认为防爆开关机构的灵敏性出现问题。
71.作为本实施例中的优选，如果所述防爆开关机构的动作距离超出所述正常工作时的预设触头动作距离时，则判断属于异常范围；和/或，根据所述当前频谱信息大超出所述预设门限阈值时，则判断属于异常范围。
72.作为本实施例中的优选，所述传感器至少包括如下之一：角位移传感器、加速度振动传感器、断路器位置传感器。
73.具体实施时，可以采用旋转位移传感器，并以增量式旋转光电编码器来测量动触头行程。
74.考虑到断路器的主触头电流很大、电压很高，不适用直接用于监测，必须通过辅助触头来代替，需要使用断路器位置传感器监测。
75.防爆开关机构机械振动信号往往在短时间内会产生很大的冲击力，需要采用加速度振动传感器通过检测其加速度的变化能够很好的反应其运行状态。
76.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的
计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
77.根据本技术实施例，还提供了一种用于实施上述方法的防爆开关机构灵敏性的监测装置200，如图2所示，该装置包括：
78.采集模块210，用于通过传感器监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量；
79.判断模块220，用于根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围；
80.故障输出模块230，用于如果属于异常范围，则认为防爆开关机构灵敏性出现故障。
81.本技术实施例中的所述采集模块210中在对防爆开关机构进行灵敏性检测时，需要通过部署传感器监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量，这些预设振动信号状态参考量包括但不限于防爆开关机构机械振动信号、触头行程监测、防爆开关机构的动作时间等等。
82.本技术实施例中的所述判断模块220中具体实施时，通过防爆开关的振动信号的监测，提取开关的振动频谱，在开关投运之前记录下正常的频谱，之后将每次开关动作的频谱记录下来，通过与第一次记录的数据进行比较判断故障。此外，还可以通过位移传感器记录位移-时间曲线，然后通过记录动作时间，通过位移-时间感查出动作的位移，来比较位移的范围是否超出异常值。
83.本技术实施例中的所述故障输出模块230中如果判断属于异常范围，则认为防爆开关机构灵敏性出现故障，会进行实时预警。
84.考虑到防爆开关机构是矿用供电运行的关键设备，对于保障煤矿安全运行具有重要作用。防爆开关机构一旦发生故障，造成的损失远远超过其本身价值，“事后检修”对此于事无补。“定期检修”则会因为停电检测延误生产，甚至导致防爆开关机构故障隐患增加，而上述装置中通过将对防爆开关机构灵敏性的监测，对于减少维护量，预测故障状态，提升运行的稳定性十分有效。
85.如图3所示，是根据本技术实施例的防爆开关机构灵敏性的监测装置的实现原理示意图。其中包括：信号采集单元、中央处理单元、远传单元、显示单元。传感器主要包括角位移传感器、加速度振动传感器、断路器位置传感器，且传感器需要电源单元进行供电。
86.防爆开关机构是矿用供电运行的关键设备，对于保障煤矿安全运行具有重要作用。防爆开关机构一旦发生故障，造成的损失远远超过其本身价值，“事后检修”对此于事无补。“定期检修”则会因为停电检测延误生产，甚至导致防爆开关机构故障隐患增加，而将对防爆开关机构灵敏性的监测，对于减少维护量，预测故障状态，提升运行的稳定性十分有效。
87.(1)防爆开关机构机械振动信号
88.防爆开关机构机械振动信号往往在短时间内会产生很大的冲击力，通过检测其加速度的变化能够很好的反应其运行状态。将传感器安装在离振动源较近位置，用于测量防爆开关机构垂直方向上的振动加速度。首先对采集到的振动信号进行滤波处理，然后通过离散小波变换，按照频率高低顺序，得到完整频谱。将这个特征频谱的范围量与设定阈值进行比较，以确定是否发生故障。
89.(2)触头行程监测
90.防爆开关机构触头行程要求在很短的分或者合闸时间内进行对触头行程数据测量采集，因此对传感器的技术要求很高。本技术实施例中采用旋转位移传感器，并以增量式旋转光电编码器来测量动触头行程。将旋转光电编码器安装于主轴上，断路器在分、合闸过程中，动触头的运动行程与主轴连动杆运动行程规律之间的关系近似为直线的特性，因此可以通过主轴上安装的位移传感器来测量主轴的角位移-时间来获得动触头的直线位移-时间曲线。通过防爆开关的振动信号的监测，提取开关的振动频谱，在开关投运之前记录下正常的频谱，之后将每次开关动作的频谱记录下来，通过与第一次记录的数据进行比较判断故障。
91.(3)防爆开关机构的动作时间
92.防爆开关机构的辅助触点与主触头同时动作，用于指示主触头的分合状态。断路器的主触头电流很大、电压很高，不适用直接用于监测，必须通过辅助触头来代替。辅助触点是一个机械触点，与防爆开关机构的机械结构相连，当防爆开关机构动作时，辅助触点就会依靠防爆开关机构的机械结构发生变位，从而有效地指示分合状态。通过信号采集单元可以记录下辅助触点的分合时间，记录的时间差即可以得到防爆开关机构的动作时间。
93.通过计算得到的时间，根据触头行程监测得到的直线位移-时间曲线，可以得到此次防爆开关机构的动作距离，防爆开关在刚开始运行时，可以记录下正常的触头动作距离，通过设置将此数据存储，之后的每次动作数据通过和此数据进行比较，如果动作距离超过一定的范围则认为防爆开关机构的灵敏性出现问题。
94.通过位移传感器记录位移-时间曲线，然后通过记录动作时间，通过位移-时间感查出动作的位移，来比较位移的范围是否超出异常值。
95.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种防爆开关机构灵敏性的监测方法，其中，所述监测方法包括：通过传感器监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量；根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围；如果属于异常范围，则认为防爆开关机构灵敏性出现故障。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设振动信号状态参考量至少包括如下之一：防爆开关机构的振动信号、防爆开关机构的触头行程、防爆开关机构的动作时间。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述预设振动信号状态参考量包括防爆开关机构的振动信号的情况下，所述根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围，包括：测量所述目标防爆开关机构在垂直方向上的振动加速度；根据所述振动加速度经过预设信号处理之后，得到当前频谱信息；根据所述当前频谱信息与预设门限阈值进行比较，判断是否属于异常范围。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述预设振动信号状态参考量包括防爆开关机构的触头行程的情况下，所述根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围，包括：通过测量主轴的角位移以及时间，获得动触头的直线位移以及时间曲线；根据所述动触头的直线位移-时间曲线，判断是否属于异常范围。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述预设振动信号状态参考量包括防爆开关机构的动作时间的情况下，所述根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围，包括：根据防爆开关机构的动作时间以及触头行程监测得到的直线位移-时间曲线，确定所述防爆开关机构的动作距离，其中所述防爆开关机构的动作时间根据辅助触点的分合时间的时间差确定；根据所述防爆开关机构的动作距离与正常工作时的预设触头动作距离极性比较，判断是否属于异常范围。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，如果所述防爆开关机构的动作距离超出所述正常工作时的预设触头动作距离时，则判断属于异常范围；和/或，根据所述当前频谱信息大超出所述预设门限阈值时，则判断属于异常范围。7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述传感器至少包括如下之一：角位移传感器、加速度振动传感器、断路器位置传感器。8.一种防爆开关机构灵敏性的监测装置，其中，所述监测装置包括：采集模块，用于通过传感器监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量；判断模块，用于根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围；故障输出模块，用于如果属于异常范围，则认为防爆开关机构灵敏性出现故障。9.一种电子设备，包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器
执行所述权利要求1～7之任一所述方法。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行所述权利要求1～7之任一所述方法。

技术总结
本申请公开了防爆开关机构灵敏性的监测方法以及装置，其中所述方法包括通过传感器监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量；根据所述预设振动信号状态参考量，判断是否属于异常范围；如果属于异常范围，则认为防爆开关机构灵敏性出现故障。通过本申请解决了空间比较小不利于安装传感器的问题，通过进程方式采集监测目标防爆开关机构中的预设振动信号状态参考量。通过预测故障状态，提升运行的稳定性。行的稳定性。行的稳定性。


技术研发人员：国际平 张文瑞 张孝芳 孟凡利
受保护的技术使用者：北京国力电气科技有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/8/14