基于LabVIEW的断路器振动信号监测系统.pdf

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田叵基于LabVIEW的断路器振动信号监测系统断路器振动信号监测系统总体结构设计2数据采集单元硬件系统设计路等组成的信号采集系统，其主要硬件结构示意供电孙建伟1，陈垒2，王玉梅3，王俊美3(1．焦作供电公司，河南焦作，454000；2．济源供电公司，河南济源454000；3．河南理工大学电气学院，河南焦作454003)我国现行的“到期必修”的计划检修策略存在科学性、合理性不足的缺陷。建立在设备运行状态监测基础上的状态检修是当前先进的检修策略。我国电力设备由计划检修向状态检修的转变势在必行。国内断路器事故的统计分析均表明，60％事故皆源于断路器本体的机械故障，而断路器在合、分闸操作时所产生的振动信号中，包含了丰富的机械系统的状态信息。基于振动信号的断路器机械状态诊断方法作为一种间接的、不拆卸的诊断方法，目前已成为国内外的研究热点[1]。对断路器机械系统进行监测和诊断对保证断路器安全运行具有重要意义。断路器机械振动信号监测系统采用了基于DSP和LabVIEW振动信号采集和处理的硬件、软件，利用小波变换对信号奇异点十分敏感的特点，对振动信号进行跟踪并提取信号的特征量。在LabVIEW平台上，用基于小波变换算法的VI程序，对采集的信号进行实时分析和处理，较精确地提取断路器振动事件发生的时间点，从而对断路器的机械状态进行监测和诊断。监测系统主要由数据采集单元、通信总线(CAN总线)和监控主机组成，如图1所示。监测系统分为两层，数据采集单元层和变电层。数据采集单元层按断路器间隔划分，完成对断路器动作时的振动信号进行采集、存储及预处理等功能。变电层包括站级监控主机、通信机等。监控主机与数据采集各单元层之间，通过CAN总线交换信息，监控主机对上传数据进行相应的处理，并将处理结果存储、显示、故障诊断、打印，实现对断路器机械状态进行在线监测与管理。数据采集模块主要由检测断路器振动信号的加速度传感器、电荷放大器、模拟滤波器、核心处理器TMS320DSP、外置存储器、通信电如图2所示。断路器分合闸操作过程中的振动具有高加速度运动、高强度冲击的特点，其振动信号可以通过安装在断路器基座上的加速度传感器来获取。振动信号经加速度传感器转换成电荷信号，经过电用第24卷第3期2007年6月摘要：随着供电系统智能化程度和可靠性要求的提高，迫切需要对断路器运行状态进行实时监测、预报，并为排除故障提供方法和决策。从监测系统的功能需求出发，介绍了基于DSP和LabVIEW的断路器振动信号监测系统总体结构、数据采集单元硬件系统及软件系统。叙述了利用小波变换本身对信号奇异点十分敏感的特点，对振动信号进行跟踪和提取信号特征量进行信号分析处理的方法。在虚拟仪器LabVIEW平台上，基于小波变换算法的VI程序，对采集的信号进行实时分析和处理，从而对断路器的机械状态进行监测和诊断。关键词：断路器；振动信号；小波变换中图分类号：TM文献标识码：B文章编号：1006—6357(2007)03—0048—031数据采集单元ll数据采集单元ll数据采集单元l断路器Ⅳ48断路器监测系统监控主机CAN总线断路器1断路器2断路器振动信号监瓣系统总体结构框图LF2407图2数据采集单元硬件结构示意图74图1
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3监控系统软件系统供电荷放大器放大，再转换成可以显示的电压信号，然后通过模拟滤波器，将噪声等一部分干扰信号去除，在核心处理器中，先把模拟信号转换成计算机可处理的数字信号，再根据预先设置的采集参数进行振动信号的采集，最后通过CAN总线的通信网络上传至监控主机软件处理系统。数据采集单元目前通常采用的方法是在计算机上插人数据采集卡，用软件在屏幕上生成仪器面板，再对其进行信号分析处理。此类基于计算机的数据采集方法是完成实验室研究和工业控制测试任务的首选方法，但对于需要对现场设备进行长期实时监测的系统来说，这并不是最好的选择，尤其在变电站强干扰(电磁、噪音)的环境中，是不可能把计算机放到现场运行的。如果计算机放到主控室，那么现场信号到采集卡的距离就会比较远，传感器提取的信号无法本地数字化，而需要模拟信号长线传输，会导致其抗干扰性能较差。基予以上分析和为方便日后系统功能的扩展，检测系统采用采样频率较高且自带A／D转换和CAN控制器的嵌入式TMS320DSP作为核心单元来实现多通道数据采集和信息上传嘲。软件系统的结构功能和编程工具监测系统的功能主要包括振动信号在线监测、数据分析和故障诊断或辅助诊断功能，实现振动信号的测量与显示、振动信号的变化趋势分析；确定或协助确定故障的原因和机理并提出处理措施的建议，实现对断路器关键部位的振动进行连续地测量，并根据振动信号存在环境的多样性和随机性，采用先进的信息处理方法，保证在线分析测试结果的有效性。监测系统进行振动信号采集时，首先需要通过监控主机