基于LabVIEW的高壓斷路器故障診斷系統(tǒng)

王立超

【摘要】開(kāi)發(fā)了一套高壓斷路器故障診斷系統(tǒng)，對(duì)采集得到的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行濾波平滑處理后，運(yùn)用波形匹配算法對(duì)故障數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比對(duì)處理，并給出了故障波形與比例值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)高壓斷路器故障的實(shí)時(shí)診斷。文章對(duì)軟件的結(jié)構(gòu)組成及主要功能進(jìn)行了描述，在高壓斷路器在線(xiàn)故障診斷及故障預(yù)測(cè)領(lǐng)域進(jìn)行了有益的嘗試，對(duì)提升高壓輸電線(xiàn)安全性提供了技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】故障診斷;波形匹配;高壓斷路器;數(shù)據(jù)濾波

LabVIEW是由美國(guó)國(guó)家儀器公司所開(kāi)發(fā)的圖形化程序編譯平臺(tái)，早期是為了儀器自動(dòng)控制所設(shè)計(jì)，至今轉(zhuǎn)變成為一種逐漸成熟的高級(jí)編程語(yǔ)言。LabVIEW以其簡(jiǎn)單易懂的開(kāi)發(fā)界面、豐富靈活的數(shù)據(jù)處理函數(shù)、天然的并行多線(xiàn)程等優(yōu)勢(shì)，極大的縮短了開(kāi)發(fā)的速度，提升了后續(xù)系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)的便利。

1 體系結(jié)構(gòu)

高壓斷路器故障診斷軟件整體結(jié)構(gòu)采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式。在數(shù)據(jù)采集、圖形顯示、數(shù)據(jù)處理、報(bào)表輸出等方面，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)表等工具包進(jìn)行。軟件啟動(dòng)后，首先對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行初始化，使其可以正常工作。在這里對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，如果出現(xiàn)通訊異常、數(shù)據(jù)異常等情況，提醒用戶(hù)進(jìn)行安全檢查，在確保設(shè)備狀況良好的情況下，再進(jìn)行后續(xù)操作。

2 功能組成

高壓斷路器故障診斷分為：波形測(cè)量、數(shù)據(jù)分析、趨勢(shì)分析、故障診斷、信息管理等幾個(gè)部分。下面進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

在波形測(cè)量中，完成對(duì)原始數(shù)據(jù)的采集、圖形顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。原始數(shù)據(jù)采集通過(guò)NI USB 9239數(shù)據(jù)采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。它是一款便攜式的數(shù)據(jù)采集卡，其具備24位分辨率、精度0.0189 V、采樣率為50 kS/s/通道，此外，還具有內(nèi)置抗混疊濾波器，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)濾波功能。

3 數(shù)據(jù)處理與診斷算法

高壓斷路器故障診斷系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集，對(duì)得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，之后針對(duì)不用的故障波形，采用故障診斷算法進(jìn)行處理。

3.1數(shù)據(jù)濾波處理

對(duì)得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波平滑處理。這里我們選用用巴特沃茲四階濾波器。巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)最大限度平坦，沒(méi)有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零。

利用LabVIEW中提供的巴特沃茲濾波器VI，進(jìn)行濾波處理。在調(diào)用Butterworth系數(shù)VI后，該VI可調(diào)用IIR級(jí)聯(lián)濾波器VI，獲取Butterworth濾波后的X序列。

根據(jù)實(shí)際側(cè)視情況，濾波器參數(shù)分別設(shè)置為：濾波器類(lèi)型為帶通、采樣頻率為1、高截止頻率為0.45、低截止頻率為0.125、階數(shù)為四階。

3.2故障與波形對(duì)應(yīng)關(guān)系

在對(duì)大量測(cè)試數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，我們把斷路器常見(jiàn)故障與對(duì)應(yīng)的波形特征進(jìn)行了歸納總結(jié)，得到如下表1的斷路器常見(jiàn)故障與波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系表。

3.3故障診斷原理與實(shí)現(xiàn)

對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)找出包含極值在內(nèi)的特征值。結(jié)合USB9239所使用的采樣率，插值為與標(biāo)準(zhǔn)圖形的范圍一致，以方便波形的模式匹配。波形特征值提取使用Waveform Peak Detection函數(shù)。

波形特征值提取算法是用二次多項(xiàng)式依次擬合數(shù)據(jù)點(diǎn)中的各組數(shù)據(jù)。擬合中使用的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量由寬度指定。對(duì)于每個(gè)波峰或波谷，二次擬合可與閾值進(jìn)行比較。忽略低于閾值的波峰和高于閾值的波谷。只有在VI處理波峰或波谷之外大約寬度/2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)后，才可能檢測(cè)到波峰或波谷。

原始數(shù)據(jù)RawData和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)StrdData進(jìn)行比較，為提升系統(tǒng)的兼容性，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際情況分別設(shè)定合理的上下限，這里把上下限擴(kuò)大到原來(lái)的105%。統(tǒng)計(jì)滿(mǎn)足要求的原始數(shù)據(jù)，一旦滿(mǎn)足條件的原始數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)達(dá)到總數(shù)的一定比例，則認(rèn)定二者匹配，循環(huán)自動(dòng)終止。如果所有數(shù)據(jù)在比對(duì)完成后，滿(mǎn)足要求的原始數(shù)據(jù)無(wú)法達(dá)到設(shè)定的比例，則認(rèn)為二者不匹配。這里選定的比例值為95%。

4 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，所得到的診斷結(jié)果與實(shí)際情況一致，初步實(shí)現(xiàn)了高壓斷路器實(shí)時(shí)在線(xiàn)診斷的目的。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、升級(jí)便利、適用范圍廣。推廣后，可組成大規(guī)模的故障診斷及故障預(yù)報(bào)系統(tǒng)，為高壓輸電系統(tǒng)安全運(yùn)行提供保證。

參考文獻(xiàn)：

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