用于低压、中压或高压断路器的监测系统的制作方法

1.本发明涉及用于低压、中压或高压断路器的监测系统、用于低压、中压或高压断路器的监测方法或者具有一个或多个这种监测系统的断路器。


背景技术：

2.振动分析是用于监测断路器(cb)的操作机构和驱动器的常用方法。
3.然而，振动监测主要被应用于检测机构故障/失败，而不是从切换事件的检测中提取定时信息。
4.如今，非常昂贵的传感器(诸如电位计或编码器)被用于评估行进曲线，从而给出关于cb的当前健康状况的附加信息。
5.这种传感器导致更高的成本，使得永久安装没有吸引力。
6.需要解决这个问题。


技术实现要素：

7.因此，具有改进的技术来监测低压、中压或高压断路器将是有利的。
8.本发明的目的是用独立权利要求的主题解决的，其中其他实施例被并入到从属权利要求中。
9.在第一方面中，提供了一种断路器监测系统，包括：
[0010]-振动传感器；
[0011]-处理单元；以及
[0012]-输出单元。
[0013]
振动传感器被配置为被安装到断路器上。振动传感器被配置为至少在断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号。闭合操作包括：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头的移动；可移动触头与固定触头的触头接触；以及可移动触头的移动的停止。振动传感器被配置为向处理单元提供时间振动信号。处理单元被配置为确定闭合操作的多个特征，其中每个特征与以下中的一项相关联：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头的移动；可移动触头与固定触头的触头接触；以及可移动触头的移动的停止。闭合操作的多个特征的确定包括：对时间振动信号的分析，以标识被分配给闭合操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定断路器的操作功能性的指示。该确定包括利用闭合操作的多个特征。输出单元被配置为输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
[0014]
在示例中，对时间振动信号的分析以标识时间振动信号中的多个变化包括：对来自时间振动信号的时间信号包络的计算。标识时间振动信号中的多个变化然后可以包括：标识被分配给闭合操作的多个特征的时间信号包络的多个变化。
[0015]
在示例中，处理单元被配置为实施峰值变换、rms变换或者希尔伯特变换，以计算来自时间振动信号的时间信号包络。
[0016]
在示例中，对时间振动信号的分析以标识被分配给闭合操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化包括利用以下中的一项：描述性统计；变换；机器学习或人工智能；与断路器的闭合操作相关联的特征时间。
[0017]
在示例中，描述性统计是以下中的一项：均值、rms或者峰度分析；并且其中变换是以下中的一项：fft、小波、经验模式分解、希尔伯特黄变换。
[0018]
在示例中，处理单元被配置为确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的闭合操作上的对应的多个时间点，包括对时间振动信号的分析以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间，包括利用多个物理开关事件和对应的多个时间点。
[0019]
在示例中，处理单元被配置为实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法或者状态空间表示，以标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
[0020]
在示例中，基于集群的方法是高斯混合模型“gmm”或者隐马尔可夫模型“hmm”；并且其中状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
[0021]
在示例中，物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；可移动触头朝着固定触头移动的开始的瞬间；可移动触头与固定触头的触头接触的瞬间；可移动触头的移动停止的瞬间。
[0022]
在示例中，对来自时间振动信号的时间信号包络的计算包括在对时间信号包络的计算之前和/或之后的低通滤波和/或高通滤波。
[0023]
在示例中，确定断路器的操作功能性的指示包括：将闭合操作的多个特征与一个或多个校准断路器的对应基线特征进行比较。
[0024]
在第二方面中，提供了一种断路器监测系统，包括：
[0025]-振动传感器；
[0026]-处理单元；以及
[0027]-输出单元。
[0028]
振动传感器被配置为被安装到断路器上。振动传感器被配置为至少在断路器的断开操作的时间部分上获取时间振动信号。断开操作包括：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头的移动；可移动触头与固定触头的分离；可移动触头的移动的停止。振动传感器被配置为向处理单元提供时间振动信号。处理单元被配置为确定断开操作的多个特征，其中每个特征与以下中的一项相关联：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头的移动；可移动触头与固定触头的分离；可移动触头的移动的停止。断开操作的多个特征的确定包括：对时间振动信号的分析，以标识被分配给断开操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定断路器的操作功能性的指示，包括利用断开操作的多个特征。输出单元被配置为输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
[0029]
在第三方面中，提供了一种断路器监测方法，包括：
[0030]-将振动传感器安装到断路器上；
[0031]-由振动传感器，至少在断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号，其中闭合操作包括：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头的移动；可移动触头与固定触头的触头接触；以及可移动触头的移动的停止；
[0032]-向处理单元提供时间振动信号；
[0033]-由处理单元，确定闭合操作的多个特征，其中每个特征与以下中的一项相关联：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头的移动；可移动触头与固定触头的触头接触；以及可移动触头的移动的停止，其中确定包括对时间振动信号的分析，以标识被分配给闭合操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化；
[0034]-由处理单元，确定断路器的操作功能性的指示，其中确定包括利用闭合操作的多个特征；以及
[0035]-由输出单元，输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
[0036]
在第四方面中，提供了一种断路器监测方法，包括：
[0037]-将振动传感器安装到断路器上；
[0038]-由振动传感器，至少在断路器的断开操作的时间部分上获取时间振动信号，其中断开操作包括：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头的移动；可移动触头与固定触头的分离；可移动触头的移动的停止；
[0039]-向处理单元提供时间振动信号；
[0040]-由处理单元，确定断开操作的多个特征，其中每个特征与以下中的一项相关联：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头的移动；可移动触头与固定触头的分离；可移动触头的移动的停止，其中确定包括对时间振动信号的分析，以标识被分配给断开操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化；
[0041]-由处理单元，确定断路器的操作功能性的指示，其中确定包括利用断开操作的多个特征；以及
[0042]-由输出单元，输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
[0043]
在第五方面中，提供了一种低压、中压或高压断路器，包括根据第一方面的监测系统和/或包括根据第二方面的监测系统。
[0044]
参照在下文中描述的实施例，以上方面和示例将变得显而易见并且被阐明。
附图说明
[0045]
在下文中，示例性实施例将参照以下附图描述：
[0046]
图1示出了基于振动信号的断路器中的故障/失败检测和标识的概述(示意图)；
[0047]
图2示出了中压断路器的典型闭合操作的所有三个极点l1、l2和l3的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和电流曲线：
[0048]
时刻t
c0
是已知的，t
c1
只是粗略近似(运动的起点)，并且t
c21
和t
c22
由电流曲线确定；
[0049]
图3示出了在中压断路器的典型闭合操作的固定部分处测量的振动信号的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和包络曲线：底部曲线图中的相关时刻可以被提取为来自包络曲线的变化点。这些时刻也与图2所示的时刻一起被示出在顶部曲线图中；
[0050]
图4示出了中压断路器的典型断开操作的所有三个极点l1、l2和l3的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和电流曲线：
[0051]
时刻t
o0
是已知的，t
o1
只是粗略近似(运动的起点)，并且t
o21
和t
o22
由电流曲线确定；
[0052]
图5示出了在中压断路器的典型断开操作的固定部分处测量的振动信号的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和包络曲线：底部曲线图中的相关时刻可以被提取为来自包络曲线的变化点。这些时刻也与图4所示的时刻一起被示出在顶部曲线图中；
[0053]
图6示出了在中压断路器的典型闭合操作的固定部分处测量的振动信号的包络曲线：相关时刻可以被提取为来自包络曲线的变化点。还示出了根据断路器操作状况的不同区域1至5的定义，其中每个区域都被单独考虑以提取特征以标识失败地点和模式；
[0054]
图7示出了在中压断路器的典型断开操作的固定部分处测量的振动信号的包络曲线：相关时刻可以被提取为来自包络曲线的变化点。还示出了根据断路器操作状况的不同区域1至5的定义，其中每个区域都被单独考虑以提取特征以标识失败地点和模式；
[0055]
图8示出了示例性特征(切换时间)，具有用于闭合操作的预定义阈值，导致此处为断路器考虑的三个特征的状况(底部区段/中间区段/顶部区段)：a)闭合时间t
c2
至t
c0
(捕获区域1、2和3)。b)闩锁释放时间t
c12
至t
c0
(捕获区域1和2)。c)断路器操作时间t
c2
至t
c12
(捕获区域3)；以及
[0056]
图9示出了通过使用pca(主成分分析)降低数据的维度。
具体实施方式
[0057]
图1至9涉及用于低压、中压或高压断路器的监测系统和方法。
[0058]
在示例中，断路器监测系统包括振动传感器、处理单元和输出单元。振动传感器被配置为被安装到断路器上。振动传感器被配置为至少在断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号。闭合操作包括：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头的移动；可移动触头与固定触头的触头接触；以及可移动触头的移动的停止。振动传感器被配置为向处理单元提供时间振动信号。处理单元被配置为确定闭合操作的多个特征，其中每个特征与以下中的一项相关联：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头的移动；可移动触头与固定触头的触头接触；以及可移动触头的移动的停止。闭合操作的多个特征的确定包括：对时间振动信号的分析，以标识被分配给闭合操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定断路器的操作功能性的指示，其中确定包括对闭合操作的多个特征的利用。输出单元被配置为输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
[0059]
在示例中，振动传感器是加速度计、声学“saw”传感器或者rfid传感器。
[0060]
根据示例，对时间振动信号的分析以标识时间振动信号中的多个变化包括：对来自时间振动信号的时间信号包络的计算。标识时间振动信号中的多个变化然后可以包括：标识被分配给闭合操作的多个特征的时间信号包络的多个变化。
[0061]
根据示例，处理单元被配置为实施峰值变换、rms变换或者希尔伯特变换，以计算来自时间振动信号的时间信号包络。这些是时间信号包络可以如何被计算的具体示例，但是还有其他数学方法(例如在可用文献中讨论的)可以被用于计算时间信号包络。
[0062]
根据示例，对时间振动信号的分析以标识被分配给闭合操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化包括对以下中的一项的利用：描述性统计；变换；机器学习或人工智能；与断路器的闭合操作相关联的特征时间。
[0063]
根据示例，描述性统计是以下中的一项：均值、rms或者峰度分析；并且其中变换是
以下中的一项：fft、小波、经验模式分解、希尔伯特黄变换。这些是被分配给多个特征的时间振动信号的变化可以如何被标识的具体示例，但是还有其他数学方法(例如在可用文献中讨论的)可以被用于标识被分配给多个特征的时间振动信号的变化。
[0064]
根据示例，处理单元被配置为确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的闭合操作上的对应的多个时间点，包括对时间振动信号的分析以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间，包括对多个物理开关事件和对应的多个时间点利用。
[0065]
根据示例，处理单元被配置为实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法或者状态空间表示，以标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
[0066]
根据示例，基于集群的方法是高斯混合模型“gmm”或者隐马尔可夫模型“hmm”；并且其中状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
[0067]
在示例中，似然比方法是rulsif或cusum。
[0068]
根据示例，物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；可移动触头朝着固定触头移动的开始的瞬间；可移动触头与固定触头的触头接触的瞬间；可移动触头的移动停止的瞬间。
[0069]
根据示例，对来自时间振动信号的时间信号包络的计算包括在对时间信号包络的计算之前和/或之后的低通滤波和/或高通滤波。
[0070]
根据示例，确定断路器的操作功能性的指示包括：将闭合操作的多个特征与一个或多个校准断路器的对应基线特征进行比较。
[0071]
换言之，将某个操作数下的电流特征与已知表示健康状态的特征集合进行比较。这也可能涉及电流特征与“新”断路器特征的比较(例如行尾测量)，并且可能涉及在低操作数下计算的特征。
[0072]
以上监测系统也可以被用于监测断路器的断开操作，或者不同的监测系统可以被使用。这种断路器监测系统包括振动传感器、处理单元和输出单元。振动传感器被配置为被安装到断路器上。振动传感器被配置为至少在断路器的断开操作的时间部分上获取时间振动信号，其中断开操作包括：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头的移动；可移动触头与固定触头的分离；可移动触头的移动的停止。振动传感器被配置为向处理单元提供时间振动信号。处理单元被配置为确定断开操作的多个特征，其中每个特征与以下中的一项相关联：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头的移动；可移动触头与固定触头的分离；可移动触头的移动的停止。断开操作的多个特征的确定包括：对时间振动信号的分析，以标识被分配给断开操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定断路器的操作功能性的指示，包括对断开操作的多个特征的利用。输出单元被配置为输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
[0073]
在示例中，振动传感器是加速度计、声学“saw”传感器或者rfid传感器。
[0074]
在示例中，对时间振动信号的分析以标识时间振动信号中的多个变化包括：对来自时间振动信号的时间信号包络的计算。标识时间振动信号中的多个变化然后可以包括：标识被分配给闭合操作的多个特征的时间信号包络的多个变化。
[0075]
在示例中，处理单元被配置为实施峰值变换、rms变换或者希尔伯特变换，以计算
来自时间振动信号的时间信号包络。
[0076]
在示例中，对时间振动信号的分析以标识被分配给断开操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化包括对以下中的一项的利用：描述性统计；变换；机器学习或人工智能；与断路器的闭合操作相关联的特征时间。
[0077]
在示例中，描述性统计是以下中的一项：均值、rms或者峰度分析；并且其中变换是以下中的一项：fft、小波、经验模式分解、希尔伯特黄变换。
[0078]
在示例中，处理单元被配置为确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的断开操作上的对应的多个时间点，包括对时间振动信号的分析以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化。处理单元被配置为确定与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间，包括对多个物理开关事件和对应的多个时间点的利用。
[0079]
在示例中，处理单元被配置为实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法或者状态空间表示，以标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
[0080]
在示例中，基于集群的方法是高斯混合模型“gmm”或者隐马尔可夫模型“hmm”；并且其中状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
[0081]
在示例中，似然比方法是rulsif或cusum。
[0082]
在示例中，物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；可移动触头远离固定触头移动的开始的瞬间；可移动触头与固定触头分离的瞬间；可移动触头的移动停止的瞬间。
[0083]
在示例中，对来自时间振动信号的时间信号包络的计算包括在对时间信号包络的计算之前和/或之后的低通滤波和/或高通滤波。
[0084]
在示例中，确定断路器的操作功能性的指示包括：将断开操作的多个特征与一个或多个校准断路器的对应基线特征进行比较。
[0085]
在示例中，断路器监测方法包括：
[0086]-将振动传感器安装到断路器上；
[0087]-由振动传感器，至少在断路器的闭合操作的时间部分上获取时间振动信号，其中闭合操作包括：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头的移动；可移动触头与固定触头的触头接触；以及可移动触头的移动的停止；
[0088]-向处理单元提供时间振动信号；
[0089]-由处理单元，确定闭合操作的多个特征，其中每个特征与以下中的一项相关联：闭合操作的发起；闩锁释放；可移动触头朝着固定触头的移动；可移动触头与固定触头的触头接触；以及可移动触头的移动的停止，其中确定包括对时间振动信号的分析，以标识被分配给闭合操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化；
[0090]-由处理单元，确定断路器的操作功能性的指示，其中确定包括对闭合操作的多个特征的利用；以及
[0091]-由输出单元，输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
[0092]
在示例中，振动传感器是加速度计、声学“saw”传感器或者rfid传感器。
[0093]
在示例中，分析时间振动信号以标识时间振动信号中的多个变化包括：计算来自时间振动信号的时间信号包络。标识时间振动信号中的多个变化然后可以包括：标识被分
配给闭合操作的多个特征的时间信号包络的多个变化。
[0094]
在示例中，该方法包括：由处理单元，实施峰值变换、rms变换或者希尔伯特变换，以计算来自时间振动信号的时间信号包络。
[0095]
在示例中，对时间振动信号的分析以标识被分配给闭合操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化包括对以下中的一项的利用：描述性统计；变换；机器学习或人工智能；与断路器的闭合操作相关联的特征时间。
[0096]
在示例中，描述性统计是以下中的一项：均值、rms或者峰度分析；并且变换是以下中的一项：fft、小波、经验模式分解、希尔伯特黄变换。
[0097]
在示例中，该方法包括：由处理单元，确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的闭合操作上的对应的多个时间点，其中确定包括分析时间振动信号，以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化，并且其中确定与断路器的闭合操作相关联的一个或多个特征时间包括：对多个物理开关事件和对应的多个时间点的利用。
[0098]
在示例中，该方法包括：由处理单元，实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法或者状态空间表示，以标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
[0099]
在示例中，基于集群的方法是高斯混合模型“gmm”或者隐马尔可夫模型“hmm”；并且其中状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
[0100]
在示例中，似然比方法是rulsif或cusum。
[0101]
在示例中，物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；可移动触头朝着固定触头移动的开始的瞬间；可移动触头与固定触头的触头接触的瞬间；可移动触头的移动停止的瞬间。
[0102]
在示例中，计算来自时间振动信号的时间信号包络包括在对时间信号包络的计算之前和/或之后的低通滤波和/或高通滤波。
[0103]
在示例中，确定断路器的操作功能性的指示包括：将闭合操作的多个特征与一个或多个校准断路器的对应基线特征进行比较。
[0104]
在示例中，断路器监测方法包括：
[0105]-将振动传感器安装到断路器上；
[0106]-由振动传感器，至少在断路器的断开操作的时间部分上获取时间振动信号，其中断开操作包括：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头的移动；可移动触头与固定触头的分离；可移动触头的移动的停止；
[0107]-向处理单元提供时间振动信号；
[0108]-由处理单元，确定断开操作的多个特征，其中每个特征与以下中的一项相关联：断开操作的发起；闩锁释放；可移动触头远离固定触头的移动；可移动触头与固定触头的分离；可移动触头的移动的停止，其中确定包括对时间振动信号的分析，以标识被分配给断开操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化；
[0109]-由处理单元，确定断路器的操作功能性的指示，其中确定包括对断开操作的多个特征的利用；以及
[0110]-由输出单元，输出与断路器的操作功能性的指示相关的信息。
[0111]
在示例中，振动传感器是加速度计、声学“saw”传感器或者rfid传感器。
[0112]
在示例中，对时间振动信号的分析以标识时间振动信号中的多个变化包括：计算来自时间振动信号的时间信号包络，并且其中标识时间振动信号中的多个变化包括：标识被分配给断开操作的多个特征的时间信号包络的多个变化。
[0113]
在示例中，处理单元被配置为实施峰值变换、rms变换或者希尔伯特变换，以计算来自时间振动信号的时间信号包络。
[0114]
在示例中，分析时间振动信号以标识被分配给断开操作的多个特征的时间振动信号中的多个变化包括对以下中的一项的利用：描述性统计；变换；机器学习或人工智能；与断路器的闭合操作相关联的特征时间。
[0115]
在示例中，描述性统计是以下中的一项：均值、rms或者峰度分析；并且其中变换是以下中的一项：fft、小波、经验模式分解、希尔伯特黄变换。
[0116]
在示例中，该方法包括：由处理单元，确定多个物理开关事件以及多个物理开关事件在断路器的断开操作上的对应的多个时间点，包括分析时间振动信号，以标识被分配给多个物理开关事件的时间振动信号中的多个变化，并且其中确定与断路器的断开操作相关联的一个或多个特征时间包括：对多个物理开关事件和对应的多个时间点的利用。
[0117]
在示例中，该方法包括：由处理单元，实施变化点检测算法、分段线性近似算法、基于集群的方法或者状态空间表示，以标识被分配给多个物理开关事件的时间信号包络中的多个变化点。
[0118]
在示例中，基于集群的方法是高斯混合模型“gmm”或者隐马尔可夫模型“hmm”；并且其中状态空间表示是卡尔曼滤波器或者似然比方法。
[0119]
在示例中，似然比方法是rulsif或cusum。
[0120]
在示例中，物理开关事件包括以下两项或多项：闩锁释放的瞬间；可移动触头远离固定触头移动的开始的瞬间；可移动触头与固定触头分离的瞬间；可移动触头的移动停止的瞬间。
[0121]
在示例中，计算来自时间振动信号的时间信号包络包括在对时间信号包络的计算之前和/或之后的低通滤波和/或高通滤波。
[0122]
在示例中，确定断路器的操作功能性的指示包括：将断开操作的多个特征与一个或多个校准断路器的对应基线特征进行比较。
[0123]
一个或多个监测系统可以被改装为低压、中压或高压断路器，或者这种断路器可以用这种监测系统制造。
[0124]
因此，已经开发出一种新技术，能够从振动信号中检测和标识故障/失败，以便及早识别断路器(cb)中的损坏。这涉及从振动数据中提取信号包络作为指纹，以对闭合和断开操作期间的健康状况进行分类。然后，当前闭合/断开操作与预定义的健康状态的比较允许检测在cb寿命期间信号包络的异常或变化，这可能指示cb中的早期损坏。针对异常检测，统计和ai/ml的不同方法可以被用于从包络信号中提取特点特征。在条件监测和诊断解决方案中，对信号包络的整个特征的评估可以支持标识检测到的故障/失败的类型和地点，并且指示需要维护cb驱动器。
[0125]
因此，振动监测被用于从检测振动数据中提取定时特征，而不是需要使用更昂贵的传感器，以提供故障/失败检测，并且给出关于cb的当前健康状况的附加信息。
[0126]
原始混沌振动信号的分析可以使分析更具挑战性，因此在准确性、稳健性和可靠性方面递送不太令人满意的结果，在某些实施例中已通过利用被用于提取振动信号包络的振动领域知识(例如滤波技术)来解决，振动信号包络被明确设计为使信号的混沌性质更易于处理。
[0127]
低成本的加速度计通常可以被应用于易于改装的外壳的固定部分，或者可以被安装到移动部分上。然而，所有类型的传感器都可以被用于监测递送振动信号，诸如声学传感器或类似传感器。
[0128]
用于低压、中压或高压断路器的监测系统和方法的具体且详细的实施例现在被描述，其中再次参照图1至9。
[0129]
图1概述了用于识别断路器中的早期损坏的故障/失败检测和标识方法。
[0130]
在图1中，测量阶段使用加速度计、声学麦克风或其他或者其他振动传感器。包络曲线提取可以在包络计算之前和/或之后利用峰值方法、rms、希尔伯特变换以及可选地低通/高通滤波。算法(基于数据的特征)可以是描述性统计(均值、rms、峰度等)、变换：fft、小波、emd(经验模式分解)、hht(希尔伯特黄变换)等、ai/ml：自动编码器、pca(主成分分析)。领域知识可以包括失败地点(断开/闭合线圈、闩锁、操作机构、连杆等)、失败标识(失败模式：弹簧/阻尼器、磨损、摩擦/润滑等)、例如健康状况：绿色(健康/安全区)、黄色(故障/警告区)、红色(故障/停止操作区)。参照图8，绿色区是底部区段，黄色区是中间区段，并且红色区是顶部区段。
[0131]
详细地，新技术涉及：
[0132]
[1]获取由加速度计、声学传感器或类似设备测量的振动信号。
[0133]
[2]通过使用典型方法(例如峰值、rms、希尔伯特变换等)中的一种方法计算信号包络。可选地，振动和/或包络信号可以在预处理和/或后处理步骤(例如高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器等)中进行滤波。
[0134]
[3]通过将至少一个振动信号的至少一个值/特征与也可以是健康数据集的比较值/特征进行比较，使用故障/失败检测和标识方法来识别早期损坏。存在不同的方法来从振动信号的包络中导出典型值/特征：来自描述性统计的特征，诸如rms、峰度等。备选地，信号包络可以通过fft、小波、emd等被变换为频域。ai/ml算法(例如自动编码器、pca，参见图9)可以被附加地用于从包络中提取特征。从包络中提取的切换时间也可以被用作其他特征。特征针对断路器操作的总体操作和具体区域计算，以标识失败地点(参见图6和7)。
[0135]
[4]断路器的健康状态可以通过行尾测量来单独定义。备选地，健康状态先前是从为相同类型的cb获得的测量数据中已知的。断路器领域知识和大数据被用于定义针对总体操作和具体区域评估的单个特征的阈值。如果至少一个特征超过了所定义的阈值，则故障/失败被检测到。所有计算特征的变化/趋势被用于标识地点和失败模式。
[0136]
相对于cb的闭合操作，图2示出了中压断路器的典型闭合操作的所有三个极点l1、l2和l3中的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和电流曲线。
[0137]
此处，以下时间被示出：
[0138]
t
c0
：闭合操作的发起-电流开始流过闭合线圈
[0139]
t
c1
：移动触头开始朝着固定触头行进的瞬间
[0140]
t
c21
：第一极点中的触头的触头接触瞬间(电流开始流动)
[0141]
极点1首先闭合，因此t
c21
由l1定义。
[0142]
t
c22
：触头在所有三个极点l1、l2和l3中保持闭合(全电流流动)的瞬间
[0143]
极点3最后闭合，因此t
c22
由l3定义。
[0144]
时刻t
c0
是已知的，t
c1
只是粗略近似(运动的起点)，并且t
c21
和t
c22
由电流曲线确定。
[0145]
相对于cb的断开操作，图4示出了中压断路器的典型断开操作的所有三个极点l1、l2和l3中的行进曲线(仅针对一个极点是示例性的)和电流曲线。
[0146]
此处，以下时间被示出：
[0147]
t
o0
：断开操作的发起-电流开始流过跳闸线圈
[0148]
t
o1
：移动触头开始向后行进以打开触头的瞬间
[0149]
t
o21
：第一极点中的触头分离的瞬间
[0150]
极点3首先闭合，因此t
o21
由l3定义。
[0151]
t
o22
：所有极点中的触头分离的瞬间
[0152]
极点1最后断开，因此t
o22
由l1定义。
[0153]
时刻t
o0
是已知的，t
o1
只是粗略近似(运动的起点)，并且t
o21
和t
o22
由电流曲线确定；以及
[0154]
图3和5然后示出了从振动数据导出的等效信息。
[0155]
在图3中，以下时间被示出：
[0156]
t
c0
：闭合操作的发起
[0157]
t
c11
：闩锁释放的瞬间
[0158]
t
c12
：移动触头开始朝着固定触头行进的瞬间
[0159]
t
c2
：表示所有三个极点的触头的触头接触的瞬间-t
c2
在t
c21
与t
c22
之间
[0160]
t
c31
、t
c32
：移动触头停止行进的瞬间，表示固定闭合位置
[0161]
在图5中，以下时间被示出：
[0162]
t
o0
：断开操作的发起-电流开始流过跳闸线圈
[0163]
t
o11
：闩锁释放的瞬间
[0164]
t
o12
：移动触头开始向后朝着固定触头行进的瞬间
[0165]
t
o2
：表示所有三个极点的触头分离的瞬间
[0166]
t
o31
、t
o32
：移动触头停止行进的瞬间，表示固定断开位置
[0167]
因此，如图3和5所示，新技术能够使闭合操作的相关时刻(tc0、tc11、tc12、tc2、tc31、tc32)和断开操作的相关时刻(to0、to11、to12、to2、to31、to32)从振动信号的包络中检测和确定。
[0168]
不同的闭合和断开时间可以从检测到的时刻计算：
[0169]
a)闭合(断开)时间：tc2至tc0(to2至to0)
[0170]
b)闩锁机构的操作时间(直到移动触头开始行进)：tc12至tc11(to12至to11)
[0171]
c)主机构的操作时间(在移动触头开始行进之后)：tc2至tc12(to2至to12)
[0172]
d)从线圈通电到闩锁开始释放的闩锁释放时间：tc12至tc0(to12至to0)
[0173]
e)总操作时间：tc32至tc0(to32至to0)
[0174]
注意，tc32、to32定义了操作后所有振荡几乎衰减时的最终固定位置。然而，tc31、
to31可以被解释为替代的固定位置，此后仍然存在较小幅度的超程和回程振荡。
[0175]
图6还示出了用于cb的闭合操作的振动信号。
[0176]
在图6中，以下时间被示出：
[0177]
t
c0
：闭合操作的发起
[0178]
t
c11
：闩锁释放的瞬间
[0179]
t
c12
：移动触头开始朝着固定触头行进的瞬间
[0180]
t
c2
：表示所有三个极点的触头接触的瞬间
[0181]
t
c31
、t
c32
：移动触头停止行进的瞬间，表示固定闭合位置
[0182]
而且，在图6中示出了与cb状况相关的不同区域。这些是：
[0183]
1.通电线圈
→
开始闩锁释放。
[0184]
2.开始闩锁释放
→
开始移动触头的移动。
[0185]
3.开始移动触头的移动
→
触头接触。
[0186]
4.触头接触
→
移动触头的大移动结束。
[0187]
5.移动触头的大移动结束
→
移动触头的小移动结束。
[0188]
图7还示出了用于cb的断开操作的振动信号。
[0189]
在图7中，以下时间被示出：
[0190]
t
o0
：断开操作的发起-电流开始流过跳闸线圈
[0191]
t
o11
：闩锁释放的瞬间
[0192]
t
o12
：移动触头开始向后朝着固定触头行进的瞬间
[0193]
t
o2
：表示所有三个极点的触头分离的瞬间
[0194]
t
o31
、t
o32
：移动触头停止行进的瞬间，表示固定断开位置
[0195]
而且，在图7中示出了与cb状况相关的不同区域。这些是：
[0196]
1.通电线圈
→
开始闩锁释放。
[0197]
2.开始闩锁释放
→
开始移动触头的移动。
[0198]
3.开始移动触头的移动
→
触头的分离。
[0199]
4.触头的分离
→
移动触头的大移动结束。
[0200]
5.移动触头的大移动结束
→
移动触头的小移动结束。
[0201]
图8例示了阈值可以如何被使用，以确定cb是否在数据位于较低区域或较低区(称为绿色)的情况下正确操作，或者cb操作在数据位于中间区并且应进行更紧密地监测的情况下可能被怀疑停止服务(称为黄色)，或者cb操作在数据位于顶部区的情况下出现故障并且cb应被立即停止(称为红色)。而且，这示出了故障可以被标识为与整个闭合/断开操作的具体操作区段相关联。
[0202]
因此，图4示出了捕获不同区域的闭合操作的三个典型切换时间/特征。因此，例如两个阈值可以被定义以导出每个特征的状况：绿色(健康/安全区)、黄色(故障/警告区)、红色(失败/停止操作区)。在警告区中，建议可以被赋予给用户以解决故障事件或者联系服务人员进行维护。在红色区中，建议是立即停止cb操作。此处，故障/失败位于操作机构中，因为只有区域3的特征受到影响。通过考虑来自描述性统计和ai/ml的所有其他特征，失败模式可以被标识为润滑不足。
[0203]
图9示出了主成分分析可以如何被用于提供清晰的数据描绘的代表性视图，这些
数据可以被用于故障确定。
[0204]
因此，总的来说，新技术涉及对原始振动信号的信号处理，以提取每个操作的包络曲线。用于原始信号和/或包络的附加滤波器也可以被应用，以进一步平滑信号。下面描述的所有方法也可以被应用于原始振动信号。三种类型的特征从包络曲线计算：描述性统计特征、来自ai/ml算法的特征和切换时间特征。因此，特征的偏移可以通过行尾测量或先验知识来单独确定。针对健康状态，特征的方差是从现场数据和经验中已知的。测量的偏移和已知方差可以被用于定义所有特征的阈值。具体地，来自图6和7的区域分割以进行特征提取支持标识故障/失败地点。特征中的特点变化/趋势可以被分配给多种失败模式，例如弹簧和阻尼器失败、摩擦增加、磨损等。最后，所有特征的状况可以被加权，以计算断路器的总体健康状况。这种方法也可以被应用于具有电磁驱动器的cb。
[0205]
虽然本发明已经在附图和前面的描述中详细图示和描述，但是这种图示和描述应该被认为是说明性的或示例性的，而非限制性的。本发明不被限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，所公开的实施例的其他变化可以由本领域技术人员在实践要求保护的本发明时理解和实现。