基于LabVIEW的高压断路器故障诊断系统

王立超

【摘要】开发了一套高压断路器故障诊断系统，对采集得到的原始数据，进行滤波平滑处理后，运用波形匹配算法对故障数据和标准模型进行比对处理，并给出了故障波形与比例值的对应关系，实现高压断路器故障的实时诊断。文章对软件的结构组成及主要功能进行了描述，在高压断路器在线故障诊断及故障预测领域进行了有益的尝试，对提升高压输电线安全性提供了技术支持。

【关键词】故障诊断;波形匹配;高压断路器;数据滤波

LabVIEW是由美国国家仪器公司所开发的图形化程序编译平台，早期是为了仪器自动控制所设计，至今转变成为一种逐渐成熟的高级编程语言。LabVIEW以其简单易懂的开发界面、丰富灵活的数据处理函数、天然的并行多线程等优势，极大的缩短了开发的速度，提升了后续系统升级维护的便利。

1 体系结构

高压断路器故障诊断软件整体结构采用生产者/消费者模式。在数据采集、图形显示、数据处理、报表输出等方面，结合数据库、报表等工具包进行。软件启动后，首先对仪器设备进行初始化，使其可以正常工作。在这里对系统的运行状态进行监控，如果出现通讯异常、数据异常等情况，提醒用户进行安全检查，在确保设备状况良好的情况下，再进行后续操作。

2 功能组成

高压断路器故障诊断分为：波形测量、数据分析、趋势分析、故障诊断、信息管理等几个部分。下面进行简要介绍。

在波形测量中，完成对原始数据的采集、图形显示、数据存储等功能。原始数据采集通过NI USB 9239数据采集卡来实现。它是一款便携式的数据采集卡，其具备24位分辨率、精度0.0189 V、采样率为50 kS/s/通道，此外，还具有内置抗混叠滤波器，可以实现信号滤波功能。

3 数据处理与诊断算法

高压断路器故障诊断系统通过数据采集，对得到的原始数据进行滤波处理，之后针对不用的故障波形，采用故障诊断算法进行处理。

3.1数据滤波处理

对得到的原始数据进行滤波平滑处理。这里我们选用用巴特沃兹四阶滤波器。巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。

利用LabVIEW中提供的巴特沃兹滤波器VI，进行滤波处理。在调用Butterworth系数VI后，该VI可调用IIR级联滤波器VI，获取Butterworth滤波后的X序列。

根据实际侧视情况，滤波器参数分别设置为：滤波器类型为带通、采样频率为1、高截止频率为0.45、低截止频率为0.125、阶数为四阶。

3.2故障与波形对应关系

在对大量测试数据分析的基础上，我们把断路器常见故障与对应的波形特征进行了归纳总结，得到如下表1的斷路器常见故障与波形的对应关系表。

3.3故障诊断原理与实现

对滤波后的数据找出包含极值在内的特征值。结合USB9239所使用的采样率，插值为与标准图形的范围一致，以方便波形的模式匹配。波形特征值提取使用Waveform Peak Detection函数。

波形特征值提取算法是用二次多项式依次拟合数据点中的各组数据。拟合中使用的数据点的数量由宽度指定。对于每个波峰或波谷，二次拟合可与阈值进行比较。忽略低于阈值的波峰和高于阈值的波谷。只有在VI处理波峰或波谷之外大约宽度/2个数据点后，才可能检测到波峰或波谷。

原始数据RawData和标准数据StrdData进行比较，为提升系统的兼容性，标准数据根据实际情况分别设定合理的上下限，这里把上下限扩大到原来的105%。统计满足要求的原始数据，一旦满足条件的原始数据个数达到总数的一定比例，则认定二者匹配，循环自动终止。如果所有数据在比对完成后，满足要求的原始数据无法达到设定的比例，则认为二者不匹配。这里选定的比例值为95%。

4 结语

该系统经现场测试，所得到的诊断结果与实际情况一致，初步实现了高压断路器实时在线诊断的目的。系统运行稳定、升级便利、适用范围广。推广后，可组成大规模的故障诊断及故障预报系统，为高压输电系统安全运行提供保证。

参考文献：

[1]卡普塔诺维克.高压断路器—理论设计与试验方法[M].北京：机械工业出版社，2015年07月.

[2]DL/T 615—2013，高压交流断路器参数选用导则[S].中国电力出版社，2014年04.