建筑安全一直是社会各界非常关注的问题，其包含建筑设计方案的安全保障设计以及在建筑物投入使用之后的水、煤、电的使用安全。为了保证居民生活和企业生产的安全，我国对建筑物安全防控制定了严格措施[1]。断路器作为建筑物配电网络运行中的安全控制设备之一，其重要性不可忽视。随着科技的发展，电子信息远端控制技术和计算机中央处理控制手段已经成功应用于众多行业之中。从某些角度出发，计算机的普及化程度也代表着国家的发展程度[2]。智能化技术的普及，解放了人们的双手，能够执行多种类的全自动工作，在节约成本的同时也提升了工作效率。我国建筑电力设备的监测工作主要针对发生故障后的故障检测，日常监测工作主要针对设备投入运行前的预防性常规功能检测，针对性不强、检测工作量大、费时费力且效率较低。将计算机技术应用于断路器的故障诊断，将会有效提高电力系统运行的稳定性，将断路器故障消除在萌芽状态，保障建筑安全使用的同时，节约维修成本，提升建筑用电的安全品质。1断路器智能故障诊断系统硬件设计断路器故障智能诊断的难点是基础数据信息的对比分析，需要建立故障模型知识库。故障模型知识库中的数据主要来源于历史试验收集的典型断路器故障原因及对应的输出波形，对某一项试验中得出的波形进行自主地分析，对比各种故障原因的典型输出波形，从中总结并判断故障[3]。基于上述原理，通过建立智能处理电路，内置典型故障模型数据库，采用高速DSP处理电路进行自动判断，发现断路器故障，实现智能故障诊断。选用鸿立芯HYM320VC33型DSP和HYM9253型AD转换芯片，采用波形抓取的模数转换电路与智能处理电路，分析断路器故障的原因和输出工作波形的识别特征。HYM320VC33具有34 K×32 位（1.1-Mbit）片内双静态SRAM和13ns指令周期，能够完全满足数据库的存储空间需求与处理速度要求。HYM9253内置采样保持电路，转换速率最高可达125 MSPS，可以满足断路器故障发生时瞬时采样要求。被检测的试验样本信号通过加速传感器，经电缆输送到调理板，转换成能够被数据采集卡收集到的数据信号。被采集到的信号传送到上位机等待下一步的计算处理。硬件结构如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.01.022.F001图1硬件结构由加速度传感器获取断路器的振动信号。加速度传感器具有反应速度快、频率范围大、机体体积小、整体较轻、设备不易损坏等优点。加速传感器参数如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.01.022.T001表1加速传感器参数属性名称参数电荷灵敏度/(pc/g)20工作频率范围/Hz1~12 000幅值线性/g1 000输出电荷/pc0~104使用温度/℃-20~120适用范围宽频带加速传感器具有较高的电路阻抗，输出的信号信噪较弱，需要使用电荷放大器以及低噪声屏蔽仪器进行环境净化和数据信号放大处理，处理后的数据信号才可以被数据采集卡接收[4]。文章设计的系统主要采用电荷放大器对信号进行处理，电荷放大器具有精度高、噪声低的优点，适用于微弱信号提取，电荷放大器参数如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.01.022.T002表2电荷放大器参数属性名称参数输入电荷范围/pc0~105增益/(mV/pc)0.1测量模式加速度噪声/dB5通道1输出/V0~10数据经过模数转换后，按照规定格式通过数据采集卡接入上位机，存入数据库。为提高数据采集的稳定性，减少系统的组成分机，数据采集卡采用内置式，与上位机共用机箱。上位机主要功能包括数据计算和人机交互，考虑到数据量规模为中等水平，为降低硬件投入成本，采用i3内核处理器，4G内存的普通PC机。2断路器智能故障诊断系统软件设计软件功能模块构成如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.01.022.F002图2软件功能模块构成断路器智能故障诊断系统实时监测建筑中各断路器工作状态，将采集到的断路器工作波形信号与数据库中的典型故障波形进行对比，通过波形拟合，确定与典型故障波形的相似程度，若判断为故障，发出故障警报信息。警报信息包括声、光、电三种形式，通过蜂鸣器发出声音警示，上位机显示控制屏故障指示灯闪烁，并在界面中显示故障位置、故障编码和维修建议信息。报警信息自动录入后台，生成故障报告。2.1数据处理模块设计数据处理模块主要采用DSP处理核心。DSP处理核心数据处理能力强，含有丰富的工具包和编程，能够自主选择数据的处理方式。DSP处理核心包含信号处理、数据分析、文件信号输入、输出等分析处理模组。具体工作流程为：波形测量（对采集到的数字化波形进行还原，提取特征点）；数字滤波（剔除噪声，平滑波形）；窗、谱分析（通过局部放大方式分析波形中的谐振谱分量）；逐点计算（计算变化趋势、增量等分析波形变化）；波形拟合（与数据库中记录波形进行对比）；报警驱动（在发现短路故障时，触发报警模块，分别驱动声、光、电硬件设备）。通过DSP处理核心的内置软件处理，能够充分反映故障特征[5]。传统的模拟滤波器在信号和噪音波谱重叠时，不能精准去除噪声，难以采集有效信号。仅采取简单的频谱过滤手段不能达到工作标准。为了能够有效消除噪声，提升信号的准确度，文章采用无限冲击响应数字滤波器。在受到噪声干扰时，噪声所产生的波形偏移和传统滤波器是相同的，但是无限冲击响应数字滤波器能够自动消除电子元器件和电路信号不对称导致的误差，抵消信号测量时的偏移误差。2.2数据储存与管理模块设计断路器在线监测与故障诊断系统的数据管理、存储和查询是在虚拟仪器中编程实现的。系统通过数据库对高压断路器监控数据进行管理、存储和查询。断路器的故障状态变化和发展是渐进的，并且有各种干扰因素，设备从正常到不正常状态的变化存在转化期，因此系统选择访问的数据库需要具备足够的容量，实现全寿命周期数据存储[6]。系统采用Access2003作为数据库平台，可以完全满足断路器数据存储的要求。通过智能命令模块完成动态网络数据操作，如创建和删除命令，读取或写入数据库中的参数等，管理虚拟仪器与数据库的连接。数据集模块用于对数据库中的记录执行操作，如创建或删除记录，读取和写入记录中的条目等。2.3故障诊断模块设计当断路器出现真空断路器锁紧状态异常、底座螺丝松动等典型故障时，设备的特征值的频率会发生变化。断路器故障诊断流程如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.01.022.F003图3断路器故障诊断流程根据文章所述故障诊断方法，将设备故障振动信号的特征频率值与知识库中的特征频率值逐一对比，判断具体的故障类型[7]。因此断路器诊断模块的功能包括：第一，已经储存在知识库中的特征值。令Pt0、Pt1、Pt2、Pt3的频率值分别为S0、S1、S2、S3，作为t0、t1、t2、t3时刻的频率基准数值。第二，调入现场振动信号特征频率值。t0、t1、t2、t3时刻的频率值分别为X0、X1、X2、X3。第三，将实际工作中的振动信号频率值与知识库特征频率值进行对比并且记录，当现场的频率值比知识库特征频率值分别为大于、等于、小于时，记录值依次为+1、0、-1，最后将四个频率计分结果相加，得出诊断结果。3试验结果试验结果如表3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.01.022.T003表3试验结果序号检测时间/s准确度/%智能检测系统传统方法智能监测系统传统方法12.16098.097.522.36899.098.031.85598.299.541.76398.798.452.07299.698.6设置5个断路器试验样本并进行编号，分别用文章设计的智能故障检测系统和传统故障检测方法进行故障检测。由表1可知，智能监测系统和传统的检测方法的准确度相差不大，但在检测时长方面，文章设计的智能监测系统比传统检测方法速度快三十倍左右。4结语断路器在整个电力系统的工作运行中起着非常重要的作用，其工作状态是否正常决定着建筑配电网络能否安全运行，实现智能化的断路器故障监测，对建筑安全领域和高新技术应用领域具有重要的现实意义。结合智能化处理模块，开发功能更为强大的系统，在用电安全、智能处理、节能减排等方面实现智能化应用是未来的发展趋势，也是社会发展的必然选择。后续应在断路器智能故障诊断系统的软件界面交互友好性、功能操作的易用性方面加以改进，不断完善系统，提供方便、快捷、可靠、优质的智能化产品。