高壓斷路器故障信號(hào)分析

李云 傅成華 吳浩

【摘要】簡(jiǎn)述高壓斷路器發(fā)生故障的可能情況，詳細(xì)闡述了四種用于監(jiān)測(cè)高壓斷路器運(yùn)行狀況信號(hào)的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了用于信號(hào)處理的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解、支持向量機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，主張通過(guò)多信號(hào)信息融合處理故障診斷，對(duì)四種主要的信號(hào)融合方法進(jìn)行了描述。對(duì)高壓斷路器故障診斷現(xiàn)有的發(fā)展和問(wèn)題做了幾點(diǎn)說(shuō)明，并對(duì)它以后的發(fā)展方向做出了考慮。

【關(guān)鍵詞】高壓斷路器；機(jī)械信號(hào)

1 引言

在系統(tǒng)一次設(shè)備中，高壓斷路器是控制和保護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備，在檢修維護(hù)中，工作量較大，對(duì)于斷路器來(lái)說(shuō)，機(jī)械故障是主要故障。故障診斷信號(hào)類型有四種：電流信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)、位移信號(hào)和聲波信號(hào)，這些信號(hào)在檢測(cè)不同的故障中各有優(yōu)劣勢(shì)，相比較而言，振動(dòng)信號(hào)研究的比較廣泛，應(yīng)用較多；聲波信號(hào)易受干擾，對(duì)應(yīng)的信號(hào)提取設(shè)備有待提高；電流信號(hào)和位移信號(hào)在某些故障診斷方面，信號(hào)特征表現(xiàn)比較明顯。綜合利用這些方法處理的信號(hào)，能得到比較精確的結(jié)果。

監(jiān)測(cè)高壓斷路器信號(hào)大概有四種，分別是電流、振動(dòng)、位移和聲波，通過(guò)對(duì)這四種信號(hào)的處理來(lái)確定斷路器的狀態(tài)。對(duì)于不同類型的斷路器，不同種類的信號(hào)和檢測(cè)對(duì)象的差異，檢測(cè)的結(jié)果會(huì)有些偏差甚至完全不同。按照一般思維，將幾種信號(hào)結(jié)合起來(lái)使用，檢測(cè)結(jié)果會(huì)更準(zhǔn)確。

2.1 電流信號(hào)

如果測(cè)量開關(guān)動(dòng)作，將電流傳感器串接在電源的電氣回路上，當(dāng)有電流流過(guò)分合閘線圈時(shí)，通過(guò)分析傳感器電流波形，可診斷很多操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械故障，具體可以反映鐵芯卡滯、鐵芯行程、分合閘輔助接點(diǎn)的狀態(tài)、線圈狀態(tài)和轉(zhuǎn)換時(shí)間等，根據(jù)波形分析機(jī)械狀態(tài)，預(yù)測(cè)斷路器拒動(dòng)、誤動(dòng)等情況。圖1是分閘時(shí)的振動(dòng)位移和線圈電流變化過(guò)程。

圖1：分閘操作時(shí)的測(cè)試波形

2.2 振動(dòng)信號(hào)

振動(dòng)信號(hào)含有豐富的斷路器機(jī)械狀態(tài)信息，比如螺絲松動(dòng)、觸頭磨損、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，都能通過(guò)這些狀態(tài)信息反映出來(lái)。斷路器的機(jī)械狀態(tài)改變會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)變化，即使是一些細(xì)微的變化，也能夠從振動(dòng)信息中發(fā)現(xiàn)，所以，可以通過(guò)機(jī)械振動(dòng)的情況了解結(jié)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間和狀態(tài)，判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。研究表明，更換或者微小移動(dòng)加速度傳感器，對(duì)結(jié)果沒(méi)有很大的影響，因此，我們可以在信噪比較高或者振動(dòng)較強(qiáng)的位置安裝加速度傳感器，然后根據(jù)得到的信號(hào)分析動(dòng)作的特性。

振動(dòng)診斷的方法能實(shí)現(xiàn)斷路器非侵入式監(jiān)測(cè)，對(duì)斷路器無(wú)任何影響，很好的解決了高壓隔離的問(wèn)題。振動(dòng)信號(hào)具有高速度和高強(qiáng)度沖擊的特點(diǎn)，受電磁干擾嬌小，其采集沒(méi)有涉及到電氣測(cè)量，沒(méi)有周期性，有瞬時(shí)非平穩(wěn)的特點(diǎn)。因此，相比較其他的方式，振動(dòng)診斷是比較合適的高壓斷路器監(jiān)測(cè)方式。

2.3 位移信號(hào)

位移信號(hào)即行程-時(shí)間曲線，通過(guò)對(duì)觸頭的行程-時(shí)間曲線的分析，可得到斷路器分、合閘速度，以及其他相關(guān)的絕緣特性和機(jī)械特性，比如各點(diǎn)的時(shí)刻、速度和推動(dòng)阻力等，進(jìn)而分析判斷出機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀況，例如生銹、疲勞老化、變形、磨損等，均可以從曲線特性中反映出來(lái)。

位移傳感器一般安裝在觸頭或觸頭的絕緣拉桿下，安裝方便，并且不影響斷路器的正常工作，當(dāng)然，不僅僅在觸頭或其附近安裝位移傳感器，也可以在一些需要測(cè)量速度的運(yùn)動(dòng)部件安裝絕對(duì)位移傳感器，它能正確的反應(yīng)機(jī)械特性，并且適應(yīng)能力較強(qiáng)。圖2是合閘時(shí)的行程-時(shí)間特性曲線。

圖2：斷路器合閘時(shí)行程時(shí)間特性曲線

2.4 聲波信號(hào)

聲波也是一種信號(hào)，含有豐富的機(jī)械狀態(tài)信息，通過(guò)對(duì)聲波信號(hào)有目的的處理，可以得到我們所需要的信息。斷路器本身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，封閉性較強(qiáng)，安裝超聲波傳感器對(duì)斷路器影響不大，并且它的發(fā)射和接收都是開關(guān)信號(hào)，沒(méi)有模擬信號(hào)和A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，使結(jié)果更穩(wěn)定、準(zhǔn)確。當(dāng)然，在工作過(guò)程中，有很多聲音干擾，這方面的研究也較少，所以用于分析的樣本數(shù)據(jù)很少，使得聲波信號(hào)的推廣受到限制。圖3是分閘時(shí)，當(dāng)拐臂潤(rùn)滑不足時(shí)的聲波信號(hào)。

圖3：分閘聲波信號(hào)

3 小結(jié)

高壓斷路器的種類、型號(hào)、使用環(huán)境不同，導(dǎo)致故障的情況比較復(fù)雜，隨著行業(yè)的發(fā)展，對(duì)斷路器的重視和要求都有提高，這需要我們不斷的研究。不同的信號(hào)形式，其特征有較大差別，對(duì)不同環(huán)境、不同故障和不同監(jiān)測(cè)對(duì)象，其效果不一，故我們需要研究各種信號(hào)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，更好的達(dá)到現(xiàn)實(shí)要求。

參考文獻(xiàn)：

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