低压断路器振动特性分析与合闸同期性研究

针对低压断路器的机械特性,采用小波分解法对其振动信号进行分析。根据电动操作机构及低压断路器合闸动作的时序关系,以驱动电机电流信号作为时间标识,有效地提取了合闸振动信号。提出小波包能量谱分析低压断路器合闸同期性研究,在小波包对振动合闸信号细节分解基础上,采用小波包重构提取合闸振动主频带信号特征,由此构造合闸同期性状态特征矢量,并应用BP神经网络建立三相合闸不同期故障的识别模型。在断路器基座横梁安装单个加速度传感器,实验模拟了DW15—1600低压断路器的四种同期性状态振动信号,仿真结果表明,本文提出的振动信号小波包能量谱与神经网络相结合的方法,可有效地分析低压断路器合闸同期性。     

基于LVQ神经网络的高压断路器机械故障诊断方法

高压断路器作为电力系统的开关及保护设备,其可靠地工作对整个电力系统的安全运行具有很大的意义。为了迅速、精确地诊断高压断路器故障,提出一种基于学习向量量化(LVQ)网络的高压断路器机械故障诊断方法。首先,模拟高压断路器灭弧室机械故障状态,采集断路器的机械振动信号;其次,提取高压断路器机械故障振动信号的小波包能量作为特征量,建立基于LVQ网络的高压断路器机械故障诊断模型;最后,将LVQ网络、思维进化优化(MEA)的LVQ网络、BP网络和RBF网络在网络迭代步数、网络误差以及预测置信度方面进行比较。结果表明,提出的基于LVQ神经网络的高压断路器机械故障诊断方法相比较于其他诊断方法具有一定的快速性,并具有较高的置信度。     

基于因子分析和支持向量机算法的高压断路器机械故障诊断方法

高压断路器操作过程中的振动信号能够反映断路器的机械状态。以高压断路器机械振动信号中振动事件的起始点作为特征参量,使用因子分析对特征量进行降维优化、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)经粒子群参数寻优(Particle Swarm Optimization,PSO)后可对断路器的不同状态进行分类。本文对断路器机械故障进行了模拟试验,结果表明,因子分析和支持向量机算法适于诊断高压断路器的机械状态。     

基于低压直流断路器的机械故障机理分析与特征提取技术研究

直流断路器是轨道交通直流牵引供电系统的核心保护设备,是直流供电系统安全运行的保证,确保其稳定运行至关重要。文中针对直流牵引断路器机械结构特点,进行了断路器机械故障模拟实验,选取分合闸线圈电流及振动信号作为监测物理量,研究其机械故障机理与特征提取方法。研制信号采集硬件装置,搭建直流断路器机械故障模拟实验平台,模拟6种常见的机械故障。采集不同故障下的线圈电流及振动信号进行特征提取后进行故障机理分析,为低压直流断路器机械故障诊断提供理论支撑。     

基于振动的断路器状态检测系统的设计与开发

中压断路器是电网中重要的电力设备,对其进行状态检测有利于发现潜在隐患。振动检测是一种非侵入的检测方法,振动信号是断路器内部一系列振动事件的响应,包含丰富的断路器机械状态信息,因此,设计开发一套基于振动的断路器状态检测系统是非常有意义的。在构建该系统过程中,考虑了振动传感器的型号与安装位置、设计了信号调理电路、选择了数据采集卡等硬件,同时利用VC++和Lab VIEW开发了数据采集、截取与分析软件,具有友好人机交互界面。在分析方法上,计算振动信号的信息熵向量作为故障诊断特征向量,利用支持向量机实现故障诊断。该状态检测系统能高效快捷地实现对断路器操作过程中振动信号的采集,同时,准确地完成断路器的故障分类诊断。     

基于振动信号的交流中压真空断路器故障诊断技术研究

机械故障是断路器发生的主要故障之一,因此机械状态监测对断路器安全稳定运行至关重要。断路器开断过程中的振动信号包含了丰富的机械特征,可以通过提取振动信号而对设备进行机械故障诊断的研究。文中针对某12 kV交流中压真空断路器,通过自制的断路器在线监测装置采集断路器正常及故障状态下的振动信号,使用短时能量法、总能量分析法及信息熵法对振动信号分析处理。该装置能够捕捉到振动事件的特征信息,区分出正常与故障状态,为断路器机械故障在线诊断技术的实现提供了依据。     

基于振动信号的高压断路器螺栓松动故障诊断研究

断路器在电力系统中肩负着控制和保护的重要任务，加强对断路器机械系统潜伏性故障诊断研究，对提高断路器在运行中的可靠性具有重要意义。文中以ZN98型真空断路器为研究对象，依据其振动强度建立了一套高压断路器振动加速度测试系统，基于MATLAB小波包频带能量分解算法提取故障诊断特征量。以紧固螺栓松动的潜伏性故障为例，分析了不同频段的振动信号能量图谱，提出了一套高压断路器弹簧操动机构螺栓松动潜伏性故障的诊断方法。研究表明，设置单个紧固螺栓故障时，传感器测试位置距离故障螺栓越近所得的特征量阈值越大，应选取特征量阈值的最小值作为测试位置的故障诊断判据；相较于断路器的分闸过程，合闸过程的特征量阈值更能明显准确地反映断路器的机械状态。     

粒子群优化神经网络在高压断路器机械故障诊断中的应用

提出了一种以振动信号小波包特征熵为特征向量的高压断路器机械故障诊断的智能算法,该算法利用小波包分解原理将高压断路器振动信号分解到不同的频段中,计算各频段的能量熵值,并将其作为神经网络的输入向量,同时利用粒子群算法对神经网络进行优化,以提高故障诊断的精度。试验结果表明：该方法不仅能够取得良好的分类效果,而且诊断速度与精度均高于传统神经网络算法,适用于高压断路器机械故障诊断     

智能断路器在线监测系统研究

智能断路器是电力系统中最重要的设备之一,其稳定可靠性对于电网运行有重大意义。在分析智能断路器振动信号检测原理的基础上,提出了一种基于虚拟仪器技术的在线监测与故障诊断系统。该系统利用Labview编程实现人机界面,完成对测量数据的存储、显示和分析处理,由数据信号处理模块和传感器模块构成现场监测单元,完成对断路器机械参数、分合闸电流信号和振动信号的采集、传输。实验结果表明,该系统能实时反映智能断路器机械运行状态,具有人机交互友好、功能齐全和可靠性高等特点,实现了断路器在线监测系统预期的功能。     

智能断路器在线监测系统研究

智能断路器是电力系统中最重要的设备之一,其稳定可靠性对于电网运行有重大意义。在分析智能断路器振动信号检测原理的基础上,提出了一种基于虚拟仪器技术的在线监测与故障诊断系统。该系统利用Lab VIEW编程实现人机界面,完成对测量数据的存储、显示和分析处理,由数据信号处理模块和传感器模块构成现场监测单元,完成对断路器机械参数、分合闸电流信号和振动信号的采集、传输。实验结果表明,该系统能实时反映智能断路器机械运行状态,具有人机交互友好、功能齐全和可靠性高等特点,实现了断路器在线监测系统预期的功能。     

基于小波变换的高压断路器机械故障监测装置的研究

高压断路器在电力系统中起着重要的控制和保护作用,对电网安全运行非常重要。对高压断路器的概念进行简单介绍,并对其振动信号特点及原理进行了分析。针对目前高压断路器机械故障监测方法出现的各种弊端,研制出一种基于振动信号分析的断路器机械故障监测装置,该装置通过对振动信号进行小波变换分析能有效对断路器的运行状态和故障进行准确、及时、自动监测识别,同时能够实现故障前告警,对调整高压断路器运行状态,保证高压断路器的安全稳定运行具有重要意义。     

能谱熵向量法及粒子群优化的RBF神经网络在高压断路器机械故障诊断中的应用

高压真空断路器是电力系统开关设备中极其重要的一种高压电器,而高压断路器故障中80%是由于机械特性不良造成,为此通过小波包变换对高压断路器机械振动信号进行了分析,以信号的能谱熵作为特征输入向量,建立了粒子群优化(PSO)径向基函数(RBF)神经网络的高压断路器故障识别系统模型,最后对实际高压断路器振动信号进行获取分析并得到结果。实验结果表明,高压断路器正常信号能谱熵向量各元素分布比较均匀;而故障信号所得能谱熵向量各元素变化较大且有一定变化规律;粒子群优化后的RBF网络模型在正确率、精度等方面高于传统神经网络模型。实验结果表明该方法用于高压断路器的故障诊断是可行的,并且可以为断路器的故障诊断提供更好的理论依据。     

基于卷积深度网络的高压真空断路器机械故障诊断方法

高压断路器执行机构所产生的振动信号蕴含着丰富的机械状态信息。针对传统基于浅层的振动信号分析法存在特征提取和泛化能力等方面的不足,提出一种基于卷积神经网络和长短期记忆网络的混合深度网络。该网络利用卷积层对原始振动数据进行特征转换,结合门控循环单元的局部时域特征表示能力,对故障敏感特征进行提取。通过对10 kV真空断路器振动信号的分析实验表明,所提出的混合网络模型在ROC曲线和PR曲线上的诊断性能要优于广泛应用的支持向量机诊断法。这种端到端的故障诊断策略通过振动信号特征的深度映射能够有效提高机械状态故障识别精度。     

含直流断路器的柔直配电网过电压与绝缘配合

随着分布式能源的不断应用与普及,直流配电必将成为未来配用电系统的主流形式。作为一种新型的配电系统,柔直配电的过电压与绝缘配合亟须进一步研究和完善,中压直流断路器的加入也导致了系统的操作过电压暂态特性发生了根本变化,须对含直流断路器的柔直配电网操作过电压分布特性及绝缘配合展开分析。首先,构建了±10 kV环网型柔直配电网的电磁暂态仿真模型,设计了基于含直流断路器的保护动作方案;其次,基于保护动作方案,对±10 kV环网型柔性直流配电系统进行操作过电压的仿真分析,得到其幅值的水平空间分布特性和关键位置最大过电压的决定性工况,并提出±10 kV环网型柔性直流配电系统的绝缘配合方案;最后,对直流断路器动作影响下直流电缆护套的暂态感应过电压展开仿真分析。研究表明,直流断路器的加入提高了直流配电网的可靠性和灵活性,避雷器和电缆金属护层保护器的布置方案也得到进一步的优化,对环网型柔直配电网的绝缘配合方案设计有较大意义。     

中高压直流断路器拓扑综述

随着直流输配电系统的发展,直流系统对故障电流抑制和清除的要求增加,采用直流断路器能够很好地解决清除直流故障时快速性、稳定性和经济性的问题。文中论述了直流断路器的发展现状,对近年来国内外提出的直流断路器拓扑进行归纳总结。在此基础上,就机械式、Z源结构、组合式、级联模块、器件组合型直流断路器拓扑以及直流断路器测试电路进行了详细讨论。论述了各个方面的拓扑原理、使用优点以及面临的主要问题,对同一方面所涉及的文献进行了归纳对比。最后,提出了直流断路器未来可能的发展方向及相关问题。     

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。     

全固态直流断路器在低压直流配电系统中的应用

直流断路器是直流配电网安全运行和保护的关键设备,本文围绕直流断路器在低压直流配电系统中的应用开展研究,研制出一种全固态直流断路器样机。首先以深圳低压直流配电动模平台为例,分析了典型低压直流配电系统对断路器的参数要求,明确直流断路器在动模平台保护系统中的作用和安装位置。同时,结合系统要求选取直流断路器的主要参数,选定断路器为全固态开关拓扑,在此基础上设计了吸收支路和通信模块,制定了直流断路器响应主控系统的软件动作流程。进而研制出具有实用价值的±380 V低压配电直流断路器样机,并进行了相关测试,验证了断路器设计和保护方案的正确性。     

基于小波包能谱熵与自组织RBF神经网络的低压断路器机械故障诊断

利用小波包分解技术分析断路器故障时的振动信号,提取小波包的能谱熵,将其作为断路器故障模式的特征向量。然后,建立基于K-均值聚类方法的自组织径向基神经网络,对断路器的几种模拟故障进行识别分析,证明了算法的收敛性,给出收敛速度计算公式。通过仿真实验,验证了该方法的有效性,且较之传统BP神经网络有更快的收敛速度和更高的准确度。     

Novel topology of DC circuit breaker and current interruption in HVDC networks

With the emerging growth of high‐voltage direct current (HVDC) transmission in modern power systems, the HVDC grid has become a hot topic in recent academic research and real projects. In the DC grid, DC faults can have very serious consequences, and so the faulty DC parts need to be rapidly isolated from the system. Compared to the full‐bridge converters for the DC grid, DC circuit breakers are preferred to deal with this problem economically. In this paper, the self‐excited resonant DC circuit breaker is reviewed. Then, a novel scheme of hybrid DC circuit breaker is introduced, and the operation principle of the proposed circuit breaker is described in detail. Finally, a four‐terminal HVDC grid based on a modular multilevel converter (MMC) is used as the DC test system in PSCAD/EMTDC to verify the validity of the proposed DC circuit breaker. From the simulation results, it is seen that the proposed DC circuit breaker has advantages on current interruption time, voltage on DC circuit breaker, investment, etc. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.