基于振动信号的超程变化情况下断路器刚分刚合时刻识别方法研究

在断路器的长期使用过程中,由于触头磨损、螺丝松动等原因,超程将会发生改变,断路器刚分刚合时刻的确定具有较大难度。刚分刚合时刻的判断方法在超程变化情况下的准确性还未有人研究。文中以12 kV交流中压真空断路器为研究对象,搭建了断路器机械状态离线测试试验平台。在模拟多种超程量的条件下,对断路器分合闸过程中的触头换位信号与振动信号进行同步采集,采用短时能量法对振动信号进行处理,准确分析出断路器换位信号提取的分合闸时刻与振动信号提取的特征量间的对应关系。利用振动信号替代换位信号,通过对断路器分合闸过程振动信号的提取,准确判断刚分刚合时刻,获得分合闸时间。测试试验结果表明,该方法在超程改变情况下对分合闸时刻的判断误差在0.5 ms以内,提高了断路器在超程变化时机械数据的准确性,为断路器机械状态的在线监测提供了依据。     

新型高压断路器操动机构故障识别

利用高速、高分辨率摄像机捕捉断路器合分闸过程传动部件的运行状况,采用图像分析和识别技术获取断路器操动中传变部件运动位移、主轴转动过程及角度参数,计算分合闸时间、动触头行程、运动速度,从根本上革新断路器机械特性测试方法,提高参数测量精度和速度;再结合操动过程中声、振动的频谱特征分析、操作中分合闸线圈电流的分析,发现操动机构潜在故障,并分析故障类型,提高对运行状态判断的准确性,为断路器在线故障监测和状态检修奠定了基础。     

永磁机构真空断路器分闸触头过冲与反弹抑制方法的研究

为了抑制真空断路器分闸操作过程的触头过冲与反弹现象,提高断路器的开断性能,笔者基于真空断路器永磁机构分闸操作工作原理,分析触头的运动过程,获取有效抑制触头过冲与反弹的预设行程值,建立了触头在分闸位置的速度特性与过冲及反弹幅值的特征关系。利用闭环控制策略对永磁机构线圈电流进行调节,降低触头的分闸末速度,实现对触头过冲与反弹的有效抑制。研制以数字信号处理器(DSP)为核心的控制装置,开展12 kV真空断路器永磁机构分闸操作实验,对操作过程中触头行程数据进行对比分析。结果表明,在上述控制系统的作用下,触头的运动过程处于受控状态,通过对预设行程值的标定,实现有效抑制触头过冲与反弹,保证永磁机构分闸操作可靠性,提高断路器分断能力。     

一种便携式高压断路器机械特性测试仪设计

传统的高压断路器特性测试平台存在操作流程多、接线复杂及成本高等问题,提出了一种基于TMS320F28335的便携式高压断路器机械特性测试仪的设计方案。测试仪利用霍尔电流传感器GSM010-GT检测合(分)闸线圈电流信号,利用直线位移传感器TS-0050检测动触头行程,并运用16 bit高准确度A-D转换器AD7606采集上述信号,实现合(分)闸线圈电流、动触头行程等参数的测量,同时利用光耦电路采集断口合分状态,实现断路器合分闸时间、合分闸同期性参数测量。此外,系统扩展了LCD显示、SD卡存储及DS1302时钟电路,参数测量结果可直观显示在LCD上,并实现大批量测量参数及测量时刻的SD卡存储。最后,以ABB的VD4/CX真空断路器为测试对象,其测试结果表明,该测试仪能准确地测量断路器的机械特性参数,从而为判断断路器的性能提供可靠依据。     

一种基于触头受力监测实现断路器断口判定的方法

文中提出了一种准确判定断路器离线/带电运行时动静触头刚合/刚分时刻和断口状态的方法,该方法是在断路器绝缘拉杆的低压侧植入力传感器,通过力传感器监测断路器动作过程中灭弧室动端的力值—时间曲线,计算力值突变时刻及力值的大小,从而实现断路器动静触头刚合/刚分时刻及断口状态判定。目前基于该方法研制的机械特性在线监测装置,与断路器一同在国家质量监督检验中心(西高院试验站)完成了短路开断与关合试验和机械特性比对试验,监测的分合闸时间与实验室测试结果的时间误差小于±1 ms。该方法有效实施为断路器的选相控制、机械特性在线监测、电寿命在线监测等特征参量的提取奠定了计算基础。     

同步真空断路器高精度位置控制研究

同步真空断路器的合、分闸时间的稳定性受控制电压、环境温度、触头磨损和机械老化等外界因素的影响,采用高精度位置伺服控制使断路器触头按照给定的最佳轨迹运动,可保证同步真空断路器操作时间的稳定性。首先,采用MATLAB建立永磁机构真空断路器动态运动模型,设计自适应模糊控制器实现断路器的高精度位置控制;其次,对设计的断路器位置模糊控制算法性能进行仿真分析和优化;最后,对设计的真空断路器位置控制进行试验测试。仿真和测试结果表明,位置控制真空断路器伺服性能良好,断路器合、分闸时间分散性小于±0.5 ms,满足IEC 62271-302标准对同步真空断路器操作时间一致性的要求。     

基于振动信号的高压断路器触头超程状态识别

提出了一种利用振动信号识别高压断路器触头超程状态的新方法。高压断路器分/合闸动作过程中产生的振动信号包含有触头超程状态信息,合适的信号处理方法及特征提取技术可以将该信息提取出来。试验获取高压断路器不同触头超程下的振动信号,采用经验模态分解(EMD)对振动信号进行分解,计算分解得到的本征模态函数(IMF) Hilbert边际谱能量,作为触头超程状态特征量,并详细分析该特征量与触头超程之间的变化规律。结果表明,所提方法能够有效提取高压断路器的触头超程状态信息,能够实现触头超程状态的准确识别,为高压断路器触头超程状态在线监测与诊断提供一种新方法。     

基于综合判断法的高压开关设备机械特性在线监测技术

高压开关设备是电力系统通断回路、切除和隔离故障的重要设备,为了做到故障提前预警,提出利用霍尔传感器对断路器电磁驱动机构线圈电流进行监测,进而判断断路器电磁驱动机构是否存在线圈断线、驱动机构是否存在卡涩等故障;利用位移传感器和加速度振动传感器对断路器触头开距和超程进行监测,并通过多层感知机对断路器触头超程状态自动识别,实现对断路器触头磨损状况的实时监测,且满足供电公司为防止误判需要双验证的要求。经现场测试,高压开关设备机械特性在线监测技术可以做到故障提前预警,对保障供电安全具有重要的意义。     

低压断路器机械特性的在线监测技术研究

为保证电力系统低压端运行的可靠性,介绍了一种采用JT系列磁补偿式电流传感器(霍尔传感器)检测低压断路器合、分闸线圈电流信号和使用旋转光电编码器测量动触头的行程信号,实现低压断路器机械特性在线监测的方法。设计以TMS320F206为检测核心,给出了系统的硬件原理框图;在设计上采取了屏蔽、隔离和滤波等抗干扰措施。试验结果表明,系统能够对低压断路器机械特性参数进行可靠的监测,稳定性好、精确度高。     

高压断路器在线监测系统在1100kV HGIS上的应用

文章介绍了某换流站高压断路器在线状态监测系统,实现对1 100kV HGIS合/分闸线圈电压和电流的监测、动触头行程的监测以及合/分闸时间等参数的测量,及时准确地了解1 100kVHGIS的工作状态,方便运行维护工作。     

考虑电动斥力的真空断路器刚柔耦合系统机械特性研究

针对真空断路器分闸过程涉及到的灭弧室侧电磁力与操动机构侧机械运动的耦合计算问题，结合Mayr-Cassie混合式电弧模型、灭弧室电磁场模型以及操动机构刚柔耦合动力学模型提出一种断路器分断过程电-磁-机械动态特性耦合计算方法。基于真空断路器分断过程动态特性计算结果，通过显式动力学方法对分闸过程中触头弹簧系统的冲击碰撞现象进行模拟计算，并结合应变寿命理论及Miner累计损伤理论计算触头弹簧结构的工作寿命，在此基础上对触头弹簧结构进行优化改进工作。研究结果表明：在断路器分闸过程中电动力方向并不总是为触头斥开方向，在超程阶段结束之前动触头承受的电动力为斥开方向，在超程结束后动触头承受电动力为闭合方向；在承受分闸冲击时，优化前的触头弹簧结构应力危险范围在弹簧销与导向套的接触界面处，应力数值为273.28 MPa,其疲劳寿命为2 027次，优化后的触头弹簧结构疲劳寿命为12 030次，满足断路器产品额定机械寿命的要求。     

塑壳断路器机械状态监测系统

设计并开发了塑壳断路器(MCCB)机械状态监测系统。介绍了监测系统的软、硬件结构及工作原理并对断路器在分闸、合闸、脱扣及再扣合闸操作中的触头状态、电动操作机构的电机电流进行监测。利用小波分析方法对所检测的信号进行分析与处理,提取表征MCCB机械特性变化趋势的特征量,为MCCB的剩余寿命预测研究奠定了基础。     

基于永磁机构的剩余电流重合闸断路器设计

永磁驱动机构运动部件少、可靠性高,用于剩余电流重合闸断路器是一种创新的探索.介绍了基于永磁机构的剩余电流重合闸断路器工作原理、结构、永磁机构类型及驱动方式的选择,采用MaxweⅡ软件进行合闸机械特性、分闸机械特性的仿真优化,调整分闸弹簧、触头弹簧,使该产品的触头压力、分断速度达到一个优良的组合.经试验验证,设计的重合闸...     

基于ADAMS的低压塑壳断路器操作机构的优化设计

针对某型低压塑壳断路器触头超程较小的问题,利用UG建立该型断路器全尺寸三维模型,将模型导入ADAMS中建立其虚拟样机模型。通过经验法分析并修改影响触头超程的部件,使超程达到技术要求,为减小其动作时间,构建了操作机构的数学模型,对杆件建立方程式,推导后得到连杆长度与杆件夹角之间的变化关系。依靠ADAMS参数化设计工具,以动触头角速度最大为优化目标,相关杆件长度为优化变量,对操作机构进行优化设计。仿真结果证明,基于ADAMS的参数化分析法在对复杂运动机构的优化设计中更加高效和便捷,优化结果较为理想,为物理样机的研制提供了参考。     

低压真空断路器操作机构的结构优化

从应用的角度上讲，低压真空断路器的操作机构应具有一般空气断路器操作机构所具备的功能。与一般空气断路器的动作原理相似，低压真空断路器的分合动作也是由贮能合闸机构、驱动操作机构、脱扣分闸机构几部分联合动作来实现。另一方面由于真空断路器的触头开闭行程较小，故在机构设计上要保证能较一般空气断路器更快速地分合。操作机构与真空灭弧室的准确配合是低压真空断路器开发成功的关键因素之     

126 kV真空断路器操动机构机械可靠性研究

文中在分析讨论传统可靠性设计方法在真空断路器机械可靠性设计应用中存在局限性的基础上,提出基于失效物理和可靠性物理(PoF/RP)的真空断路器操动机构及其零部件可靠性设计方法,对操动机构内部传动部件的冲击疲劳寿命计算方法进行了理论分析。分别对126 kV单断口真空断路器弹簧操动机构、分离磁路式双稳态永磁操动机构,以及快速斥力机构在断路器合分闸操作冲击应力作用下易损部件的疲劳寿命进行了分析。计算结果显示:弹簧操动机构合分闸联锁挚子在断路器合分闸操作冲击应力的作用下其疲劳寿命计算结果为1 654次;双稳态永磁操动机构在断路器以2.5 m/s速度分闸、1.5 m/s速度合闸时,其动、静铁心在冲击应力作用下的疲劳寿命17 710次;快速斥力机构触头簧传动支撑部件在断路器以5.5 m/s速度分闸、1.3 m/s速度合闸过程中,其冲击疲劳寿命为302次;该计算结果与实验结果相近。     

基于小波算法的SF6断路器动作时间在线监测

高压断路器在线监测技术的发展越来越完善,使得在线监测的内容越来越丰富,一些需要定期检修的内容可以通过在线监测来完成。通过对高压断路器操作原理的研究,利用行程曲线实时变化的特点,通过比较分析断路器分、合闸操作过程中触头综合受力的情况,来推断触头运动状态。在此基础上提出了一种方便实用的SF6高压断路器分合闸时间的测量办法。方法利用小波算法去除噪声和干扰的影响,确保行程信号在处理过程中不失真,从而准确地提取断路器合分闸过程中的刚分、刚合时刻,以获得可靠的分、合闸时间。经过离线试验验证,该方法所测得的时间与断路器触头刚分刚合时间是一致的,且方便实用。     

基于改进Hilbert-Huang变换和支持向量机的高压断路器触头超程状态识别

引入集合经验模态分解(EEMD)对Hilbert-Huang变换(HHT)方法进行改进,并将改进的HHT方法结合支持向量机(SVM)应用于高压断路器振动信号特征提取和触头超程状态识别中。采用EEMD提取反映振动信号局部特性的本征模态函数(IMF)分量,并计算IMF分量的Hilbert边际谱能量值,由此构造高压断路器触头超程状态特征量,利用得到的特征向量对SVM进行训练,实现高压断路器触头超程状态的自动识别。试验提取了高压断路器在不同触头超程下的振动信号并进行分析,结果表明所提方法能够有效识别高压断路器触头超程状态。     

真空断路器在线监测系统设计

在保证不改动真空断路器分合闸回路原电路和操作机构的情况下,开发设计了一种在线监测系统.该系统采用上、下位机结构,下位机主要以TI公司生产的DSP为核心,通过传感器、信号调理电路完成真空断路器分合闸回路、触头温升以及机械特性信号采集与处理.上位机主要是以ARM为核心,搭载嵌入式系统WINce完成数据分析处理、存储和显示功能.上下位机之间通过RS485串行通信总线进行通讯,实现了断路器分合闸回路、机械特性、触头温升的在线监测.     

断路器机械特性特征数据稳定性和故障机理

为研究高压断路器诊断与评估方法中特征数据可靠性和故障特征数据变化规律问题,针对断路器触头行程、操作机构电流和机械振动信号搭建数据采集平台,提出3种信号的数据特征值提取方法,在断路器同一状态不同时间下,研究各信号特征数据稳定性;在断路器操作机构控制回路电阻增大、分闸弹簧单根脱落和操作及传动机构卡涩3种不同状态下,研究3种信号的特征数据的变化规律。研究证明搭建的断路器数据采集系统的可靠性和数据特征提取方法可行,并得出了断路器机械特性不同状态下各信号特征值的变化规律,为断路器状态评估与诊断方法提供数据支持。