CN105606997B - 用于电力系统的高压断路器操动机构的机械故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电力系统的高压断路器操动机构的机械故障诊断方法，属于电气设备潜伏性机械故障诊断技术领域。高压断路器操动机构拒分、拒合、误分、误合等常见的潜伏性机械故障均在操动机构分合闸线圈电流的时间和幅值上有所反映。本发明通过定量比较当前分合闸线圈电流波形与设备出厂时分合闸线圈电流波形的差异，以定量偏差D作为高压断路器操动机构机械结构缺陷严重程度的判断依据，可以更直观的进行故障预警，保障设备安全，方便操作人员对断路器操动机构制定合理的状态维修策略，并为高压断路器的制造和运行提供可靠的技术支持，这种方法与目前试验现场所采用的目测法相比，在科学性、准确性和判断效率等方面均有显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电力系统的高压断路器操动机构的机械故障诊断方法，属于电气设备潜伏性机械故障诊断技术领域。
背景技术
高压断路器作为电力系统中重要的设备，担负着开断系统结构、实现安排各种负载网络配置的艰巨任务；同时，断路器还用于隔离电力系统故障部分，减小系统部分故障对整个电网系统带来的危害。如此重要的作用就要求断路器随时准备分合闸操作，任何操作失误都可能带来严重的后果。为了避免断路器的误操作，对断路器进行检修和维护必不可少。随着近年来电网规模的快速发展，断路器数量急剧增加，传统的计划检修模式的弊端越来越突出，具体如下：
1)随着电网规模越来越大，高压断路器数量和检修人员数量、检修费用之间的矛盾越来越突出，设备超周期检修现象越来越严重。
2)由于检测断路器操动机构机械特性健康状态的技术手段相对落后，传统断路器小修没有针对性，存在“小病大修、无病也修”的弊端，断路器机械特性等小修试验的测试结果无法有效指导断路器检修策略。
为了解决此矛盾，近两年国家电网公司全面推进设备状态检修新模式。对高压断路器实施状态检修，能够及时了解断路器的工作状态、缺陷的部位，减少过早或不必要的停电试验和检修，减少维护工作量，降低维修费用，提高检修的针对性，保障高压断路器运行的可靠性和经济性。
高压断路器事故按照故障原因一般划分为机械类、绝缘类两种类型。在两次世界范围大调查及1999～2003年中国电力科学研究院调查高压断路器事故原因过程中，统计发现目前高压断路器的主要故障为操动机构的机械故障，第一次世界大调查中机械故障占断路器所有出现故障的52％，第二次世界大调查中机械故障占断路器所有出现故障的72％，中国电力科学研究院的调查中断路器机械故障占总故障数的71％。由此可见，机械故障是高压断路器出现事故的主要原因。因此，有效地监测及可靠地评价高压断路器操动机构机械特性的健康状态，对于高压断路器状态监测技术而言占有重要的地位。
高压断路器常见的机械故障模式有拒分、拒合、误分、误合等。在操动机构和传动系统上具体表现为机构卡涩，部件变形、位移或损坏，分合闸铁心松动、卡涩，轴销松断，脱扣失灵等。另外，据长期从事高压开关设备检测试验的科研人员中调查得出，检测试验中出现频度比较高的机械故障问题有各种原因造成的分合闸线圈烧毁，万能转换开关损坏，锁扣机构的疲劳、磨损，主轴断裂。上述大部分故障，均在操动机构分合闸线圈电流的时间和幅值上有所反映。目前常用方法是在断路器运行一段时间后，通过比较当前分合闸线圈电流波形与设备出厂时分合闸线圈电流波形的差异进行断路器机械故障判别，这往往需要依靠大量的现场经验或感性认识，这对于科学地判断断路器操动机构缺陷严重程度是非常困难和乏力的。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于电力系统的高压断路器操动机构的机械故障诊断方法，以弥补现有判断方法的不足，对于科学地、定量地、明确地判断高压断路器操动机构机械缺陷提供可靠的依据。
本发明提出的用于电力系统的高压断路器操动机构的机械故障诊断方法，包括以下步骤：
(1)采集当前电力系统中高压断路器操动机构的分合闸电流信号，建立采样时刻与分合闸电流信号的第一关系曲线，第一关系曲线中的横坐标为采样时刻，纵坐标为相应采样时刻的分合闸电流值；
(2)建立一个高压断路器出厂试验时的断路器操动机构的分合闸电流信号与步骤(1)中的采样时刻的第二关系曲线，第二关系曲线中，横坐标为采样时刻，纵坐标为相应采样时刻的高压断路器出厂试验时的断路器操动机构的分合闸电流信号；
(3)将第一关系曲线和第二关系曲线绘制在同一坐标系下，设第一关系曲线和第二关系曲线中较慢下降至零的时刻为Tend，将0～Tend时间段等分为10000段，即为10000个采样点，将与每个采样点Ti相对应的第一关系曲线和第二关系曲线的纵坐标分别为断路器操动机构的分合闸电流值记为I1i与I2i；
(4)根据上述分合闸电流值I1i与I2i，通过下式计算得到第一关系曲线和第二关系曲线的定量偏差D：
上式中，n为采样总数，Ti为采样时刻，I1i(Ti)为当前测量分合闸电流I1在Ti时的电流值，I2i(Ti)为出厂时测量分合闸电流I2在Ti时的电流值；
(5)设定一个定量偏差阈值为20，作为高压断路器操动机构故障诊断的依据，将上述步骤(4)的定量偏差D，与该定量偏差阈值比较，若定量偏差D小于20，则判定高压断路器操动机构正常，无需进行处理，若定量偏差D大于或等于20小于50，则判定高压断路器操动机构存在一般机械缺陷，建议密切监测，若定量偏差D大于或等于50小于200，即判定高压断路器操动机构存在严重机械缺陷，建议密切监测，有条件立即停电处理，若定量偏差D数值大于或等于200，则判定高压断路器操动机构存在危急机械缺陷，立即停电处理。
本发明提出的用于电力系统的高压断路器操动机构的机械故障诊断方法，其优点是，本方法将实测的断路器分合闸电流波形曲线定量偏差D与上述所列不同严重程度机械缺陷的阈值范围进行比较，可有效判断实测断路器操动机构机械结构的健康状态。以定量偏差D这一定量指标可以更直观的进行故障预警，保障设备安全，方便操作人员对断路器操动机构制定合理的状态维修策略，并为高压断路器的制造和运行提供可靠的技术支持，这种方法与目前试验现场所采用的目测法相比，在科学性、准确性和判断效率等方面均有显著提高。
附图说明
图1是本发明方法中当前测量高压断路器分合闸电流信号与采样时间的第一关系曲线。
图2是本发明方法中出厂时高压断路器分合闸电流信号与采样时间的第二关系曲线。
图3是本方法中同一坐标下第一关系曲线和第二关系曲线示意图。
具体实施方式
本发明提出的用于电力系统的高压断路器操动机构的机械故障诊断方法，包括以下步骤：
(1)采集当前电力系统中高压断路器操动机构的分合闸电流信号，建立采样时刻与分合闸电流信号的第一关系曲线，第一关系曲线中的横坐标为采样时刻，纵坐标为相应采样时刻的分合闸电流值，如图1所示，其中，T1表示铁芯开始运动时刻，T2表示铁芯撞击弯板时刻，T3表示铁芯运动至最大行程时刻，T4表示断路器主触头分/合闸完成时刻，T5表示断路器辅助接点断开时刻；
(2)建立一个高压断路器出厂试验时的断路器操动机构的分合闸电流信号与步骤(1)中的采样时刻的第二关系曲线，第二关系曲线中，横坐标为采样时刻，纵坐标为相应采样时刻的高压断路器出厂试验时的断路器操动机构的分合闸电流信号，如图2所示，图2中，T1表示铁芯开始运动时刻，T2表示铁芯撞击弯板时刻，T3表示铁芯运动至最大行程时刻，T4表示断路器主触头分/合闸完成时刻，T5表示断路器辅助接点断开时刻；
(3)将第一关系曲线和第二关系曲线绘制在同一坐标系下，如图3所示，设第一关系曲线和第二关系曲线中较慢下降至零的时刻为Tend，将0～Tend时间段等分为10000段，即为10000个采样点，将与每个采样点Ti相对应的第一关系曲线和第二关系曲线的纵坐标分别为断路器操动机构的分合闸电流值记为I1i与I2i；
(4)根据上述分合闸电流值I1i与I2i，通过下式计算得到第一关系曲线和第二关系曲线的定量偏差D：
上式中，n为采样总数，Ti为采样时刻，I1i(Ti)为当前测量分合闸电流I1在Ti时的电流值，I2i(Ti)为出厂时测量分合闸电流I2在Ti时的电流值；
(5)设定一个定量偏差阈值为20，作为高压断路器操动机构故障诊断的依据，将上述步骤(4)的定量偏差D，与该定量偏差阈值比较，若定量偏差D小于20，则判定高压断路器操动机构正常，无需进行处理，若定量偏差D大于或等于20小于50，则判定高压断路器操动机构存在一般机械缺陷，建议密切监测，若定量偏差D大于或等于50小于200，即判定高压断路器操动机构存在严重机械缺陷，建议密切监测，有条件立即停电处理，若定量偏差D数值大于或等于200，则判定高压断路器操动机构存在危急机械缺陷，立即停电处理。
本发明方法以定量偏差D这一定量指标可以更直观的进行故障预警，保障设备安全，方便操作人员对断路器操动机构制定合理的状态维修策略，并为高压断路器的制造和运行提供可靠的技术支持，这种方法与目前试验现场所采用的目测法相比，在科学性、准确性和判断效率等方面均有显著提高。本发明方法的一个实施例中，对高压断路器操动机构健康状态进行评价，如表1所示：
表1
| 偏差D取值范围 | 严重程度 | 置信度 | 处理措施 |
| 小于20 | 正常 | 90％ | 无需处理 |
| 大于等于20小于50 | 存在一般机械缺陷 | 90％ | 密切监测 |
| 大于等于50小于200 | 存在严重机械缺陷 | 90％ | 密切监测，有条件立即停电处理 |
| 大于等于200 | 存在危急机械缺陷 | 90％ | 立即停电处理 |
根据表1的判断方法是，将实测得到高压断路器操动机构分合闸电流波形定量偏差D与表1所列的范围进行一一比对，即可判断此时高压断路器操动机构是否存在机械缺陷及缺陷的严重程度。例如，实测高压断路器操动机构分合闸电流波形定量偏差D为21.6，与表1相比，则判断该设备存在一般机械缺陷，建议密切监测该偏差D的发展趋势；若实测高压断路器操动机构分合闸电流波形定量偏差D为106.7，与表1相比，则判断该设备存在严重机械缺陷，建议密切监测，有条件则应立即停电处理；若实测高压断路器操动机构分合闸电流波形定量偏差D为235.8，与表1相比，则判断该设备存在危急机械缺陷，其操作结构存在拒分、拒合的潜在危险，应立即进行停电处理。
Claims (1)
1.一种用于电力系统的高压断路器操动机构的机械故障诊断方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)采集当前电力系统中高压断路器操动机构的分合闸电流信号，建立采样时刻与分合闸电流信号的第一关系曲线，第一关系曲线中的横坐标为采样时刻，纵坐标为相应采样时刻的分合闸电流值；
(2)建立一个高压断路器出厂试验时的断路器操动机构的分合闸电流信号与步骤(1)中的采样时刻的第二关系曲线，第二关系曲线中，横坐标为采样时刻，纵坐标为相应采样时刻的高压断路器出厂试验时的断路器操动机构的分合闸电流值；
(3)将第一关系曲线和第二关系曲线绘制在同一坐标系下，设第一关系曲线和第二关系曲线中较慢下降至零的时刻为Tend，将0～Tend时间段等分为10000段，即为10000个采样点，将与每个采样点Ti相对应的第一关系曲线和第二关系曲线的纵坐标作为断路器操动机构的分合闸电流值，记为I1i和I2i；
(4)根据上述分合闸电流值I1i与I2i，通过下式计算得到第一关系曲线和第二关系曲线的定量偏差D：
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上式中，n为采样总数，Ti为采样时刻，I1i(Ti)为当前测量分合闸电流I1在Ti时的电流值，I2i(Ti)为出厂时测量分合闸电流I2在Ti时的电流值；
(5)设定一个定量偏差阈值为20，作为高压断路器操动机构故障诊断的依据，将上述步骤(4)的定量偏差D，与该定量偏差阈值比较，若定量偏差D小于20，则判定高压断路器操动机构正常，无需进行处理，若定量偏差D大于或等于20小于50，则判定高压断路器操动机构存在一般机械缺陷，建议密切监测，若定量偏差D大于或等于50小于200，即判定高压断路器操动机构存在严重机械缺陷，建议密切监测，有条件立即停电处理，若定量偏差D数值大于或等于200，则判定高压断路器操动机构存在危急机械缺陷，立即停电处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |