CN106093686A - 一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法，其属于电力设备检测技术及其应用领域，实现步如下骤：1. 设计被测线圈：调整被测线圈出线的两根抽头，使其长度不一致；2.故障检测与信号采集：采用双端脉冲法对被测线圈进行检测，得到波形信号；3.故障分析诊断：对步骤2中在两根抽头处测到的波形信号分别进行降噪处理后相减，得到故障特征波形，对故障特征波形分析：当波形相减后的故障特征波形为一条直线时，此时无匝间短路故障发生；当波形相减后的故障特征波形存在不为零的突起区域时，此时发生了匝间短路故障。本发明的有益效果是灵敏度高、设备便携、分析及操作简便，判断方法直观、具有较高可靠性且更适合现场应用。

Description

一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法

技术领域

本发明属于电力设备检测技术及其应用领域，具体涉及一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法。

背景技术

断路器是电力系统的安全卫士，既具有关合、承载和开断正常回路条件下电流的功能，同时也是转换系统运行方式以及切断故障电流等操作的执行者。断路器的可靠性对整个系统的安全运行具有极其重要的现实意义。

断路器的分合闸动作通常是在发出动作命令后，分合闸线圈通电使铁芯运动，触发分合闸挚子脱扣来完成。断路器的分合闸线圈由于制造过程中的加工工艺不良、绕制工艺差、匝间排列混乱等原因，会导致匝与匝之间绝缘降低甚至出现匝间短路的缺陷，即线圈匝间短路故障。这种故障会造成发出断路器动作命令后线圈产生的磁力减小线圈吸合时电流增大，严重时将无法正常进行分闸或 合闸操作，甚至因长时间通电导致线圈发热直至烧毁，引发断路器拒动的严重故障，对电网和设备安全运行造成严重威胁。

鉴于上述原因，需要采取有效的方法对断路器分合闸线圈匝间绝缘进行检测，尽早发现匝间短路故障，从而保证断路器的安全可靠运行。常规的分合闸线圈检测方法分直接法和间接法两类。直接法包括线圈绝缘电阻试验和直流电阻测量。绝缘电阻试验是在500V或1000V电压下测量分合闸线圈绝缘电阻，要求大于10MΩ。由于绝缘电阻受诸多因素影响，如加压等级、测量条件、环境状态等等，因此不能作为判断的主要依据。直流电阻测试，是测量当前分合闸线圈直流电阻并与初始值比对，若偏差不超过±5%则为合格。因分合闸线圈总匝数较多，若其中短路匝数较少，即使测量非常精确，其引发的直流电阻值变化会非常小。因此该方法灵敏度偏低，仅适合作为综合判断方法之一。间接法主要有分合闸行程曲线和机械特性测试的方法，是通过测量机械特性行程曲线是否符合厂家标准曲线，分合闸同期性、分合闸时间是否符合制造厂规定值，来间接判断分合闸线圈状态的方法。由于没有对线圈进行直接的测试，这种方法仅能粗略判断分合闸线圈是否能正常工作，并不能精确的判断匝间绝缘的劣化程度。此外，无论是直接法还是间接法，目前都无法实现带电检测，需对断路器停电退出运行后测试，且灵敏度有限。

综上所述，现有的分合闸线圈匝间短路故障检测方法存在一定局限性和不足，实际现场需要一种更加灵敏、可靠、便捷的方法以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种灵敏度高、设备便携、分析及操作简便，判断方法直观、具有较高可靠性且更适合现场应用的断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法，其采用如下步骤实现：

（1）进行被测线圈的准备：调整被测线圈出线的两根抽头，使其长度不一致；

（2）进行故障检测与信号采集：采用双端脉冲法对被测线圈进行检测，得到波形信号；

（3）进行故障分析诊断：对步骤（2）中在两根抽头处测到的波形信号分别进行降噪处理后相减，得到故障特征波形，对故障特征波形分析如下：

当两根抽头处测到的波形信号完全相同，则波形相减后的故障特征波形为一条直线，此时无匝间短路故障发生，被测线圈绝缘状态良好；

当两根抽头处测到的波形信号不完全相同，则波形相减后的故障特征波形存在不为零的突起区域，此时发生了匝间短路故障，线圈绝缘存在问题，且突起区域幅值越高、所占时间宽度越大，说明故障点的波阻抗值变化越大，即故障越严重。

进一步的，所述步骤（2）的双端脉冲法具体方法如下：通过在所述被测线圈出线的两根抽头上同时施加一个相同波形、幅值在1-10V之间的低压陡前沿脉冲波，使其在线圈内传播，当遇到因匝间短路而产生的波阻抗不连续点时，发生行波的折反射，之后在所述被测线圈出线的两根抽头分别再接收和记录波形信号。

进一步的，在所述步骤（2）之前，进行脉冲优化，具体方法如下：

将一个与被测线圈相同形状、材质均一致的备用线圈人为设置一个匝间短路故障，所述人为设置的匝间短路故障位于非绝对中间位置，采用双端脉冲法对备用线圈的两根抽头同时施加一个相同波形、幅值在1-10V之间的低压陡前沿脉冲波，对所述低压陡前沿脉冲波的频率和幅值进行调节，选取使故障特征波形突起最明显的低压陡前沿脉冲波的频率和幅值作为最佳检测脉冲的参数。

进一步的，所述低压陡前沿脉冲波的幅值控制在所述断路器最低动作电压的一半以下，避免检测时触发断路器误动作。

本发明的有益效果如下：

1、本方法以脉冲传播的行波理论为依据，对匝间短路故障检测灵敏度高，可精确到一个线圈，相对传统的直流电阻测试、机械特性测试等方法提高了灵敏度；

2、本方法能够检测出匝间短路故障的严重程度，判断方法简便、直观，且具有较高可靠性；

3、本方法对故障反应更加灵敏，现场接线简单，设备便携，分析简便，操作简单，人为误差小，更适合现场应用；

4、本方法由于设置低压陡前沿脉冲波的测试电压幅值在1-10V之间，远低于断路器的最低动作电压，且测试时可靠接地，因此，在检测过程中既不会对断路器线圈产生影响造成断路器误动，也不会对检测人员安全产生危害，是无损测试方法，能实现对运行设备的带电检测。

附图说明

图1是断路器分合闸线圈匝间短路故障检测原理图。

图2是断路器分合闸线圈匝间短路故障检测示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合图1~图2和具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

如图1~图2所示，本实施例公开了一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法。具体方法如下：

（1）由于分合闸出线位置是发生匝间短路故障的常见位置，如图1中O点所示。若O点恰好为线圈的绝对中间位置，则后面的故障分析中无法正确判断。因此为准确测到这种故障，可调整被测线圈的两根抽头长度不一致，避免故障位置出现在被测线圈的绝对中间即可。

（2）采用双端脉冲法，即通过在被测线圈的两根抽头A和B上同时施加一个相同波形、幅值在1-10V之间的低压陡前沿脉冲波，使其在被测线圈内传播，如图1。当遇到因匝间短路而产生的波阻抗不连续点时，发生行波的折反射。反射波产生后原路返回传播至原输入端，如图1中虚线所示；折射波继续向前传播到达对端。这使得在被测线圈的两根抽头上实际接收到的波形信号是本端反射波和对端折射波的叠加。以抽头A为例，其接收到的是抽头A注入脉冲波的反射波和抽头B注入脉冲波的折射波。因此，双端脉冲法比传统的仅接收对端折射波的单端脉冲法含有更多匝间短路故障的信息，灵敏度也更高。

（3）被测线圈的两根抽头A和B上实际测到的波形信号代表着对输入脉冲波的响应特性曲线，将其进行降噪处理后相减，得到能够反映匝间短路故障的特征波形。只要匝间短路故障不发生在线圈的绝对中间位置，即可判断故障是否存在：若两端接收信号完全相同，则波形相减后基本为一条接近零的直线，说明两抽头施加的脉冲波经历了相同的传播过程且并未发生折反射，证实此时无匝间短路故障发生，线圈绝缘状态良好；若两端接收信号不完全相同，则两端接收波形不重合，相减后存在不为零的突起区域，说明两抽头施加的脉冲波传播过程存在差异并伴随有折反射现象，证实此时发生了匝间短路故障，线圈绝缘存在问题。其中突起区域幅值越高、所占时间宽度越大，说明故障点的波阻抗值变化越大，即故障越严重。从而实现了匝间短路故障的严重程度的判断，该方法简便、直观，且具有较高可靠性。

在另一个实施例中，结合图2给出的断路器分合闸线圈匝间短路故障检测示意图进行说明。现场检测时，高频低压脉冲发生模块（例如图2中两侧的脉冲发生器）向线圈两端注入两个完全相同的陡上升沿低压脉冲信号，信号幅值可根据实际检测情况由可调电阻R2和R3进行调节。信号发出后由高速采样模块（例如图2中中间位置的高速示波器）采集两端波形。脉冲沿被测线圈传播时，将在线圈阻抗突变点处产生反射和透射，因此测得与正常回路无阻抗突变点不同的特征曲线。在软件中通过算法对特征信号进行分析，从而检测分合闸线圈是否存在匝间短路。如果两端波形响应完全相同，则线圈无异常；若响应存在差异，则线圈存在匝间短路缺陷。短路程度通过故障处的波阻抗变化大小来反映，突起幅值大小表示匝间短路故障的严重程度。由此可见，即使线圈仅出现一匝短路故障，重复脉冲法也可准确识别，可知本发明提出的检测方法在早期匝间短路诊断领域具有巨大优势。此外，还可根据特征波形上升沿的开始时刻与特征波形开始突起时刻之比，判定线圈匝间短路故障的具体位置。

因不同厂家所用分合闸线圈阻抗、匝数等参数不同，可根据模拟测试选取最佳的脉冲频率和幅值，在硬件满足要求的前提下，使故障特征波形能最大限度的反应出来，从而使检测效果更加明显。另一方面，由于本发明采用的低压脉冲幅值在1-10V之间，远低于断路器的最低动作电压，且测试时可靠接地，对运行中的断路器影响很小，不会在检测过程中触发断路器动作，也不会对检测人员安全产生危害，因此是无损测试方法，可以实现对运行设备的带电检测。

优选的，在另一个实施例中，在条件允许情况下可按如下的推荐顺序对被测断路器的分合闸线圈进行检测：脉冲优化，线圈准备，故障检测与信号采集，故障分析诊断。

本发明公开的一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法具有准确、可靠、灵活和操作简便等特点，能够对运行中的断路器进行带电监测，无需使被测断路器退出运行，且不会引发误动，更适合现场应用。本发明解决了当前在现场对断路器分合闸线圈匝间短路故障实时检测的问题，提升了相关领域的技术水平，弥补了检测技术在实际应用中的不足。

本专利所公开的一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法，适用于各个电压等级的断路器，也适用于多种操动机构类型的断路器，例如弹簧机构、液压机构、电磁机构、永磁机构等等，因此具有一定的通用性。

以上利用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；对于本领域技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法，其特征在于：其采用如下步骤实现：

（1）进行被测线圈的准备：调整被测线圈出线的两根抽头，使其长度不一致；

（2）进行故障检测与信号采集：采用双端脉冲法对被测线圈进行检测，得到波形信号；

（3）进行故障分析诊断：对步骤（2）中在两根抽头处测到的波形信号分别进行降噪处理后相减，得到故障特征波形，对故障特征波形分析如下：

当两根抽头处测到的波形信号完全相同，则波形相减后的故障特征波形为一条直线，此时无匝间短路故障发生，被测线圈绝缘状态良好；

当两根抽头处测到的波形信号不完全相同，则波形相减后的故障特征波形存在不为零的突起区域，此时发生了匝间短路故障。

2.根据权利要求1所述的一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法，其特征在于：所述步骤（2）的双端脉冲法具体方法如下：通过在所述被测线圈出线的两根抽头上同时施加一个相同波形、幅值在1-10V之间的低压陡前沿脉冲波，之后在所述被测线圈出线的两根抽头分别再接收和记录波形信号。

3.根据权利要求1或2所述的一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法，其特征在于：在所述步骤（2）之前，进行脉冲优化，具体方法如下：

将一个与被测线圈相同形状、材质均一致的备用线圈人为设置一个匝间短路故障，所述人为设置的匝间短路故障位于非绝对中间位置，采用双端脉冲法对备用线圈的两根抽头同时施加一个相同波形、幅值在1-10V之间的低压陡前沿脉冲波，对所述低压陡前沿脉冲波的频率和幅值进行调节，选取使故障特征波形突起最明显的低压陡前沿脉冲波的频率和幅值作为最佳检测脉冲的参数。

4.根据权利要求3所述的一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法，其特征在于：所述低压陡前沿脉冲波的幅值控制在所述断路器最低动作电压的一半以下。