CN106601534A - 高压隔离开关及高压隔离开关传动机构故障监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关设备智能在线监测技术领域，提供了一种高压隔离开关及高压隔离开关传动机构故障监测方法，在高压隔离开关的主动拐臂和/或转动支柱的转轴上安装振动传感器，用于采集隔离开关动作时的振动信号，并将振动信号传输给处理器，处理器根据接收到的信号对隔离开关进行监测。本发明通过在隔离开关的主动拐臂、转轴上安装振动传感器，能够有效、准确的采集振动信号，为后续分析处理提供有效的数据，以了解设备运行状况。

Description

高压隔离开关及高压隔离开关传动机构故障监测方法

技术领域

本发明涉及开关设备智能在线监测技术领域，特别涉及一种高压隔离开关及高压隔离开关传动机构故障监测方法。

背景技术

随着我国电力工业的不断发展和智能电网建设的不断推进，对电力设备智能化和运行可靠性的要求越来越高。全面深入地推进在线状态检修工作符合国网公司建设坚强智能电网和“三集五大”发展战略的要求，是现代电网企业提高自身设备状态管理能力的内在需求，是资产全寿命周期管理的必然选择。随着智能电网建设的大规模推进，电网设备的检修工作不断面临新的挑战，传统定期检修模式工作量大，且由于运行维护人员对不同厂家设备性能了解不够深入，不能满足检修质量的要求。

高压隔离开关在分合闸过程中伴随着一系列的振动和撞击动作，包括机构脱扣、连杆传动、动静触头接触、摩擦、碰撞、分离等过程，这一过程中的振动信号蕴含了大量的设备运行状态信息，通过对此类振动信号的采集和分析，其可以准确的反映出高压隔离开关设备当前运行状态，判定特定部位是否运转正常，为检修工作提供参考依据。

授权公告号为CN 205452078 U的实用新型专利，提供了一种新型故障指示电路，就包含通过采集高压隔离开关的振动信息来对故障进行指示的功能。

但是，在该专利文件中，并没有对振动传感器的安装位置进行说明。结合其他相关现有技术，例如对于断路器进行振动检测的方案，通常将振动传感器安装在设备外壳上。这种方案虽然便于安装，但是测量到的振动信号干扰较多，不够准确，不利于后续进行分析处理。

发明内容

本发明提供了一种高压隔离开关，用于解决现有技术监测高压隔离开关振动信号时准确性不足的问题。同时，本发明还提供了一种高压隔离开关传动机构故障监测方法。

一种高压隔离开关，包括主动拐臂、相应数量的转动支柱以及就地设置的故障监测系统，所述故障监测系统包括处理器和振动检测装置，所述处理器采样连接所述振动检测装置；所述振动检测装置包括至少一个振动传感器，所述振动传感器安装在主动拐臂和/或至少一个转动支柱的转轴上，每个振动传感器均连接所述处理器。

进一步的，所述处理器还连接有无线通信模块，所述无线通信模块用于与后台系统通信。

进一步的，所述振动传感器为输出模拟量的振动传感器，所述输出模拟量的振动传感器通过信号处理电路连接处理器，所述信号处理电路至少包括A/D转换电路。

进一步的，所述处理器为单片机。

本发明还提供了一种高压隔离开关传动机构故障监测方法，步骤如下：

a)以转动支柱的转轴或者主动拐臂为监测点，实时检测至少两个监测点上的振动信号；

b)比较各监测点的振动信号幅值大小，在动力传递方向上，若前后两个监测点的振动信号中，后一个的幅值相比前一个的幅值减小，且减小幅度超过阈值，则判断两振动信号对应的两个监测点之间的传动机构发生故障。

进一步的，所述实时检测的振动信号为分闸过程的振动信号。

进一步的，还包括将所述传动机构发生故障的信息发送到后台系统的步骤。

进一步的，通过无线方式将所述传动机构发生故障的信息发送到后台系统。

试验结果表明，当高压隔离开关动作时，其主动拐臂、转动支柱的转轴上的振动信号能够更加全面、准确反映高压开关的运行状态，有利于对各种故障类型及故障位置进行判断。因此，通过在隔离开关的主动拐臂、转动支柱的转轴上安装振动传感器，能够有效的、准确的采集振动信号，为后续分析处理提供有效的数据，以了解设备运行状况。通过对隔离开关动作时的振动信号进行采集和分析，能够对高压隔离开关运行状态的进行实时监控和判断，使高压隔离开关设备的检修工作由定期检修转为状态检修，大大提高运维效率和智能化水平，降低运维成本，拓展产品运维服务附加值。

再者，通过无线网络与智能变电站后台系统进行数据通信，节省大量电缆，提高安装效率。

本发明还提供了一种高压隔离开关传动机构故障监测方法，在高压隔离开关的主动拐臂及转动支柱的转轴等不同监测点安装振动传感器，通过对不同监测点的振动信号振幅进行对比分析，能够较为清楚地识别出两个相邻监测点之间传动机构的故障。

同时，由于分闸过程中数据特征较为突出，选择分闸过程中的振动信号作为分析对象比选择合闸过程中的振动信号具有更好的效果。

附图说明

图1为本发明的故障监测系统整体结构图；

图2为一种信号处理电路的结构示意图；

图3为对振动信号进行分析的一般流程图；

图4为本发明实施例中的隔离开关及振动传感器安装位置示意图；

图5为本发明实施例中隔离开关传动机构上不同监测点的振动曲线图。

具体实施方式

本发明对高压隔离开关设备动作过程中的振动信号进行监测，并据此对高压隔离开关的运行状态进行判断。下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

一种高压隔离开关的实施例：

一种高压隔离开关，包括主动拐臂、相应数量的转动支柱、转动支柱之间的传动机构以及就地设置的故障监测系统。

上述相应数量的转动支柱，是指不同类型的高压隔离开关具有不同数量的转动支柱，例如，对于三相双柱式高压隔离开关，具有六个转动支柱，对于三相三柱式高压隔离开关，其转动支柱的数量为三个。即转动支柱是指可以转动实现分合闸动作的支柱。而主动拐臂与操动机构的输出端连接，用于带动转动支柱动作。传动机构是指交叉连杆、拉杆等。

以图4的三相双柱式高压隔离开关为例，1为主动拐臂，2、3为某一相、如A相的两个转动支柱，则4、5分别为B、C相的转动支柱(B、C相的另外两个转动支柱没有标号)。分闸操作时，主动拐臂1逆时针转动时，带动转动支柱2逆时针转动，带动A相转动支柱2、3之间的交叉连杆沿实箭头方向运动，从而使转动支柱3顺时针转动，并且使传动连接转动支柱3、4、5的拉杆沿实箭头方向运动，配合B、C相之间的交叉连杆，使得B相两个转动支柱分别顺时针、逆时针转动，C相两个转动支柱分别顺时针、逆时针转动。每相的两个转动支柱反向转动实现了分闸操作。合闸操作时，各器件运动方向与分闸操作时相反。

图4为带有接地刀的隔离开关，图中空心箭头为接地刀传动机构传动方向，由于接地刀的动作与本发明无关，故不再详述。另外，本发明的方案也适用于其他结构的隔离开关，如不带有接地刀的类型，以及三柱式隔离开关等。

如图1所示，为高压隔离开关的故障监测系统整体结构图，故障监测系统包括处理器和振动检测装置。振动检测装置包括多个振动传感器，每个振动传感器均连接所述处理器。多个振动传感器，可以安装在主动拐臂和/或转动支柱的转轴上：

例如，振动传感器可安装在主动拐臂及一个或多个(包括全部)转动支柱的转轴上，如图4的情况。

又如，振动传感器可仅安装在多个(包括全部)转动支柱的转轴上。

再如，还可以仅在主动拐臂或者一个转动支柱的转轴上安装一个振动传感器。

另外，所谓安装在转动支柱的转轴上，是指安装在转轴或与转轴相对静止的部件上，而且安装位置越靠近轴心，采集效果越好。

图1中，振动传感器输出信号为模拟量，因此需经过信号处理电路处理后(主要是进行A/D转换)再传输给处理器进行分析判断。

如图2所示为一种可以用于图1的信号处理电路，包括触发电路、信号调理电路和A/D转换电路；其中，触发电路用于判断振动信号是否达到故障监测系统启动的阈值，其电路结构属于现有技术，例如可以采用振动信号与参考电平进行比较，当振动信号大于参考电平时开放采集通道，对信号进行采集；本发明的实施例中，当监测到振动信号的幅值大于用户设定的触发阈值(参考电平)时，系统自行存储该时刻前300ms的振动数据以及该时刻后续用户指定时间长度(9s/12s/24s)内的振动数据；信号调理电路用于实现信号滤波、缩放功能；A/D转换电路用于完成模拟量信号到数字量信号的转换工作。

作为其他实施方式，也可以采用其他类型的信号处理电路。

另外，若振动传感器为数字类型的，即输出信号为数字信号时，则振动传感器可直接与处理器通信连接。

监测系统含有多个传感器时，可以为每个振动传感器分配一个处理器接口，用于接收振动信号；也可将所有振动传感器的信号通过一个切换装置(如多路选择开关)连接到处理器的一个接口，处理器通过分时扫描的方式对振动信号数据进行录入。

单片机具有可靠性高，环境适应能力强的特点，本发明选择单片机，即微处理器作为故障监测系统的处理器。处理器负责对隔离开关在分闸和合闸前后的振动数据进行分析，找出其在正常、异常分合闸操作下的振动特性。具体判断的方法是：采用相关数据分析和挖掘算法针对隔离开关在分闸和合闸前后3ms之间的振动数据进行分析，将这些数据与高压隔离开关正常分合闸操作过程中的标准数据模型进行比较，检测出其在分、合闸操作下的振动特性，以期判断高压隔离开关的运行状态。所述的高压隔离开关正常分、合闸操作过程中的标准数据模型是通过试验测试建立的。如图3所示，为本发明高压隔离开关中故障监测系统对振动信号进行数据分析的一般流程图。

另外，处理器还可连接有无线通信模块，使处理器与后台系统通过无线网络进行通信，不仅节省大量电缆，而且提高了安装效率。作为其他实施方式，也可以采用电缆、光缆等方式进行信息传输。

一种高压隔离开关传动机构故障监测方法的实施例

具体的，本发明所提供了一种高压隔离开关传动机构故障监测方法，针对传动机构的故障进行监测。通过对不同监测点在高压隔离开关分合闸过程的振动信号进行监测、分析，从而对其各个监测点之间传动机构故障进行分析和判断。上述监测点是指高压隔离开关上安装振动传感器的位置。

下面结合一个具体的例子对其进行说明。

图5从上至下分别为高压隔离开关分闸时图4中监测点一至五的波形，其中，监测点一为高压隔离开关的主动拐臂1，监测点二至五分别为高压隔离开关转动支柱的转轴2—5。在监测点一至五分别安装振动传感器，当隔离开关接收到动作指令时，监测点一，即主动拐臂率先由静止开始运动，并产生相应的振动信号，由于传动力的作用，转动支柱的转轴2，即监测点二跟随发生相应的振动。由于整个传动机构均为刚性连接，如果系统正常工作，相应的其他几个监测点均会产生类似振动情况。

图5为监测点二和监测点三之间的传动机构发生故障时，监测点一至五在隔离开关运动过程中测得的5条振动特性曲线，从图5中可以看出监测点一至五的振动信号基本是同时的，同时，监测点三至监测点五虽然也有振动现象，但是振动信号的幅值明显比监测点一和监测点二的幅值要小很多，由此可判断出在监测点二和监测点三之间的传动机构发生故障，故障类型可能为交叉连杆发生扭曲或者断裂等，具体故障类型可根据振动信号波形做进一步的分析、判断。

因此，在判断时，只需要判断动力传递方向上前后的两个监测点的振动信号，若后一个监测点的振动信号幅值相比前一个的振动信号幅值减小，并且幅值变化超过阈值，即可判断出传动机构的故障。其中阈值可以根据试验确定。

上述实施例中，共设置了五个监测点；作为其他实施方式，还可以设置不同的数量和位置。例如，可仅在两个的转动支柱转轴设置，也可在主动拐臂及六个转动支柱转轴上均设置监测点。

作为其他实施方式，也可以通过合闸过程的振动波形进行故障诊断。

本发明可以使高压隔离开关设备由定期检修转为状态检修，大大提高运维效率和智能化水平，降低运维成本，拓展产品运维服务附加值。

Claims (8)

1.一种高压隔离开关，包括主动拐臂、相应数量的转动支柱以及就地设置的故障监测系统，所述故障监测系统包括处理器和振动检测装置，所述处理器采样连接所述振动检测装置；其特征为，所述振动检测装置包括至少一个振动传感器，所述振动传感器安装在主动拐臂和/或至少一个转动支柱的转轴上，每个振动传感器均连接所述处理器。

2.根据权利要求1所述的高压隔离开关，其特征为，所述处理器还连接有无线通信模块，所述无线通信模块用于与后台系统通信。

3.根据权利要求1所述的高压隔离开关，其特征为，所述振动传感器为输出模拟量的振动传感器，所述输出模拟量的振动传感器通过信号处理电路连接处理器，所述信号处理电路至少包括A/D转换电路。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高压隔离开关，其特征为，所述处理器为单片机。

5.一种高压隔离开关传动机构故障监测方法，其特征为，步骤如下：

a)以转动支柱的转轴或者主动拐臂为监测点，实时检测至少两个监测点上的振动信号；

b)比较各监测点的振动信号幅值大小，在动力传递方向上，若前后两个监测点的振动信号中，后一个的幅值相比前一个的幅值减小，且减小幅度超过阈值，则判断两振动信号对应的两个监测点之间的传动机构发生故障。

6.根据权利要求5所述的一种高压隔离开关传动机构故障监测方法，其特征为，所述实时检测的振动信号为分闸过程的振动信号。

7.根据权利要求5或6所述的一种高压隔离开关传动机构故障监测方法，其特征为，还包括将所述传动机构发生故障的信息发送到后台系统的步骤。

8.根据权利要求7所述的一种高压隔离开关传动机构故障监测方法，其特征为，通过无线方式将所述传动机构发生故障的信息发送到后台系统。