CN106959210B - 一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法及装置 - Google Patents
一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法及装置，包括以下步骤，建立敞开式隔离开关的有限元仿真模型；校准并验证有限元仿真模型；在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的表面各选择至少一处机械振动信号变化最敏感的点作为振动测点位置；典型机械故障与振动信号之间的对应关系；在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的振动测点位置，对机械状态未知的敞开式隔离开关开展现场振动检测，根据故障诊断分类器评估对应的机械状态。本发明的能够实现敞开式隔离开关分合状态的准确检测，而且无需对结构进行任何更改，安全性与可靠性高，满足现场运行维护的需要。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备状态检测技术领域，具体涉及一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法。
背景技术
敞开式隔离开关作为电力系统中使用量最大、应用范围最广的一类开关设备，在高电压、大电流状态下运行，其工作可靠性与电网安全有着密切的关系。由于敞开式隔离开关安装在户外，其的运行条件恶劣，且大部分组件基本裸露，容易出现各种潜在缺陷，导致出现机械或电气方面的故障，现已成为电力系统中安全运行的短板，因此，急需开展敞开式隔离开关分合状态检测技术的应用。
目前，对于敞开式隔离开关的相关操作后的分合状态检测，常规做法主要包括目测法、测温法、测力法、测距法以及光学法。其中，目测法易受到观测者的主观影响，准确性低、效率差；测温法是对隔离开关触头进行测温，以温度的变化间接评估隔离开关合闸是否到位，但温度的变化存在滞后性，不能实时检测隔离开关到位的状态，且该方法受隔离开关性能、参数、负荷及外界环境的影响严重，判断的有效性较差；测力法通过在接触点附近安装测力传感器，测量压力的变化及大小来判断隔离开关的开合状态以及异常状态，测力传感器可能影响设备的正常接触；测距法是利用测距传感器或接近传感器测量动触头U型槽两臂的距离变化来判断隔离开关接触状态，由于隔离开关的工作特点和空间限制，测距或者接近传感器的安装点与实际动静触头的接触点存在不吻合的情况，安装和维护不方便，且测距或者接近传感器本身有一定误差，因此测量也不可靠；光学法，采用光学传感器直接检测隔离开关动静触头位置，由光发射接收装置的对比判断电路的输出端与隔离开关辅助接点连接判断出隔离开关是否分合到位，是一种直接测量的方法，不受强电磁场的干扰，抗干扰能力强，但采用单束光发射和接收方式时，位置不易保证准确，检测过程不可靠，而且安装后调整困难，测量难度高。
通过上述的描述，敞开式隔离开关的相关操作后的分合状态检测，采用常规的方法，均存在不同的缺陷，是当前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有的敞开式隔离开关的分合状态检测方法，包括目测法、测温法、测力法、测距法以及光学法，均存在不同程度缺陷的问题。本发明的用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法及装置，能够实现敞开式隔离开关分合状态的准确检测，而且无需对结构进行任何更改，安全性与可靠性高，满足现场运行维护的需要，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，包括以下步骤，
步骤（A），建立敞开式隔离开关的有限元仿真模型；
步骤（B），校准并验证有限元仿真模型；
步骤（C），根据有限元仿真模型，分别在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的表面各选择至少一处机械振动信号变化最敏感的点作为振动测点位置；
步骤（D），获取各振动测点位置的机械振动动力学仿真数据，建立振动信号特征指纹库，训练敞开式隔离开关的故障诊断分类器，并在后台主机上编程实现，建立典型机械故障与振动信号之间的对应关系；
步骤（E），在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的振动测点位置，对机械状态未知的敞开式隔离开关开展现场振动检测，通过分析振动测点的振动信号特征，并根据故障诊断分类器评估对应的机械状态。
前述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，步骤（A），建立敞开式隔离开关的有限元仿真模型，包括以下步骤，
（A1）针对敞开式隔离开关的典型结构，采用三维造型软件对敞开式隔离开关的操动机构、传动系统、导电系统进行绘制并按照实际工况进行装配，形成敞开式隔离开关的三维模型；
（A2）对三维模型添加各类运动副及边界条件，定义模型特性参数，建立敞开式隔离开关的有限元仿真模型。
前述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，步骤（B），校准并验证有限元仿真模型，包括以下步骤，
（B1）采用有限元分析软件，通过改变模型的细部尺寸，改变部件特性参数，模拟敞开式隔离开关的典型机械类故障；
（B2）构建敞开式隔离开关的物理试验平台，针对有限元仿真模型开展正常分合、典型机械类故障情况下的动力学仿真计算，同时进行物理模拟试验；
（B3）将物理模拟试验与仿真计算结果进行比对，对仿真参数进行校准，完成校准并验证有限元仿真模型。
前述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，所述敞开式隔离开关的典型机械类故障包括机械卡涩、部件变形移位、轴销断裂松脱、触点转换不灵、二次接线故障、电机故障、辅助电源故障。
前述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，步骤（D），获取各振动测点位置的机械振动动力学仿真数据，建立振动信号特征指纹库，包括对各振动测点位置的机械振动动力学仿真数据的预处理、特征选择及特征提取三个步骤，从而建立振动信号特征指纹库。
前述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，步骤（Ｅ），在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的振动测点位置，对机械状态未知的敞开式隔离开关开展现场振动检测，通过分析振动测点的振动信号特征，并根据故障诊断分类器评估对应的机械状态，包括以下步骤，
（E1）采用胶粘与夹紧相结合的安装方式，将至少三组振动传感器固定在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的振动测点位置；
（E2）将三组振动传感器的信号线连接至信号采集装置，信号采集装置与后台主机连接，信号采集装置采集敞开式隔离开关操作时各振动测点位置的机械振动波形，并传送给后台主机；
（E3）后台主机对实测的机械振动波形进行预处理、特征提取与故障分类，实现敞开式隔离开关机械状态的检测与评估。
前述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，（E3）后台主机对实测的机械振动波形进行预处理、特征提取与故障分类，所述故障分类根据故障诊断分类器进行故障分类的。
一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测装置，包括若干组振动传感器、信号采集装置和后台主机，所述若干组振动传感器分别安装在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的表面至少一处的各机械振动信号变化敏感处，各振动传感器的信号线、电源线分别与信号采集装置相连接，所述信号采集装置与后台主机相连接。
前述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测装置，所述振动传感器的数量为三组，分别安装在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的表面各机械振动信号变化最敏感处。
本发明的有益效果是：本发明的用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法及装置，能够实现敞开式隔离开关分合状态的准确检测，而且无需对结构进行任何更改，安全性与可靠性高，满足现场运行维护的需要，具有良好的应用前景，并具有以下优点：
（1）能够准确判断隔离开关分合状态；（2）可实现带电检测，无需断电操作；（3）无需对敞开式隔离开关结构进行改造，安全性与可靠性好；（4）方法简单，便于编程实现；（5）大量减少物理模拟试验工作量。
附图说明
图1是本发明的用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法的流程图；
图2是本发明的用于敞开式隔离开关的分合状态检测装置的结构示意图。
附图中标记的含义如下：
1：信号采集装置；2：后台主机；3：支架；4：操动机构；5：传动系统；6：信号线；7：电源线；8：第一振动传感器；9：第二振动传感器；10：第三振动传感器。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，包括以下步骤，
步骤（A），建立敞开式隔离开关的有限元仿真模型，包括以下步骤，
（A1）针对敞开式隔离开关的典型结构，采用三维造型软件对敞开式隔离开关的操动机构、传动系统、导电系统进行绘制并按照实际工况进行装配，形成敞开式隔离开关的三维模型；
（A2）对三维模型添加各类运动副及边界条件，定义模型特性参数，建立敞开式隔离开关的有限元仿真模型；
步骤（B），校准并验证有限元仿真模型，包括以下步骤，
（B1）采用有限元分析软件，通过改变模型的细部尺寸，改变部件特性参数，模拟敞开式隔离开关的典型机械类故障，所述敞开式隔离开关的典型机械类故障包括机械卡涩、部件变形移位、轴销断裂松脱、触点转换不灵、二次接线故障、电机故障、辅助电源故障，目前，典型机械类故障为描述的几种，当然也随着技术的更新，可发生扩展；
（B2）构建敞开式隔离开关的物理试验平台，针对有限元仿真模型开展正常分合、典型机械类故障情况下的动力学仿真计算，同时进行物理模拟试验；
（B3）将物理模拟试验与仿真计算结果进行比对，对仿真参数进行校准，完成校准并验证有限元仿真模型；
步骤（C），根据有限元仿真模型，分别在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的表面各选择至少一处机械振动信号变化最敏感的点作为振动测点位置；
步骤（D），获取各振动测点位置的机械振动动力学仿真数据，进预处理、特征选择及特征提取，建立振动信号特征指纹库，训练敞开式隔离开关的故障诊断分类器，并在后台主机上编程实现，建立典型机械故障与振动信号之间的对应关系；
步骤（E），在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的振动测点位置，对机械状态未知的敞开式隔离开关开展现场振动检测，通过分析振动测点的振动信号特征，并根据故障诊断分类器评估对应的机械状态，包括以下步骤，
（E1）采用胶粘与夹紧相结合的安装方式，将至少三组振动传感器固定在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的振动测点位置；
（E2）将三组振动传感器的信号线连接至信号采集装置，信号采集装置与后台主机连接，信号采集装置采集敞开式隔离开关操作时各振动测点位置的机械振动波形，并传送给后台主机；
（E3）后台主机对实测的机械振动波形进行预处理、特征提取与故障分类，实现敞开式隔离开关机械状态的检测与评估。
如图2所示，本发明的用于敞开式隔离开关的分合状态检测装置，包括若干组振动传感器、信号采集装置1和后台主机2，所述若干组振动传感器分别安装在敞开式隔离开关的支架3、操动机构4及传动系统5的表面至少一处的各机械振动信号变化敏感处，各振动传感器的信号线6、电源线7分别与信号采集装置1相连接，所述信号采集装置1与后台主机2相连接。
所述振动传感器的数量为三组，分别安装在敞开式隔离开关的支架3、操动机构4及传动系统5的表面各机械振动信号变化最敏感处，其中第一振动传感器8安装在支架3的机械振动信号变化最敏感处；第二振动传感器9安装在操动机构4的机械振动信号变化最敏感处；第三振动传感器10安装在操动机构5的机械振动信号变化最敏感处。
根据本发明的用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法及装置，具体介绍一实施例，
步骤（1），选择保有量较大、故障率较高的典型结构的敞开式隔离开关为监测对象，如GW4-252型隔离开关，采用三维造型软件SOLIDWORKS绘制隔离开关的操动机构、传动系统、导电系统及支架，并按照实际情况进行装配，对三维模型添加约束及边界条件，定义模型特性参数，建立GW4-252型隔离开关的有限元仿真模型；
步骤（2），开展GW4-252型隔离开关正常分合与典型机械类故障情况下的隔离开关动力学仿真，通过改变模型细部尺寸，改变部件特性参数模拟隔离开关零部件损坏、变形、卡滞的典型机械类故障，构建GW4-252型隔离开关真型物理试验平台，开展正常分合与典型机械类故障情况下的物理模拟试验，并将试验结果与仿真计算结果进行比对，对仿真参数进行校准，完成有限元仿真模型的校准；
步骤（3），基于正常分合和各类典型机械类故障情况下的GW4-252型隔离开关有限元动力学仿真计算结果，分析隔离开关表面机械振动信号的分布规律，分别在支架、操动机构及传动系统表面各选择一处（可根据需求，多选择几处，包括最敏感、次敏感处）机械振动信号变化最敏感的点作为振动测点位置；
步骤（4），分析正常和不同典型机械类故障情况下，支架、操动机构及传动系统振动测点处的机械振动动力学仿真数据，采用边缘检测算法对振动数据进行预处理，采用快速傅里叶变换等方法提取振动信号频域特征，建立振动信号时频特征指纹库，训练基于支持向量机的故障诊断分类器并在后台主机上编程实现，建立典型故障与振动信号之间的对应关系；
步骤（5），针对机械状态未知的GW4-252型隔离开关开展现场振动测试，采用胶粘与夹紧相结合的安装方式，将三组加速度传感器（振动传感器）固定在隔离开关的支架、操动机构及传动系统的测点位置，将加速度传感器电源线、信号线连接至信号采集装置，信号采集装置与后台主机连接，采集隔离开关操作时各通道的振动波形，并对实测波形进行预处理、特征提取与模式分类，最终实现隔离开关机械状态评估。
综上所述，本发明的用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法及装置，能够实现敞开式隔离开关分合状态的准确检测，而且无需对结构进行任何更改，安全性与可靠性高，满足现场运行维护的需要，具有良好的应用前景，并具有以下优点：
（1）能够准确判断隔离开关分合状态；（2）可实现带电检测，无需断电操作；（3）无需对敞开式隔离开关结构进行改造，安全性与可靠性好；（4）方法简单，便于编程实现；（5）大量减少物理模拟试验工作量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤(A)，建立敞开式隔离开关的有限元仿真模型；
步骤(B)，校准并验证有限元仿真模型；
步骤(C)，根据有限元仿真模型，分别在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的表面各选择至少一处机械振动信号变化最敏感的点作为振动测点位置；
步骤(D)，获取各振动测点位置的机械振动动力学仿真数据，建立振动信号特征指纹库，训练敞开式隔离开关的故障诊断分类器，并在后台主机上编程实现，建立典型机械故障与振动信号之间的对应关系；
步骤(E)，在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的振动测点位置，对机械状态未知的敞开式隔离开关开展现场振动检测，通过分析振动测点的振动信号特征，并根据故障诊断分类器评估对应的机械状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，其特征在于：步骤(A)，建立敞开式隔离开关的有限元仿真模型，包括以下步骤，
(A1)针对敞开式隔离开关的典型结构，采用三维造型软件对敞开式隔离开关的操动机构、传动系统、导电系统进行绘制并按照实际工况进行装配，形成敞开式隔离开关的三维模型；
(A2)对三维模型添加各类运动副及边界条件，定义模型特性参数，建立敞开式隔离开关的有限元仿真模型。
3.根据权利要求1所述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，其特征在于：步骤(B)，校准并验证有限元仿真模型，包括以下步骤，
(B1)采用有限元分析软件，通过改变模型的细部尺寸，改变部件特性参数，模拟敞开式隔离开关的典型机械类故障；
(B2)构建敞开式隔离开关的物理试验平台，针对有限元仿真模型开展正常分合、典型机械类故障情况下的动力学仿真计算，同时进行物理模拟试验；
(B3)将物理模拟试验与仿真计算结果进行比对，对仿真参数进行校准，完成校准并验证有限元仿真模型。
4.根据权利要求3所述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，其特征在于：所述敞开式隔离开关的典型机械类故障包括机械卡涩、部件变形移位、轴销断裂松脱、触点转换不灵、二次接线故障、电机故障、辅助电源故障。
5.根据权利要求1所述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，其特征在于：步骤(D)，获取各振动测点位置的机械振动动力学仿真数据，建立振动信号特征指纹库，包括对各振动测点位置的机械振动动力学仿真数据的预处理、特征选择及特征提取三个步骤，从而建立振动信号特征指纹库。
6.根据权利要求1所述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，其特征在于：步骤(E)，在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的振动测点位置，对机械状态未知的敞开式隔离开关开展现场振动检测，通过分析振动测点的振动信号特征，并根据故障诊断分类器评估对应的机械状态，包括以下步骤，
(E1)采用胶粘与夹紧相结合的安装方式，将至少三组振动传感器固定在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的振动测点位置；
(E2)将三组振动传感器的信号线连接至信号采集装置，信号采集装置与后台主机连接，信号采集装置采集敞开式隔离开关操作时各振动测点位置的机械振动波形，并传送给后台主机；
(E3)后台主机对实测的机械振动波形进行预处理、特征提取与故障分类，实现敞开式隔离开关机械状态的检测与评估。
7.根据权利要求5所述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测方法，其特征在于：(E3)后台主机对实测的机械振动波形进行预处理、特征提取与故障分类，所述故障分类根据故障诊断分类器进行故障分类的。
8.一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测装置，其特征在于：包括若干组振动传感器、信号采集装置和后台主机，所述若干组振动传感器分别安装在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的表面至少一处的各机械振动信号变化敏感处，各振动传感器的信号线、电源线分别与信号采集装置相连接，所述信号采集装置与后台主机相连接；
建立敞开式隔离开关的有限元仿真模型；
校准并验证有限元仿真模型；
根据有限元仿真模型，分别在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的表面各选择至少一处机械振动信号变化最敏感的点作为振动测点位置；
获取各振动测点位置的机械振动动力学仿真数据，建立振动信号特征指纹库，训练敞开式隔离开关的故障诊断分类器，并在后台主机上编程实现，建立典型机械故障与振动信号之间的对应关系；
在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的振动测点位置，对机械状态未知的敞开式隔离开关开展现场振动检测，通过分析振动测点的振动信号特征，并根据故障诊断分类器评估对应的机械状态。
9.根据权利要求8所述的一种用于敞开式隔离开关的分合状态检测装置，其特征在于：所述振动传感器的数量为三组，分别安装在敞开式隔离开关的支架、操动机构及传动系统的表面各机械振动信号变化最敏感处。
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2017
- 2017-03-22 CN CN201710172795.8A patent/CN106959210B/zh active Active
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