CN111289887B - 一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力设备检修领域，具体涉及一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，包括阻力生成装置、柔性杆、高压断路器机械运动部件的位移检测装置、二次回路在线检测装置、线圈电流检测装置、回路电阻测试器、通信装置、交流电压源、模拟负载和服务器，阻力生成装置以及位移检测装置均通过通信装置与服务器连接，阻力生成装置在机械运动部件之间生成可控阻力，服务器按预设程序控制阻力生成装置产生的阻力并分析位移数据获得高压断路器的状态。本发明的实质性效果是：通过阻力生成装置以及柔性杆产生故障源，模拟产生多种故障类型，同时进行高压断路器机械特性、线圈电流检的检测，能够掌握高压断路器故障征兆特性。

Description

一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及电力设备检修领域，具体涉及一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置及方法。

背景技术

高压断路器不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，可分为：油断路器、六氟化硫断路器、压缩空气断路器以及真空断路器等。高压断路器是电力系统中重要的控制和保护器件，其可靠动作关系到系统能否安全、稳定和优质运行。对断路器故障种类及原因的详细分析可为系统的运行和检修人员提供参考，为开展断路器的在线监测和状态检修工作提供依据。然而由于缺乏高压断路器的故障模拟装置，导致检修人员对于高压断路器的故障类型、故障原因、故障严重程度以及故障应当方法掌握不足。只能依靠在实践中已经产生故障的高压断路器上进行分析，制约了对高压断路器检修水平的提高。因而需要研制一种能够针对高压断路器进行故障模拟的装置。

如公开文献中国专利CN110084148A了一种高压断路器机械故障诊断方法，将高压断路器故障模拟实验所得的分合闸动作线圈电流作为故障诊断的目标数据样本，通过建立分合闸动作线圈数学模型仿真所得的数据作为辅助数据样本，利用深层信念网络(DBN)实现对样本数据特征的深层挖掘与自适应提取，并结合迁移学习方法实现辅助数据与目标数据的信息匹配。其虽然将故障模拟数据予以运用，但其并没有提供进行高压断路器故障模拟的技术方案。同时该公开文献表明高压断路器的故障模拟，在高压断路器的故障诊断中具有应用推广的空间。中国专利CN104237783B，公开了一种高压断路器触头模拟烧损试验回路装置，包括延时通断控制单元、合闸断路器、电流检测模块和电流发生单元，延时通断控制单元的输出端分别与合闸断路器的辅助接点、试品断路器的辅助接点相连，合闸断路器的主触头、电流发生单元、试品断路器的主触头串联形成试验回路，电流检测模块设于试验回路上，电流发生单元包括并联的多条选通支路，选通支路包括串联连接的充放电模块、电感和选通断路器。表明目前的高压断路器故障模拟仍限于较为容易实现的二次回路的模拟，不能提供更为复杂的机械运动部件的故障模拟，模拟故障不全面，无法体现机械运动故障对于二次回路产生的影响，故障模拟结果参考价值受限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前高压断路器的故障模拟片面的技术问题。提出了一种能够提供多种故障同时模拟的基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，包括在高压断路器机械运动部件上设置的阻力生成装置、安装在高压断路器的绝缘拉杆底部的柔性杆、检测高压断路器机械运动部件位移的位移检测装置、二次回路在线检测装置、线圈电流检测装置、回路电阻测试器、通信装置、交流电压源、模拟负载和服务器，阻力生成装置以及位移检测装置均通过通信装置与服务器连接，交流电压源与高压断路器的上接线柱连接，所述模拟负载与高压断路器的下接线柱连接，所述阻力生成装置受服务器控制，在机械运动部件之间生成可控阻力，所述柔性杆在其长度方向具有弹性，柔性杆包含调整其弹性的调节装置，所述位移检测装置安装在机械运动部件上，所述位移检测装置检测每个机械运动部件的在分合闸过程中的位移，所述位移检测装置将检测位移数据发送到服务器；所述二次回路在线检测装置与高压断路器二次回路的端口连接，所述二次回路在线检测装置在线检测二次回路端点间的通断状态，所述二次回路在线检测装置将通断状态检测数据发送到服务器；所述线圈电流检测装置检测高压断路器合闸动作线圈和分闸动作线圈的电流并将检测结果发送到服务器；所述回路电阻测试器包括两对接线夹、直流电流源和电压测量仪，所述两对接线夹均连接高压断路器的上接线柱以及下接线柱，一对接线夹与直流电流源连接，另一对接线夹与电压测量仪连接，电压测量仪将检测数据发送到服务器；服务器按预设程序控制阻力生成装置产生的阻力并分析位移数据获得高压断路器的状态。通过阻力生成装置以及柔性杆产生故障源，模拟产生多种故障类型，同时进行高压断路器机械特性、二次回路状态、线圈电流测量以及回路电阻的检测，能够全面的掌握在故障源作用下高压断路器产生各种故障过程中各检测数据的情况，为建立准确的高压断路器故障研判系统提供了条件。

作为优选，所述阻力生成装置包括阻力轴承和阻力顶块；所述阻力轴承安装在高压断路器中转动连接的两个机械运动部件之间，所述阻力轴承包括外圈、内圈、销钉、抵接块、压电陶瓷和驱动器，所述外圈与内圈匹配且同心抵接安装，两个机械运动部件均加工通铰接孔，其中一个机械运动部件的铰接孔与销钉固定连接，另一个机械运动部件的铰接孔与外圈固定连接，内圈与销钉同心过盈连接，内圈与外圈同心转动抵接，所述外圈内侧加工有若干个缺口，所述抵接块卡接在所述缺口内且与内圈抵接，所述压电陶瓷安装在所述抵接块和外圈之间，所述压电陶瓷与驱动器连接，所述驱动器通过通信装置与服务器连接；所述阻力顶块安装在高压断路器中沿直线运动的机械运动部件的两侧，所述阻力顶块包括安装座、摩擦块和调节螺钉，所述安装座固定安装在相应机械运动部件附近，所述摩擦块与安装座活动卡接，所述调节螺钉与安装座螺纹连接，调节螺钉末端与摩擦块抵接。控制阻力轴承的压电陶瓷的驱动电压即可控制阻力轴承提供的阻力，实现较为准确的机械运动部件卡涩故障的模拟。

作为优选，所述阻力轴承还包括挡块，所述缺口呈扇环形，所述挡块与缺口形状匹配，所述挡块安装在缺口内，所述挡块从外侧封闭所述缺口并固定在外圈上，所述抵接块两端与所述扇环形两侧抵接，所述抵接块一侧呈与内圈外壁匹配的弧面，抵接块另一侧呈与内圈同心的弧面且与压电陶瓷固定连接，压电陶瓷呈与内圈同心的扇环形，压电陶瓷与外圈固定连接。扇环形能够提供较为均匀的卡涩阻力。

作为优选，所述外圈加工有沿圆周对称的四个缺口，所述四个缺口内均安装压电陶瓷和抵接块，相对的两个缺口内的压电陶瓷以及抵接块构成一组阻力装置，四个缺口内共组成两组阻力装置，其中一组阻力装置的抵接块与内圈抵接的面的粗糙度大于另一组阻力装置，较大粗糙度的一组阻力装置的抵接块称为卡涩抵接块，另一组阻力装置的抵接块称为偏离抵接块，卡涩抵接块用于产生阻力，偏离抵接块用于使内圈带动销钉偏离铰接中心。偏离抵接块能够使机械运动部件产生位置偏移，模拟机械运动部件安装偏离的故障问题。

作为优选，所述卡涩抵接块的硬度高于内圈，所述卡涩抵接块与内圈抵接的面加工有锉槽，用于在机械运动部件相互转动过程中，产生金属碎屑并加快机械运动部件的磨损。卡涩抵接块能够较快的磨损内圈，模拟出机械运动部件安装不当导致磨损的故障问题，同时产生的金属碎屑会影响二次回路的正常工作，模拟出二次回路断路等故障。

作为优选，所述调节螺钉沿长度方向加工有刻槽，所述安装座沿安装调节螺钉的螺孔圆周加工有刻度线，所述刻度线指示调节螺钉伸入安装座的长度。能够方便控制动触头的卡涩程度。

作为优选，所述柔性杆包括空心杆、弹簧、锁紧螺钉和调整螺杆，所述空心杆一端开口另一端封闭，所述绝缘拉杆的底端套入所述空心杆开口端，空心杆另一端与连杆铰接，所述空心杆封闭端的端面加工有用于安装所述调整螺杆的螺孔，所述调整螺杆的末端固定有接触板，所述接触板与弹簧一端固定连接，弹簧另一端与绝缘拉杆抵接，弹簧具有预压缩量，与压缩量使弹簧弹力大于动触头以及绝缘拉杆的重力，空心杆开口端侧面开有用于安装锁紧螺钉的螺孔，所述绝缘拉杆加工有与锁紧螺钉匹配的凹陷。调节柔性杆的弹簧的预紧力即可调节三相不同期程度，进而模拟出三相不同期故障，用于观测三相不同期对回路电阻的影响。

作为优选，所述二次回路在线检测装置包括引线装置、对接装置和二次回路检测机，所述引线装置安装在高压断路器外壳上，所述引线装置包括引线壳和若干个引线柱，引线柱安装在引线壳内，所述高压断路器二次回路的待检测端口分别通过导线与引线柱连接，所述对接装置包括对接盒和对接头，所述对接盒与所述引线盒匹配，所述对接头安装在对接盒内，所述二次回路检测机通过所述对接头以及引线柱与高压断路器二次回路的待检测端口连通并对待检测端口之间的通断状态进行检测；所述高压断路器二次回路的待检测端口包括成对的供电端口和若干个节点端口，高压断路器二次回路的检测需要模拟提供高压断路器的各个待测工作状态，在待测工作状态下测试相应节点端口之间的通断状态，所述对接盒侧面设置有供电连接盒，所述引线壳内的供电端口通过供电导线延伸到引线壳外壁，所述供电连接盒设置有与所述供电导线抵接的供电触头，所述供电触头与二次回路检测机连接，所述二次回路检测机通过所述供电触头以及供电导线为高压断路器的二次回路的供电端口供电。通过引线装置将二次回路的待检测端口引出，使得进行二次端口测试时无需开箱，加快了二次回路检测的效率，提高了二次回路检测的安全性。

作为优选，所述对接盒还包括上对接板、下对接板、上导电板、绝缘隔层、下导电板、若干个上弹簧和若干个下弹簧，所述二次回路检测机包含通路检测模块，所述对接头包括呈工字型的上部和与上部连接的下部，所述下部的底端加工有与引线柱匹配的盲孔，所述上对接板、下对接板、上导电板以及下导电板均与对接盒壁固定连接，所述上导电板以及下导电板位于上对接板和下对接板之间，所述绝缘隔层位于上导电板和下导电板之间并使上导电板与下导电板绝缘，所述上导电板、绝缘隔层、下导电板以及下对接板均加工有位置与引线柱对应的通孔，所述对接头的上部中部卡入所述绝缘隔层的通孔内，所述上导电板以及下导电板的通孔内壁与对接头具有间隙，所述对接头的下部穿过下对接板上的通孔，对接头底端的盲孔内壁与引线头抵接，所述上弹簧以及下弹簧的数量与对接头相同，所述上弹簧一端固定在上对接板上，上弹簧另一端与接线头顶部固定连接，所述下弹簧一端固定在下对接板上，下弹簧另一端与对接头上部连接，上弹簧以及下弹簧的一端均通过导线接地，上弹簧以及下弹簧的另一端分别通过电子开关与直流电源Vcc连接，电子开关的控制端与二次回路检测机连接，所述上导电板以及下导电板均与二次回路检测机连接。上弹簧通电时将会收缩，带动对接头向上移动，对接头与上导电板接触，使得对应的引线柱以及二次回路的端口与上导电板接触，从而使得二次回路检测机通过上导电板与对应二次回路的端口连接；类似的，将下弹簧通电带动对应对接头向下移动，使对接头与下导电板接触，从而使得二次回路检测机通过下导电板与对应二次回路的端口连接，二次回路检测机由此可进行对应两个端口之间的通断状态。

作为优选，所述二次回路检测机包括机壳、逻辑控制器、可变电压源、显示屏、操作按钮和通路检测模块，所述逻辑控制器、可变电压源以及通路检测模块均安装在机壳内，所述显示屏以及操作按钮均安装在机壳外壁，所述可变电压源与供电触头连接，所述可变电压源、显示屏、操作按钮以及通路检测模块均与逻辑控制器连接，所述操作按钮用于切换检测项目，所述显示屏显示检测结果，所述逻辑控制器与通信装置连接。可按照预设流程，自动进行二次回路的检测，加快二次回路检测的效率。

作为优选，所述检测高压断路器机械运动部件位移的位移检测装置包括速度传感器和振动传感器，所述振动传感器通过磁铁吸附在高压断路器的壳体上，所述速度传感器固定在高压断路器的机械运动部件上，检测机械运动部件的速度，服务器根据高压断路器机械运动部件的形状、尺寸以及装配关系推导出全部机械运动部件的速度。

作为优选，所述线圈电流检测装置包括钳形电流表，所述钳形电流表钳头分别钳在合闸动作线圈以及分闸动作线圈回路中，分别检测流过合闸动作线圈以及分闸动作线圈中的电流，并将检测结果发送到服务器。在测试接线中，应该尽量将线圈电流的电流钳钳在最靠近操作线圈的位置，避免其他控制回路的电流信号混入测试回路，对测试结果产生影响。

一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟方法，适用于前述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，包括以下步骤：A）通过阻力生成装置产生机械运动部件之间的阻力，或者通过柔性杆产生三相不同期故障；B）接入高压测试电压或电流后，不断进行分合闸动作直到高压断路器出现故障或者达到预设次数，同时通过位移检测装置和二次回路在线检测装置实时对高压断路器进行检测，并在每N次分合闸动作后使用回路电阻测试器测量回路电阻；C）记录故障产生前的全部高压断路器二次回路状态、机械运动部件运动特性以及回路电阻数据，更换损坏部件后改变阻力值或者改变三相不同期值，从步骤A）重新执行。全面的掌握在故障源作用下高压断路器产生各种故障过程中各检测数据的情况，为建立准确的高压断路器故障研判系统提供了条件，检测数据上传到服务器，进行数据积累和分析。

作为优选，步骤A）中，通过阻力生成装置产生机械运动部件之间的阻力的方法包括：通过驱动压电陶瓷沿极化方向伸长，使抵接块压紧内圈从而产生阻力，通过改变驱动压电陶瓷的电压即可改变所产生阻力的大小，模拟机械运动部件卡涩；通过驱动偏离抵接块对应的压电陶瓷沿极化方向伸长，使偏离抵接块压紧内圈，同时使该偏离抵接块相对的偏离抵接块保持位置或沿极化方向收缩，使内圈带动销钉偏移，模拟安装偏移的故障；通过相对的两个驱动卡涩抵接块对应的压电陶瓷沿极化方向伸长，使卡涩抵接块压紧内圈，提供阻力，同时卡涩抵接块会磨损内圈，产生金属粉末并泄漏到高压断路器内部空间，模拟机械运动部件安装位置不当的故障，该故障易二次回路产生故障，通过模拟该故障并检测二次回路状态获得该故障相关的故障现象，从而在实际高压断路器故障检修研判中，提供数据支持；通过拧紧调节螺钉使摩擦块抵接动触头，使动触头卡涩，同时动触头被摩擦会产生磨损以及金属碎屑，金属碎屑造成下方的绝缘拉杆绝缘强度下降，模拟出动触头卡涩以及绝缘拉杆绝缘强度下降故障，通过拧松调节螺钉解除对应故障的模拟。

作为优选，步骤A）中，通过柔性杆产生三相不同期故障的方法包括：拧松锁紧螺钉，使绝缘杆能够相对空心杆滑动，调节调整螺杆改变弹簧的预压缩量，并使三相对应的弹簧的预压缩量不同，进行合闸动作时，三个弹簧将被不同程度的压缩，导致三相对应的动触头首次与静触头抵接的时间不同，从而模拟三相不同期故障，三相对应的弹簧的预压缩量差异越大所产生的三相不同期越严重。

作为优选，步骤B）中，通过位移检测装置以及二次回路在线检测装置对高压断路器进行检测的方法包括以下步骤：B1）选定一个高压断路器的机械运动部件，并在其上安装速度传感器，在高压断路器的壳体外安装振动传感器，根据高压断路器机械运动部件的形状、尺寸以及装配关系标定高压断路器的每个机械运动部件的运动速度与速度传感器测量值的函数关系；B2）将对接盒与引线壳对接，二次回路检测机按照预设程序控制供电触头以及对接头进行二次回路端口通断状态的检测，将线圈电流检测装置安装在合闸动作线圈以及分闸动作线圈上；B3）控制高压断路器进行分合闸动作，在高压断路器分合闸过程中，采集位移传感器数据、流过合闸动作线圈及分闸动作线圈的电流、高压断路器壳体的振动数据和二次回路端口的通断状态数据；B4）分析位移传感器数据，获得分合闸过程中每个时刻高压断路器机械运动部件的位移及速度，根据振动传感器数据获得合闸振动数据，进而获得高压断路器机械特性试验结果。为了提高测试效率，最好能将分闸动作线圈及合闸动作线圈的电流回路同时钳入测试，不必反复更换钳入位置。

作为优选，步骤B2）中，二次回路检测机按照预设程序控制供电触头以及对接头进行二次回路端口通断状态的检测的方法为：操作高压断路器使其依次处于待测工作状态，若待测工作状态需要使供电端口带电，则为对应的供电触头供电；当高压断路器使其处于待测工作状态时，依据预设程序确定需要进行通断状态检测的两个待检测端口，进而确定对应的引线柱位置，进而确定对应的两个对接头，通过闭合对应的电子开关使其中一个对接头连接的上弹簧通电，使另一个对接连接的下弹簧通电，上弹簧以及下弹簧均发生收缩，分别带动对应对接头向上移动或向下移动，使得两个对接头分别与上导电板和下导电板抵接，即两个对接头分别与上导电板和下导电板抵接导通，二次回路检测机上导电板以及下导电板之间是否导通，即可判断对应的二次回路的两个待检测端口之间的通断状态。

作为优选，步骤C）还包括：C1）在同型号出厂高压断路器上进行分合闸试验，并记录分闸动作线圈以及合闸动作线圈的电流曲线，作为标准电流曲线；C2）当模拟故障为机械运动部件卡涩时，会导致分闸动作或合闸动作时间延长，进而导致分闸动作线圈或合闸动作线圈的电流峰值增大或通电时间延长，记录该模拟故障下的分闸动作线圈以及合闸动作线圈的电流曲线，作为卡涩参照电流曲线；C3）当模拟故障为动触头卡涩时，会导致机械运动部件在分合闸过程中运动速度减缓，当动触头磨损后，该阻力变小使得机械运动部件的速度曲线受影响减小，但会增大回路电阻，通过记录机械运动部件在分合闸过程中的速度曲线以及回路电阻的变化数据，用于动触头卡涩的研判。

典型的线圈电流波形按波形的峰谷值，将整个动作过程分为以下六个阶段。第一阶段，波形起点T0至第一峰值电流，操作线圈的电磁铁开始受电，线圈电流从零开始以指数形式增加。T1的值受到线圈电阻、操作电压、复位弹簧刚度、铁芯重量的影响。操作电压的变化、匝间短路造成的线圈电阻减小都反映在T1和线圈电流的上升曲线中。第二阶段，第一峰值电流T1至第一谷值电流T2，当线圈电流达到第一峰值时刻T1时，电磁吸力大到足以克服复位弹簧弹力和铁芯自身重力之和，铁芯开始运动。此时，随着铁芯速度逐渐增加，电磁铁气隙逐渐减小，电流出现局部降低。T2的值受到铁芯行程、操作电压、线圈电阻的影响。在这一阶段，如果铁芯有卡涩、弹簧有锈蚀，将反映在T2和线圈电流的下降曲线中。第三阶段，第一谷值电流T2至第二峰值电流T3，在T2时刻，线圈铁芯顶杆撞击弯板，操作机构机械部分开始运动，受到弹簧弹力及脱扣半轴的反作用力，铁芯的运动速度降低，电流出现局部的增加。T3的值受到操作电压、线圈电阻和脱扣半轴阻力的影响。第四阶段，第二峰值电流T3至第二谷值电流T4，铁芯顶杆推动脱扣半轴，断路器脱扣，铁心顶杆运动到最大行程。铁芯推动脱扣半轴转动后，继续向上运动，由于脱扣半轴的阻力减小，铁芯运动速度的增加，电流出现局部的减小。第五阶段，第二谷值电流T4至第三峰值电流T5，铁芯运动到T4时刻，铁芯达到了最大行程并保持在此位置。此时的电感为另一常数，电流按指数规律上升到稳态值，稳态值由电源电压和线圈内阻决定，稳态值的大小可以反映断路器二次回路电源状态。第六阶段，第三峰值电流T5至电流归零，线圈电流上升至T5时刻，辅助开关切换，操作电压回路被切断，线圈电流很快衰减至零。T6值直接反映了辅助开关的切换时间和是否有效的切断操作电压的回路。

作为优选，当模拟三相不同期故障时，记录多次进行分合闸时，回路电阻的变化数据，并将回路电阻变化数据与三相不同期程度关联，用于根据回路电阻的变化趋势辅助进行三相不同期程度的判断。

本发明的实质性效果是：通过阻力生成装置以及柔性杆产生故障源，模拟产生多种故障类型，同时进行高压断路器机械特性、二次回路状态以及回路电阻的检测，能够全面的掌握在故障源作用下高压断路器产生各种故障过程中各检测数据的情况，为建立准确的高压断路器故障研判系统提供了条件；通过检测分闸动作线圈及合闸动作线圈的电流特性，掌握高压断路器在不同故障条件下的分闸动作线圈及合闸动作线圈的电流数据，为故障研判提供数据支持；控制阻力轴承的压电陶瓷的驱动电压即可控制阻力轴承提供的阻力，实现较为准确的机械运动部件卡涩故障的模拟；卡涩抵接块能够较快的磨损内圈，模拟出机械运动部件安装不当导致磨损的故障问题，同时产生的金属碎屑会影响二次回路的正常工作，模拟出二次回路断路等故障；调节柔性杆的弹簧的预紧力即可调节三相不同期程度，进而模拟出三相不同期故障，用于观测三相不同期对回路电阻的影响；通过引线装置将二次回路的待检测端口引出，加快了二次回路检测的效率；检测数据上传到服务器，进行数据积累和分析，为基于大数据的高压断路器故障研判专家模型提供数据支持。

附图说明

图1为实施例一高压断路器故障模拟装置结构示意图。

图2为高压断路器主要机械运动部件结构示意图。

图3为实施例一阻力轴承截面示意图。

图4为实施例一阻力轴承侧面示意图。

图5为实施例一阻力顶块结构示意图。

图6为实施例一柔性杆结构示意图。

图7为实施例一对接装置以及二次回路检测机结构示意图。

图8为实施例一对接盒结构示意图。

图9为实施例一高压断路器故障模拟方法流程框图。

图10为实施例一高压断路器故障检测方法流程框图。

图11为实施例一高压断路器分闸动作线圈标准电流曲线示意图。

图12为实施例一高压断路器分闸动作线圈电流曲线与标准电流曲线对比示意图。

其中：101、二次设备，102、分闸动作线圈，103、分合闸指示牌，104、分合闸次数指示器，105、传动链条，106、驱动电机，107、隔板，108、上接线柱，108-1、静触头，109、下接线柱，109-1、动触头，110、主轴，111、壳体，112、储能弹簧，113、变速箱，114、连杆一，115、连杆二，116、连杆，117、拐臂，118、从动轴，119、杠杆传动件，122、绝缘拉杆，123、屏蔽罩，201、引线头，2011、引线壳，2012、引线束，2014、端点接线柱，3013、对接盒，3014、二次回路检测机，401、对接头，402、下对接板，403、上对接板，404、上导电板，405、对接盒壁，406、绝缘隔层，407、下导电板，408、上弹簧，409、下弹簧，410、通路检测模块，501、外连杆，502、挡块，503、内连杆，504、外圈，505、压电陶瓷，505-1、偏离驱动压电陶瓷，505-2、卡涩驱动压电陶瓷，506、抵接块，506-1、偏离抵接块，506-2、卡涩抵接块，507、内圈，508、销钉，509、调节螺钉，510、安装座，511、摩擦块，601、锁紧螺钉，602、弹簧，603、空心杆，604、调整螺杆。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，如图1所示，本实施例包括在高压断路器机械运动部件上设置的阻力生成装置、安装在高压断路器的绝缘拉杆122底部并连接绝缘拉杆122和连杆116的柔性杆、高压断路器机械运动部件的位移检测装置、二次回路在线检测装置、线圈电流检测装置、回路电阻测试器、通信装置、交流电压源、模拟负载和服务器，阻力生成装置以及位移检测装置均通过通信装置与服务器连接，交流电压源与高压断路器的上接线柱108连接，模拟负载与高压断路器的下接线柱109连接，阻力生成装置受服务器控制，在机械运动部件之间生成可控阻力，柔性杆在其长度方向具有弹性，柔性杆包含调整其弹性的调节装置，位移检测装置安装在机械运动部件上，位移检测装置检测每个机械运动部件的在分合闸过程中的位移，位移检测装置将检测位移数据发送到服务器；二次回路在线检测装置与高压断路器二次回路的端口连接，二次回路在线检测装置在线检测二次回路端点间的通断状态，二次回路在线检测装置将通断状态检测数据发送到服务器；线圈电流检测装置检测高压断路器合闸动作线圈和分闸动作线圈的电流并将检测结果发送到服务器；回路电阻测试器包括两对接线夹、直流电流源和电压测量仪，两对接线夹均连接高压断路器的上接线柱108以及下接线柱109，一对接线夹与直流电流源连接，另一对接线夹与电压测量仪连接，电压测量仪将检测数据发送到服务器；服务器按预设程序控制阻力生成装置产生的阻力并分析位移数据获得高压断路器的状态。通过阻力生成装置以及柔性杆产生故障源，模拟产生多种故障类型，同时进行高压断路器机械特性、二次回路状态以及回路电阻的检测，能够全面的掌握在故障源作用下高压断路器产生各种故障过程中各检测数据的情况，为建立准确的高压断路器故障研判系统提供了条件。

现有技术中高压断路器的结构通常包括壳体111，如图2所示，壳体111内设置有若干个隔板107，将壳体111内部空间分隔成若干个腔室，在腔室内安装二次设备101和机械运动部件。其中机械运动部件包括用于分闸动作的分闸动作线圈102、二次回路的保护装置，用于指示状态的分合闸指示牌103以及分合闸次数指示器104。用于合闸的机械运动装置包括驱动电机106、变速箱113、传动链条105、储能弹簧602112、主轴110、锁止机构、触发机构、传动机构、从动轴118、拐臂117和连杆116三，驱动电机106通过变速箱113和传动链条105为主轴110提供动力，储能弹簧602112连接在主轴110和壳体111之间。主轴110和摆臂一之间具有棘轮结构，主轴110转动，储能弹簧602112储能，此时在棘轮作用下摆臂一并不跟随旋转，动触头109-1由另外的锁止机构锁止，当锁止机构解锁时，动触头109-1才在自身重力作用下落下，实现分闸。分闸前，驱动电机106带动主轴110旋转，储能弹簧602112储能，锁止机构锁止。而后进行分闸动作，线路断开。分闸后需要进行合闸动作时，锁止机构解锁，储能弹簧602112带动主轴110旋转。主轴110上的摆臂一依次通过连杆一114、杠杆传动件119、连杆二115和摆臂二，带动从动轴118旋转，从动轴118带动拐臂117和连杆116三动作，带动连杆116三末端连接的动触头109-1上移，使动触头109-1与静触头108-1闭合，线路导通。静触头108-1在上并与上接线柱108连接；动触头109-1在下并与下接线柱109连接，动触头109-1与下接线柱109滑动抵接或通过滚动件间接接触。分闸时依靠动触头109-1本身的重力进行分闸。

阻力生成装置包括阻力轴承和阻力顶块；如图3、图4所示，阻力轴承安装在高压断路器中转动连接的两个机械运动部件之间，阻力轴承包括外圈504、内圈507、销钉508、抵接块506、压电陶瓷505和驱动器1209，外圈504与内圈507匹配且同心抵接安装，两个机械运动部件均加工通铰接孔，其中一个机械运动部件，即外连杆501的铰接孔与销钉508固定连接，另一个机械运动部件，即内连杆503的铰接孔与外圈504固定连接，内圈507与销钉508同心过盈连接，内圈507与外圈504同心转动抵接，外圈504内侧加工有若干个缺口，抵接块506卡接在缺口内且与内圈507抵接，压电陶瓷505安装在抵接块506和外圈504之间，压电陶瓷505与驱动器1209连接，驱动器1209通过通信装置与服务器连接；如图5所示，阻力顶块安装在高压断路器中沿直线运动的机械运动部件的两侧，阻力顶块包括安装座510、摩擦块511和调节螺钉509，安装座510固定安装在相应机械运动部件附近，摩擦块511与安装座510活动卡接，调节螺钉509与安装座510螺纹连接，调节螺钉509末端与摩擦块511抵接。控制阻力轴承的压电陶瓷505的驱动电压即可控制阻力轴承提供的阻力，实现较为准确的机械运动部件卡涩故障的模拟。

阻力轴承还包括挡块502，缺口呈扇环形，挡块502与缺口形状匹配，挡块502安装在缺口内，挡块502从外侧封闭缺口并固定在外圈504上，抵接块506两端与扇环形两侧抵接，抵接块506一侧呈与内圈507外壁匹配的弧面，抵接块506另一侧呈与内圈507同心的弧面且与压电陶瓷505固定连接，压电陶瓷505呈与内圈507同心的扇环形，压电陶瓷505与外圈504固定连接。扇环形能够提供较为均匀的卡涩阻力。

外圈504加工有沿圆周对称的四个缺口，四个缺口内均安装压电陶瓷505和抵接块506，相对的两个缺口内的压电陶瓷505以及抵接块506构成一组阻力装置，四个缺口内共组成两组阻力装置，其中一组阻力装置的抵接块506与内圈507抵接的面的粗糙度大于另一组阻力装置，较大粗糙度的一组阻力装置的抵接块506称为卡涩抵接块506-2，对应的压电陶瓷为卡涩驱动压电陶瓷505-2，另一组阻力装置的抵接块506称为偏离抵接块506-1，对应的压电陶瓷为偏离驱动压电陶瓷505-1。卡涩抵接块506-2用于产生阻力，偏离抵接块506-1用于使内圈507带动销钉508偏离铰接中心。偏离抵接块506-1能够使机械运动部件产生位置偏移，模拟机械运动部件安装偏离的故障问题。

卡涩抵接块506-2的硬度高于内圈507，卡涩抵接块506-2与内圈507抵接的面加工有锉槽，用于在机械运动部件相互转动过程中，产生金属碎屑并加快机械运动部件的磨损。卡涩抵接块506-2能够较快的磨损内圈507，模拟出机械运动部件安装不当导致磨损的故障问题，同时产生的金属碎屑会影响二次回路的正常工作，模拟出二次回路断路等故障。调节螺钉509沿长度方向加工有刻槽，安装座510沿安装调节螺钉509的螺孔圆周加工有刻度线，刻度线指示调节螺钉509伸入安装座510的长度。能够方便控制动触头109-1的卡涩程度。

如图6所示，柔性杆包括空心杆603、弹簧602、锁紧螺钉601和调整螺杆604，空心杆603一端开口另一端封闭，动触头109-1与屏蔽罩123卡接，动触头109-1底端与绝缘拉杆122顶端固定连接，绝缘拉杆122的底端套入空心杆603开口端，空心杆603另一端与连杆116铰接，空心杆603封闭端的端面加工有用于安装调整螺杆604的螺孔，调整螺杆604的末端固定有接触板，接触板与弹簧602一端固定连接，弹簧602另一端与绝缘拉杆122抵接，弹簧602具有预压缩量，与压缩量使弹簧602弹力大于动触头109-1以及绝缘拉杆122的重力，空心杆603开口端侧面开有用于安装锁紧螺钉601的螺孔，绝缘拉杆122加工有与锁紧螺钉601匹配的凹陷。调节柔性杆的弹簧602的预紧力即可调节三相不同期程度，进而模拟出三相不同期故障，用于观测三相不同期对回路电阻的影响。绝缘拉杆122与动触头109-1固定连接，在图2中示意高压断路器机械运动部件时，省略了绝缘拉杆122的示意。

如图7所示，二次回路在线检测装置包括引线装置、对接装置和二次回路检测机3014，引线装置安装在高压断路器外壳上，引线装置包括引线壳2011和若干个引线柱，引线柱安装在引线壳2011内，高压断路器二次回路的待检测端口分别通过导线与引线柱连接，对接装置包括对接盒3013和对接头401，对接盒3013与引线盒匹配，对接头401安装在对接盒3013内，二次回路检测机3014通过对接头401以及引线柱与高压断路器二次回路的待检测端口连通并对待检测端口之间的通断状态进行检测；高压断路器二次回路的待检测端口包括成对的供电端口和若干个节点端口，供电端口与供电接线柱连接，节点端口与端点接线柱2014连接高压断路器二次回路的检测需要模拟提供高压断路器的各个待测工作状态，在待测工作状态下测试相应节点端口之间的通断状态，对接盒3013侧面设置有供电连接盒，引线壳2011内的供电端口通过供电导线延伸到引线壳2011外壁，导线集中在引线壳2011后部连接的引线束2012内，供电连接盒设置有与供电导线抵接的供电触头，供电触头与二次回路检测机3014连接，二次回路检测机3014通过供电触头以及供电导线为高压断路器的二次回路的供电端口供电。通过引线装置将二次回路的待检测端口引出，使得进行二次端口测试时无需开箱，加快了二次回路检测的效率，提高了二次回路检测的安全性。

如图8所示，对接盒3013还包括上对接板403、下对接板402、上导电板404、绝缘隔层406、下导电板407、若干个上弹簧602408和若干个下弹簧602409，二次回路检测机3014包含通路检测模块410，对接头401包括呈工字型的上部和与上部连接的下部，下部的底端加工有与引线柱匹配的盲孔，上对接板403、下对接板402、上导电板404以及下导电板407均与对接盒壁405固定连接，上导电板404以及下导电板407位于上对接板403和下对接板402之间，绝缘隔层406位于上导电板404和下导电板407之间并使上导电板404与下导电板407绝缘，上导电板404、绝缘隔层406、下导电板407以及下对接板402均加工有位置与引线柱对应的通孔，对接头401的上部中部卡入绝缘隔层406的通孔内，上导电板404以及下导电板407的通孔内壁与对接头401具有间隙，对接头401的下部穿过下对接板402上的通孔，对接头401底端的盲孔内壁与引线头201抵接，上弹簧602408以及下弹簧602409的数量与对接头401相同，上弹簧602408一端固定在上对接板403上，上弹簧602408另一端与接线头顶部固定连接，下弹簧602409一端固定在下对接板402上，下弹簧602409另一端与对接头401上部连接，上弹簧602408以及下弹簧602409的一端均通过导线接地，上弹簧602408以及下弹簧602409的另一端分别通过电子开关与直流电源Vcc连接，电子开关的控制端与二次回路检测机3014连接，上导电板404以及下导电板407均与二次回路检测机3014连接。上弹簧602408通电时将会收缩，带动对接头401向上移动，对接头401与上导电板404接触，使得对应的引线柱以及二次回路的端口与上导电板404接触，从而使得二次回路检测机3014通过上导电板404与对应二次回路的端口连接；类似的，将下弹簧602409通电带动对应对接头401向下移动，使对接头401与下导电板407接触，从而使得二次回路检测机3014通过下导电板407与对应二次回路的端口连接，二次回路检测机3014由此可进行对应两个端口之间的通断状态。

二次回路检测机3014包括机壳、逻辑控制器、可变电压源、显示屏、操作按钮和通路检测模块410，逻辑控制器、可变电压源以及通路检测模块410均安装在机壳内，显示屏以及操作按钮均安装在机壳外壁，可变电压源与供电触头连接，可变电压源、显示屏、操作按钮以及通路检测模块410均与逻辑控制器连接，操作按钮用于切换检测项目，显示屏显示检测结果，逻辑控制器与通信装置连接。可按照预设流程，自动进行二次回路的检测，加快二次回路检测的效率。

一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟方法，适用于如前述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，如图9所示，包括以下步骤：A）通过阻力生成装置产生机械运动部件之间的阻力，或者通过柔性杆产生三相不同期故障；B）接入高压测试电压或电流后，不断进行分合闸动作直到高压断路器出现故障或者达到预设次数，同时通过位移检测装置和二次回路在线检测装置实时对高压断路器进行检测，并在每N次分合闸动作后使用回路电阻测试器测量回路电阻；C）记录故障产生前的全部高压断路器二次回路状态、机械运动部件运动特性以及回路电阻数据，更换损坏部件后改变阻力值或者改变三相不同期值，从步骤A）重新执行。

步骤A）中，通过阻力生成装置产生机械运动部件之间的阻力的方法包括：通过驱动压电陶瓷505沿极化方向伸长，使抵接块506压紧内圈507从而产生阻力，通过改变驱动压电陶瓷505的电压即可改变所产生阻力的大小，模拟机械运动部件卡涩；通过驱动偏离抵接块506-1对应的压电陶瓷505沿极化方向伸长，使偏离抵接块506-1压紧内圈507，同时使该偏离抵接块506-1相对的偏离抵接块506-1保持位置或沿极化方向收缩，使内圈507带动销钉508偏移，模拟安装偏移的故障；通过相对的两个驱动卡涩抵接块506-2对应的压电陶瓷505沿极化方向伸长，使卡涩抵接块506-2压紧内圈507，提供阻力，同时卡涩抵接块506-2会磨损内圈507，产生金属粉末并泄漏到高压断路器内部空间，模拟机械运动部件安装位置不当的故障，该故障易二次回路产生故障，通过模拟该故障并检测二次回路状态获得该故障相关的故障现象，从而在实际高压断路器故障检修研判中，提供数据支持；通过拧紧调节螺钉509使摩擦块511抵接动触头109-1，使动触头109-1卡涩，同时动触头109-1被摩擦会产生磨损以及金属碎屑，金属碎屑造成下方的绝缘拉杆122绝缘强度下降，模拟出动触头109-1卡涩以及绝缘拉杆122绝缘强度下降故障，通过拧松调节螺钉509解除对应故障的模拟。

步骤A）中，通过柔性杆产生三相不同期故障的方法包括：拧松锁紧螺钉601，使绝缘杆能够相对空心杆603滑动，调节调整螺杆604改变弹簧602的预压缩量，并使三相对应的弹簧602的预压缩量不同，进行合闸动作时，三个弹簧602将被不同程度的压缩，导致三相对应的动触头109-1首次与静触头108-1抵接的时间不同，从而模拟三相不同期故障，三相对应的弹簧602的预压缩量差异越大所产生的三相不同期越严重。

如图10所示，步骤B）中，通过位移检测装置以及二次回路在线检测装置对高压断路器进行检测的方法包括以下步骤：B1）选定一个高压断路器的机械运动部件，并在其上安装速度传感器，在高压断路器的壳体外安装振动传感器，根据高压断路器机械运动部件的形状、尺寸以及装配关系标定高压断路器的每个机械运动部件的运动速度与速度传感器测量值的函数关系；B2）将对接盒与引线壳对接，二次回路检测机按照预设程序控制供电触头以及对接头进行二次回路端口通断状态的检测，将线圈电流检测装置安装在合闸动作线圈以及分闸动作线圈上；B3）控制高压断路器进行分合闸动作，在高压断路器分合闸过程中，采集位移传感器数据、流过合闸动作线圈及分闸动作线圈的电流、高压断路器壳体的振动数据和二次回路端口的通断状态数据；B4）分析位移传感器数据，获得分合闸过程中每个时刻高压断路器机械运动部件的位移及速度，根据振动传感器数据获得合闸振动数据，进而获得高压断路器机械特性试验结果。

步骤B2）中，二次回路检测机按照预设程序控制供电触头以及对接头进行二次回路端口通断状态的检测的方法为：操作高压断路器使其依次处于待测工作状态，若待测工作状态需要使供电端口带电，则为对应的供电触头供电；当高压断路器使其处于待测工作状态时，依据预设程序确定需要进行通断状态检测的两个待检测端口，进而确定对应的引线柱位置，进而确定对应的两个对接头，通过闭合对应的电子开关使其中一个对接头连接的上弹簧通电，使另一个对接连接的下弹簧通电，上弹簧以及下弹簧均发生收缩，分别带动对应对接头向上移动或向下移动，使得两个对接头分别与上导电板和下导电板抵接，即两个对接头分别与上导电板和下导电板抵接导通，二次回路检测机上导电板以及下导电板之间是否导通，即可判断对应的二次回路的两个待检测端口之间的通断状态。

步骤C）还包括：C1）在同型号出厂高压断路器上进行分合闸试验，并记录分闸动作线圈以及合闸动作线圈的电流曲线，作为标准电流曲线；C2）当模拟故障为机械运动部件卡涩时，会导致分闸动作或合闸动作时间延长，进而导致分闸动作线圈或合闸动作线圈的电流峰值增大或通电时间延长，记录该模拟故障下的分闸动作线圈以及合闸动作线圈的电流曲线，作为卡涩参照电流曲线；C3）当模拟故障为动触头卡涩时，会导致机械运动部件在分合闸过程中运动速度减缓，当动触头磨损后，该阻力变小使得机械运动部件的速度曲线受影响减小，但会增大回路电阻，通过记录机械运动部件在分合闸过程中的速度曲线以及回路电阻的变化数据，用于动触头卡涩的研判。

如图11所示，实施例对出厂高压断路器进行线圈电流测试的电流曲线，按线圈电流波形按波形的峰谷值，将整个动作过程分为以下六个阶段。第一阶段，波形起点T0至第一峰值电流，操作线圈的电磁铁开始受电，线圈电流从零开始以指数形式增加。T1的值受到线圈电阻、操作电压、复位弹簧刚度、铁芯重量的影响。操作电压的变化、匝间短路造成的线圈电阻减小都反映在T1和线圈电流的上升曲线中。第二阶段，第一峰值电流T1至第一谷值电流T2，当线圈电流达到第一峰值时刻T1时，电磁吸力大到足以克服复位弹簧弹力和铁芯自身重力之和，铁芯开始运动。此时，随着铁芯速度逐渐增加，电磁铁气隙逐渐减小，电流出现局部降低。T2的值受到铁芯行程、操作电压、线圈电阻的影响。在这一阶段，如果铁芯有卡涩、弹簧有锈蚀，将反映在T2和线圈电流的下降曲线中。第三阶段，第一谷值电流T2至第二峰值电流T3，在T2时刻，线圈铁芯顶杆撞击弯板，操作机构机械部分开始运动，受到弹簧弹力及脱扣半轴的反作用力，铁芯的运动速度降低，电流出现局部的增加。T3的值受到操作电压、线圈电阻和脱扣半轴阻力的影响。第四阶段，第二峰值电流T3至第二谷值电流T4，铁芯顶杆推动脱扣半轴，断路器脱扣，铁心顶杆运动到最大行程。铁芯推动脱扣半轴转动后，继续向上运动，由于脱扣半轴的阻力减小，铁芯运动速度的增加，电流出现局部的减小。第五阶段，第二谷值电流T4至第三峰值电流T5，铁芯运动到T4时刻，铁芯达到了最大行程并保持在此位置。此时的电感为另一常数，电流按指数规律上升到稳态值，稳态值由电源电压和线圈内阻决定，稳态值的大小可以反映断路器二次回路电源状态。第六阶段，第三峰值电流T5至电流归零，线圈电流上升至T5时刻，辅助开关切换，操作电压回路被切断，线圈电流很快衰减至零。T6值直接反映了辅助开关的切换时间和是否有效的切断操作电压的回路。

如图12所示，高压断路器分闸动作线圈电流曲线与标准电流曲线对比示，可见，T1时刻基本不变，说明操作电压、线圈电阻和初始电感均正常；T1至T2的电流下降过程，卡涩波形比正常波形更加平缓，而且T2时刻明显增加，导致整个波形向后延迟，表明铁芯在克服弹簧弹力和自身重力时，遇到了额外的阻力。这有可能是铁芯卡涩或者弹簧锈蚀。高压断路器动作产生的线圈电流信号中蕴含着许多重要的状态信息，分析其信号能够发现控制回路和传动机构的许多机械和电气故障征兆。根据动作线圈电流曲线的特性，可以有效的诊断出断路器的运行情况，防止断路器拒动、误动的发生，保障电网的安全运行。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (19)

1.一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

包括在高压断路器机械运动部件上设置的阻力生成装置、安装在高压断路器的绝缘拉杆底部的柔性杆、检测高压断路器机械运动部件位移的位移检测装置、二次回路在线检测装置、线圈电流检测装置、回路电阻测试器、通信装置、交流电压源、模拟负载和服务器，阻力生成装置以及位移检测装置均通过通信装置与服务器连接，交流电压源与高压断路器的上接线柱连接，所述模拟负载与高压断路器的下接线柱连接，所述阻力生成装置受服务器控制，在机械运动部件之间生成可控阻力，所述柔性杆在其长度方向具有弹性，柔性杆包含调整其弹性的调节装置，所述位移检测装置安装在机械运动部件上，所述位移检测装置检测每个机械运动部件的在分合闸过程中的位移，所述位移检测装置将检测位移数据发送到服务器；

所述二次回路在线检测装置与高压断路器二次回路的端口连接，所述二次回路在线检测装置在线检测二次回路端点间的通断状态，所述二次回路在线检测装置将通断状态检测数据发送到服务器；

所述线圈电流检测装置检测高压断路器合闸动作线圈和分闸动作线圈的电流并将检测结果发送到服务器；

所述回路电阻测试器包括两对接线夹、直流电流源和电压测量仪，所述两对接线夹均连接高压断路器的上接线柱以及下接线柱，一对接线夹与直流电流源连接，另一对接线夹与电压测量仪连接，电压测量仪将检测数据发送到服务器；

服务器按预设程序控制阻力生成装置产生的阻力并分析位移数据获得高压断路器的状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述阻力生成装置包括阻力轴承和阻力顶块；

所述阻力轴承安装在高压断路器中转动连接的两个机械运动部件之间，所述阻力轴承包括外圈、内圈、销钉、抵接块、压电陶瓷和驱动器，所述外圈与内圈匹配且同心抵接安装，两个机械运动部件均加工通铰接孔，其中一个机械运动部件的铰接孔与销钉固定连接，另一个机械运动部件的铰接孔与外圈固定连接，内圈与销钉同心过盈连接，内圈与外圈同心转动抵接，所述外圈内侧加工有若干个缺口，所述抵接块卡接在所述缺口内且与内圈抵接，所述压电陶瓷安装在所述抵接块和外圈之间，所述压电陶瓷与驱动器连接，所述驱动器通过通信装置与服务器连接；

所述阻力顶块安装在高压断路器中沿直线运动的机械运动部件的两侧，所述阻力顶块包括安装座、摩擦块和调节螺钉，所述安装座固定安装在相应机械运动部件附近，所述摩擦块与安装座活动卡接，所述调节螺钉与安装座螺纹连接，调节螺钉末端与摩擦块抵接。

3.根据权利要求2所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述阻力轴承还包括挡块，所述缺口呈扇环形，所述挡块与缺口形状匹配，所述挡块安装在缺口内，所述挡块从外侧封闭所述缺口并固定在外圈上，所述抵接块两端与所述扇环形两侧抵接，所述抵接块一侧呈与内圈外壁匹配的弧面，抵接块另一侧呈与内圈同心的弧面且与压电陶瓷固定连接，压电陶瓷呈与内圈同心的扇环形，压电陶瓷与外圈固定连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述外圈加工有沿圆周对称的四个缺口，所述四个缺口内均安装压电陶瓷和抵接块，相对的两个缺口内的压电陶瓷以及抵接块构成一组阻力装置，四个缺口内共组成两组阻力装置，其中一组阻力装置的抵接块与内圈抵接的面的粗糙度大于另一组阻力装置，较大粗糙度的一组阻力装置的抵接块称为卡涩抵接块，另一组阻力装置的抵接块称为偏离抵接块，卡涩抵接块用于产生阻力，偏离抵接块用于使内圈带动销钉偏离铰接中心。

5.根据权利要求4所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述卡涩抵接块的硬度高于内圈，所述卡涩抵接块与内圈抵接的面加工有锉槽，用于在机械运动部件相互转动过程中，产生金属碎屑并加快机械运动部件的磨损。

6.根据权利要求2所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述调节螺钉沿长度方向加工有刻槽，所述安装座沿安装调节螺钉的螺孔圆周加工有刻度线，所述刻度线指示调节螺钉伸入安装座的长度。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述柔性杆包括空心杆、弹簧、锁紧螺钉和调整螺杆，所述空心杆一端开口另一端封闭，所述绝缘拉杆的底端套入所述空心杆开口端，空心杆另一端与连杆铰接，所述空心杆封闭端的端面加工有用于安装所述调整螺杆的螺孔，所述调整螺杆的末端固定有接触板，所述接触板与弹簧一端固定连接，弹簧另一端与绝缘拉杆抵接，弹簧具有预压缩量，与压缩量使弹簧弹力大于动触头以及绝缘拉杆的重力，空心杆开口端侧面开有用于安装锁紧螺钉的螺孔，所述绝缘拉杆加工有与锁紧螺钉匹配的凹陷。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述二次回路在线检测装置包括引线装置、对接装置和二次回路检测机，所述引线装置安装在高压断路器外壳上，所述引线装置包括引线壳和若干个引线柱，引线柱安装在引线壳内，所述高压断路器二次回路的待检测端口分别通过导线与引线柱连接，所述对接装置包括对接盒和对接头，所述对接盒与引线盒匹配，所述对接头安装在对接盒内，所述二次回路检测机通过所述对接头以及引线柱与高压断路器二次回路的待检测端口连通并对待检测端口之间的通断状态进行检测；

所述高压断路器二次回路的待检测端口包括成对的供电端口和若干个节点端口，高压断路器二次回路的检测需要模拟提供高压断路器的各个待测工作状态，在待测工作状态下测试相应节点端口之间的通断状态，所述对接盒侧面设置有供电连接盒，所述引线壳内的供电端口通过供电导线延伸到引线壳外壁，所述供电连接盒设置有与所述供电导线抵接的供电触头，所述供电触头与二次回路检测机连接，所述二次回路检测机通过所述供电触头以及供电导线为高压断路器的二次回路的供电端口供电。

9.根据权利要求8所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述对接盒还包括上对接板、下对接板、上导电板、绝缘隔层、下导电板、若干个上弹簧和若干个下弹簧，所述二次回路检测机包含通路检测模块，所述对接头包括呈工字型的上部和与上部连接的下部，所述下部的底端加工有与引线柱匹配的盲孔，所述上对接板、下对接板、上导电板以及下导电板均与对接盒壁固定连接，所述上导电板以及下导电板位于上对接板和下对接板之间，所述绝缘隔层位于上导电板和下导电板之间并使上导电板与下导电板绝缘，所述上导电板、绝缘隔层、下导电板以及下对接板均加工有位置与引线柱对应的通孔，所述对接头的上部中部卡入所述绝缘隔层的通孔内，所述上导电板以及下导电板的通孔内壁与对接头具有间隙，所述对接头的下部穿过下对接板上的通孔，对接头底端的盲孔内壁与引线头抵接，所述上弹簧以及下弹簧的数量与对接头相同，所述上弹簧一端固定在上对接板上，上弹簧另一端与接线头顶部固定连接，所述下弹簧一端固定在下对接板上，下弹簧另一端与对接头上部连接，上弹簧以及下弹簧的一端均通过导线接地，上弹簧以及下弹簧的另一端分别通过电子开关与直流电源Vcc连接，电子开关的控制端与二次回路检测机连接，所述上导电板以及下导电板均与二次回路检测机连接。

10.根据权利要求9所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述二次回路检测机包括机壳、逻辑控制器、可变电压源、显示屏、操作按钮和通路检测模块，所述逻辑控制器、可变电压源以及通路检测模块均安装在机壳内，所述显示屏以及操作按钮均安装在机壳外壁，所述可变电压源与供电触头连接，所述可变电压源、显示屏、操作按钮以及通路检测模块均与逻辑控制器连接，所述操作按钮用于切换检测项目，所述显示屏显示检测结果，所述逻辑控制器与通信装置连接。

11.根据权利要求1或2或3所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述检测高压断路器机械运动部件位移的位移检测装置包括速度传感器和振动传感器，所述振动传感器通过磁铁吸附在高压断路器的壳体上，所述速度传感器固定在高压断路器的机械运动部件上，检测机械运动部件的速度，服务器根据高压断路器机械运动部件的形状、尺寸以及装配关系推导出全部机械运动部件的速度。

12.根据权利要求1或2或3所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

所述线圈电流检测装置包括钳形电流表，所述钳形电流表钳头分别钳在合闸动作线圈以及分闸动作线圈回路中，分别检测流过合闸动作线圈以及分闸动作线圈中的电流，并将检测结果发送到服务器。

13.一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟方法，适用于如权利要求1至12任一项所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟装置，其特征在于，

包括以下步骤：

A）通过阻力生成装置产生机械运动部件之间的阻力，或者通过柔性杆产生三相不同期故障；

B）接入高压测试电压或电流后，不断进行分合闸动作直到高压断路器出现故障或者达到预设次数，同时通过位移检测装置和二次回路在线检测装置实时对高压断路器进行检测，并在每N次分合闸动作后使用回路电阻测试器测量回路电阻；

C）记录故障产生前的全部高压断路器二次回路状态、机械运动部件运动特性以及回路电阻数据，更换损坏部件后改变阻力值或者改变三相不同期值，从步骤A）重新执行。

14.根据权利要求13所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟方法，其特征在于，

步骤A）中，通过阻力生成装置产生机械运动部件之间的阻力的方法包括：

通过驱动压电陶瓷沿极化方向伸长，使抵接块压紧内圈从而产生阻力，通过改变驱动压电陶瓷的电压即可改变所产生阻力的大小，模拟机械运动部件卡涩；

通过驱动偏离抵接块对应的压电陶瓷沿极化方向伸长，使偏离抵接块压紧内圈，同时使该偏离抵接块相对的偏离抵接块保持位置或沿极化方向收缩，使内圈带动销钉偏移，模拟安装偏移的故障；

通过相对的两个驱动卡涩抵接块对应的压电陶瓷沿极化方向伸长，使卡涩抵接块压紧内圈，提供阻力，同时卡涩抵接块会磨损内圈，产生金属粉末并泄漏到高压断路器内部空间，模拟机械运动部件安装位置不当的故障，该故障易二次回路产生故障，通过模拟该故障并检测二次回路状态获得该故障相关的故障现象，从而在实际高压断路器故障检修研判中，提供数据支持；

通过拧紧调节螺钉使摩擦块抵接动触头，使动触头卡涩，同时动触头被摩擦会产生磨损以及金属碎屑，金属碎屑造成下方的绝缘拉杆绝缘强度下降，模拟出动触头卡涩以及绝缘拉杆绝缘强度下降故障，通过拧松调节螺钉解除对应故障的模拟。

15.根据权利要求14所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟方法，其特征在于，

步骤A）中，通过柔性杆产生三相不同期故障的方法包括：

拧松锁紧螺钉，使绝缘杆能够相对空心杆滑动，调节调整螺杆改变弹簧的预压缩量，并使三相对应的弹簧的预压缩量不同，进行合闸动作时，三个弹簧将被不同程度的压缩，导致三相对应的动触头首次与静触头抵接的时间不同，从而模拟三相不同期故障，三相对应的弹簧的预压缩量差异越大所产生的三相不同期越严重。

16.根据权利要求15所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟方法，其特征在于，

步骤B）中，通过位移检测装置以及二次回路在线检测装置对高压断路器进行检测的方法包括以下步骤：

B1）选定一个高压断路器的机械运动部件，并在其上安装速度传感器，在高压断路器的壳体外安装振动传感器，根据高压断路器机械运动部件的形状、尺寸以及装配关系标定高压断路器的每个机械运动部件的运动速度与速度传感器测量值的函数关系；

B2）将对接盒与引线壳对接，二次回路检测机按照预设程序控制供电触头以及对接头进行二次回路端口通断状态的检测，将线圈电流检测装置安装在合闸动作线圈以及分闸动作线圈上；

B3）控制高压断路器进行分合闸动作，在高压断路器分合闸过程中，采集位移传感器数据、流过合闸动作线圈及分闸动作线圈的电流、高压断路器壳体的振动数据和二次回路端口的通断状态数据；

B4）分析位移传感器数据，获得分合闸过程中每个时刻高压断路器机械运动部件的位移及速度，根据振动传感器数据获得合闸振动数据，进而获得高压断路器机械特性试验结果。

17.根据权利要求16所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟方法，其特征在于，

步骤B2）中，二次回路检测机按照预设程序控制供电触头以及对接头进行二次回路端口通断状态的检测的方法为：

操作高压断路器使其依次处于待测工作状态，若待测工作状态需要使供电端口带电，则为对应的供电触头供电；

当高压断路器使其处于待测工作状态时，依据预设程序确定需要进行通断状态检测的两个待检测端口，进而确定对应的引线柱位置，进而确定对应的两个对接头，通过闭合对应的电子开关使其中一个对接头连接的上弹簧通电，使另一个对接连接的下弹簧通电，上弹簧以及下弹簧均发生收缩，分别带动对应对接头向上移动或向下移动，使得两个对接头分别与上导电板和下导电板抵接，即两个对接头分别与上导电板和下导电板抵接导通，二次回路检测机上导电板以及下导电板之间是否导通，即可判断对应的二次回路的两个待检测端口之间的通断状态。

18.根据权利要求16所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟方法，其特征在于，

步骤C）还包括：

C1）在同型号出厂高压断路器上进行分合闸试验，并记录分闸动作线圈以及合闸动作线圈的电流曲线，作为标准电流曲线；

C2）当模拟故障为机械运动部件卡涩时，会导致分闸动作或合闸动作时间延长，进而导致分闸动作线圈或合闸动作线圈的电流峰值增大或通电时间延长，记录该模拟故障下的分闸动作线圈以及合闸动作线圈的电流曲线，作为卡涩参照电流曲线；

C3）当模拟故障为动触头卡涩时，会导致机械运动部件在分合闸过程中运动速度减缓，当动触头磨损后，该阻力变小使得机械运动部件的速度曲线受影响减小，但会增大回路电阻，通过记录机械运动部件在分合闸过程中的速度曲线以及回路电阻的变化数据，用于动触头卡涩的研判。

19.根据权利要求15所述的一种基于泛在电力物联网的高压断路器故障模拟方法，其特征在于，

当模拟三相不同期故障时，记录多次进行分合闸时，回路电阻的变化数据，并将回路电阻变化数据与三相不同期程度关联，用于根据回路电阻的变化趋势辅助进行三相不同期程度的判断。

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