CN111834146A - 一种双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法 - Google Patents

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王波勇
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Abstract

本申请属于电力设备缺陷检测方法技术领域，尤其涉及一种双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法。首先根据正常动作的双柱水平开启式隔离开关构建合闸行程曲线，得到正常行程曲线的相应数据；在待测双柱水平开启式隔离开关合闸过程中绘制实测合闸行程曲线。根据实测曲线与正常曲线的差异来进行故障识别检测，本发明以数字定量方法来实现对双柱水平开启式隔离开关的各类机械缺陷进行快速有效判断，有助于提高隔离开关机械缺陷的诊断效率和准确性，提高隔离开关运行的可靠性，同时为实现数字化智能化监控提供设计基础，基于本方法及其判据规则可以方便的利用传感器等设备实现自动监控以及告警，便于产业实施，具有良好应用前景。

Description

一种双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法
技术领域
本申请属于电力设备缺陷检测方法技术领域，尤其涉及一种双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法。
背景技术
高压隔离开关是发电厂、变电站中数量最多的开关电器，有水平、垂直等多种结构形式，具有隔离电源、倒闸操作、连通和切断小电流电路等功能。隔离开关从安装到运行服役过程中，受安装调试经验及恶劣环境(雨水、覆冰、风沙)的影响，可能存在轴承卡涩、操作杆卡涩、触头锈蚀、夹紧力不足、三相不同期、弹簧失效、行程不到位等潜在缺陷，在缺陷初期很难通过人工手动分合试验及时发现，导致旋转绝缘子断裂、传动杆变形、触指变形、接触不良局部过热、分合闸失败等故障发生。目前常用的诊断方法采用力矩扳手。当采用用力矩扳手检测机械缺陷时，其有效性主要依赖检修人员的经验。这种方法对于早期的一般缺陷不易察觉，会导致隔离开关带缺陷运行，典型的如三相不同期、接触角偏离、行程超欠等缺陷均可导致触头接触不良、接触疲劳、触头过热等问题，使得开关设备的可靠性和使用寿命下降。
发明内容
本发明创造的目的在于，采用数字化方法替代人工力矩扳手法，提高双柱水平开启式隔离开关机械缺陷诊断的灵敏性和准确性。
为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。
一种双柱水平开启式隔离开关机械缺陷诊断方法，双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法基于合闸行程曲线，合闸行程曲线设于十字坐标系，其中横坐标系数为合闸过程中操作杆的转动角度；其中纵坐标系数为合闸过程中操作杆的力矩；
首先根据正常动作的双柱水平开启式隔离开关构建合闸行程曲线，得到正常行程曲线的相应数据；
根据合闸力矩的变化趋势划分区段，包括：
触头行程过程的平滑区间段x∈[α0，α1]；
触头接触过程的小波峰区段x∈[α1，α2]；
触头啮合过程的大波峰区段x∈[α2，α3]；
在待测双柱水平开启式隔离开关合闸过程中，测量合闸过程中的操作杆转动角度与操作杆力矩数据，绘制实测合闸行程曲线。
在上述基础之上，定义相似度系数R如下：
设实测合闸行程曲线与正常行程曲线分别为序列X(k)和序列Y(k)，k＝0，1，…，N-1，其中X(k)、Y(k)为实数，N为采样点数；
计算这两个序列的标准方差：
Figure BDA0002623036290000021
计算这两个序列的协方差：
Figure BDA0002623036290000022
计算这两个序列的归一化协方差系数：
Figure BDA0002623036290000023
计算相似度系数R：
Figure BDA0002623036290000024
对于处于转动角度α0至α1之间的行程阶段，将该范围内的实测合闸行程曲线与正常行程曲线进行相似性比对，如果相似度系数小于R1，R1取值为2.0，则判断为双柱水平开启式隔离开关在行程阶段中存在卡涩缺陷。
对于处于转动角度α1至α2之间的接触阶段，将该范围内的实测曲线与正常行程曲线进行相似性比对，如果相似度系数小于R2，R2取值为1.5，则判断双柱水平开启式隔离开关在接触阶段存在三相不同期缺陷；
对于处于转动角度α2至α3之间的啮合阶段，如果该范围内的实测曲线的终止力矩超过行程阶段的平均力矩的R3倍，R3取值为1.3，则判断为双柱水平开启式隔离开关在啮合阶段中存在合闸超程缺陷。
基于前述双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，所述正常行程曲线构建方法为：根据待诊断双柱水平开启式隔离开关构建有限元模拟仿真，并基于水平开启式隔离开关有限元模型的仿真合闸过程获得正常行程曲线。
基于前述双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，所述正常行程曲线构建方法为：测量正常动作的双柱水平开启式隔离开关的合闸行程曲线，得到正常行程曲线。
基于前述双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，所述正常行程曲线构建方法为：对正常动作的双柱水平开启式隔离开关的合闸行程曲线进行理论推导，得到正常行程曲线。
基于前述双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，其诊断范围处于转动角度α2至α3之间的啮合阶段，将该范围内的实测曲线的终止角度与正常行程曲线的终止角度比对，如果实测角度小于正常行程角度超过R4，R4取值为3°，判断为双柱水平开启式隔离开关在啮合阶段中存在合闸欠程缺陷。
基于前述双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，其诊断范围处于转动角度α2至α3之间的啮合阶段，将该范围内的实测曲线的终止角度与正常行程曲线的终止角度比对，如果实测角度大于正常行程角度超过R5，R5取值为3°，判断为双柱水平开启式隔离开关在啮合阶段中存在合闸超程缺陷。
其有益效果在于：
本发明以数字定量方法来实现对双柱水平开启式隔离开关的各类机械缺陷进行快速有效判断，有助于提高隔离开关机械缺陷的诊断效率和准确性，提高隔离开关运行的可靠性，同时为实现数字化智能化监控提供设计基础，基于本方法及其判据规则可以方便的利用传感器等设备实现自动监控以及告警，便于产业实施，具有良好应用前景。
附图说明
图1是合闸行程曲线的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
本申请的双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法基于合闸行程曲线，如图1所示，合闸行程曲线设于十字坐标系，其中横坐标系数为合闸过程中操作杆的转动角度(°)；其中纵坐标系数为合闸过程中的合闸力矩(N.m)；
首先根据正常动作的双柱水平开启式隔离开关构建合闸行程曲线，得到正常行程曲线的相应数据；
根据合闸力矩的变化趋势划分区段，包括：
触头行程过程的平滑区间段x∈[α0，α1]；
触头接触过程的小波峰区段x∈[α1，α2]；
触头啮合过程的大波峰区段x∈[α2，α3]；
为简化实施流程，提高效率，可以采用有限元建模及仿真的方式，利用待测设备的有限模型来模拟合闸过程并获得正常行程曲线。
在待测双柱水平开启式隔离开关合闸过程中，测量合闸过程中的操作杆转动角度与合闸力矩数据，绘制实测合闸行程曲线，在上述基础之上，根据如下方法进行机械故障的判别：
通过行程曲线相似度系数R定量计算实测合闸行程曲线与正常行程曲线的相似程度，可作为判断双柱水平开启式隔离开关传动机构是否存在机械缺陷的依据。
设实测合闸行程曲线与正常行程曲线分别为X(k)、Y(k)，k＝0，1，…，N-1，其中X(k)、Y(k)为实数，N为采样点数。相似度系数R可按照下列公式计算。
计算两个序列的标准方差：
Figure BDA0002623036290000041
计算两个序列的协方差：
Figure BDA0002623036290000042
计算两个序列的归一化协方差系数：
Figure BDA0002623036290000043
计算相似度系数R：
Figure BDA0002623036290000044
对于处于转动角度α0至α1之间的行程阶段，将该范围内的实测合闸行程曲线与正常行程曲线进行相似性比对，如果相似度系数小于2.0，则判断为双柱水平开启式隔离开关在行程阶段中存在卡涩缺陷；
对于处于转动角度α1至α2之间的接触阶段，将该范围内的实测曲线与正常行程曲线进行相似性比对，如果相似度系数小于1.5，则判断为双柱水平开启式隔离开关在接触阶段存在三相不同期缺陷；
对于处于转动角度α2至α3之间的啮合阶段，如果该范围内的实测曲线的终止力矩超过行程阶段的平均力矩的1.3倍，则判断为双柱水平开启式隔离开关在啮合阶段中存在合闸超程缺陷。
对于处于转动角度α2至α3之间的啮合阶段，将该范围内的实测曲线的终止角度与正常行程曲线的终止角度比对，如果实测角度小于仿真角度超过3°，判断为双柱水平开启式隔离开关在啮合阶段中存在合闸欠程缺陷。
对于处于转动角度α2至α3之间的啮合阶段，将该范围内的实测曲线的终止角度与正常行程曲线的终止角度比对，如果实测角度大于仿真角度超过3°，判断为双柱水平开启式隔离开关在啮合阶段中存在合闸超程缺陷。
根据图1中待测开关行程曲线，结合本申请提出的方法，对上图展示的双柱水平开启式隔离开关合闸行程曲线进行分析诊断。
在触头触指啮合前的行程阶段，合闸力矩驱动主刀基本匀速转动，是一个平动旋转过程，正常情况其力矩曲线是平滑的。
经相似度系数计算，相似度系数为1.8，说明该隔离开关在此行程阶段存在卡涩缺陷。实测时，该隔离开关的传动部件或地刀未调试得当，使得运动过程中，二者发生了触碰，证明所述缺陷的判断结论正确。
在接触阶段，将该范围内的实测曲线与仿真曲线进行相似性比对，计算相似度系数为2.3，表明该双柱水平开启式隔离开关在接触阶段不存在三相不同期缺陷。在啮合阶段，该型号开关动作过程主轴转动角度仿真值为135°，而该开关转动角度实际值为147°，超出仿真角度12°，可诊断为存在合闸超程缺陷。实测时，该案例的机械限位没有起到二重保护的作用，操作机构箱行程开关与机械限位装置不当所致。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，其特征在于，双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法基于合闸行程曲线，合闸行程曲线设于十字坐标系，其中横坐标系数为合闸过程中操作杆的转动角度，其中纵坐标系数为合闸过程中操作杆的力矩；
首先根据正常动作的双柱水平开启式隔离开关构建合闸行程曲线，得到正常行程曲线的相应数据；
根据合闸力矩的变化趋势划分区段，包括：
触头行程过程的平滑区间段x∈[α0，α1]；
触头接触过程的小波峰区段x∈[α1，α2]；
触头啮合过程的大波峰区段x∈[α2，α3]；
在待测双柱水平开启式隔离开关合闸过程中，测量合闸过程中的操作杆转动角度与操作杆力矩数据，绘制实测合闸行程曲线；
在上述基础之上，定义相似度系数R如下：
设实测合闸行程曲线与正常行程曲线分别为序列X(k)和序列Y(k)，k＝0，1，…，N-1，其中X(k)、Y(k)为实数，N为采样点数；
计算这两个序列的标准方差：
Figure FDA0002623036280000011
计算这两个序列的协方差：
Figure FDA0002623036280000012
计算这两个序列的归一化协方差系数：
Figure FDA0002623036280000013
计算相似度系数R：
Figure FDA0002623036280000014
对于处于转动角度α0至α1之间的行程阶段，将该范围内的实测合闸行程曲线与正常行程曲线进行相似性比对，如果相似度系数小于R1，R1取值为2.0，则判断为双柱水平开启式隔离开关在行程阶段中存在卡涩缺陷；
对于处于转动角度α1至α2之间的接触阶段，将该范围内的实测曲线与正常行程曲线进行相似性比对，如果相似度系数小于R2，R2取值为1.5，则判断双柱水平开启式隔离开关在接触阶段存在三相不同期缺陷；
对于处于转动角度α2至α3之间的啮合阶段，如果该范围内的实测曲线的终止力矩超过行程阶段的平均力矩的R3倍，R3取值为1.3，则判断为双柱水平开启式隔离开关在啮合阶段中存在合闸超程缺陷。
2.根据权利要求1所述一种双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，其特征在于，所述正常行程曲线构建方法为：根据待诊断双柱水平开启式隔离开关构建有限元模拟仿真，并基于水平开启式隔离开关有限元模型的仿真合闸过程获得正常行程曲线。
3.根据权利要求1所述一种双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，其特征在于，所述正常行程曲线构建方法为：测量正常动作的双柱水平开启式隔离开关的合闸行程曲线，得到正常行程曲线。
4.根据权利要求1所述一种双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，其特征在于，所述正常行程曲线构建方法为：对正常动作的双柱水平开启式隔离开关的合闸行程曲线进行理论推导，得到正常行程曲线。
5.根据权利要求1所述一种双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，其特征在于其诊断范围处于转动角度α2至α3之间的啮合阶段，将该范围内的实测曲线的终止角度与正常行程曲线的终止角度比对，如果实测角度小于正常行程角度超过R4，R4取值为3°，判断为双柱水平开启式隔离开关在啮合阶段中存在合闸欠程缺陷。
6.根据权利要求1所述一种双柱水平开启式隔离开关合机械缺陷诊断方法，其特征在于其诊断范围处于转动角度α2至α3之间的啮合阶段，将该范围内的实测曲线的终止角度与正常行程曲线的终止角度比对，如果实测角度大于正常行程角度超过R5，R5取值为3°，判断为双柱水平开启式隔离开关在啮合阶段中存在合闸超程缺陷。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113189480A (zh) * 2021-04-22 2021-07-30 西安交通大学 一种隔离开关合闸/分闸过程中的故障诊断方法及装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113189480A (zh) * 2021-04-22 2021-07-30 西安交通大学 一种隔离开关合闸/分闸过程中的故障诊断方法及装置

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