CN214895668U - 有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，属于高电压与故障诊断技术领域，以解决变压器有载分接开关定位其发生的故障类型及部位时需要进行离线吊芯检查，费时又费力，预测性和前瞻性差的问题。有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，包括交流电源、故障模拟系统、在线监测系统；故障模拟系统包括金属油箱、静触头模拟装置、动触头模拟装置，在线监测系统包括加速度传感器、高频电流传感器、数据采集卡。本实用新型通过故障模拟系统和在线监测系统的配合，模拟实际油浸式变压器有载分接开关的真实运行状态，将不同的运行环境下的有载分接开关模拟特征与信号进行关系对应，就可以轻松确定有载分接开关的故障类型。

Description

有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置

技术领域

本实用新型属于高电压与故障诊断技术领域，具体涉及有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置。

背景技术

有载分接开关故障是造成油浸式变压器在运行过程中发生故障的主要原因之一，有载分接开关的故障可分为机械故障和电气故障，而有载分接开关触头磨损故障是典型的机械故障，有载分接开关电弧放电故障是典型的电气故障，因有载分接开关的安全运行对变压器及电力系统正常运行的重要性，故有载分接开关的运行状态监测和故障诊断受到了电力行业的广泛关注。

有载分接开关在调压过程中，其动触头和静触头在热、电、机械振动等多种应力的作用下，逐步发生触头磨损并失去原有机械强度，导致触头切换滑档，引发油浸式变压器故障。对于油浸式变压器因有载分接开关故障而引发的各类事故屡见不鲜，给电力企业和用户造成了巨大的经济损失和一系列不好的社会影响。

对于有载分接开关触头磨损这一极具危害的机械故障的诊断，目前主要通过直接对变压器有载分接开关进行离线吊芯检查，准确定位其发生的故障类型及部位，进而消缺和排除故障。然而，当前对于有载分接开关的离线吊芯检查既费时又费力，且只能准确判断机械故障，不能准确判断电气故障的程度，所以，近年来对有载分接开关状态的在线监测，及其运行状态进行诊断的方法引起了电力行业从业人员的广泛关注。

基于以上技术问题，研发人员提出了一种有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，用来模拟变压器有载分接开关真实的运行状态，在不同的运行环境下监测其运行状态及特征信息，并对其进行记录、归类、分析，并将结果用于确定和预测有载分接开关的运行状态和故障类型，进而在提高故障诊断的效率的同时，通过对其预测状态的提前改善来减少有载分接开关故障发生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，以解决变压器有载分接开关定位其发生的故障类型及部位时需要进行离线吊芯检查，费时又费力，预测性和前瞻性差的问题。

为了解决以上问题，本实用新型技术方案为：

有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，包括交流电源、故障模拟系统、在线监测系统。

其中：故障模拟系统包括金属油箱、静触头模拟装置、动触头模拟装置；

金属油箱内装有矿物油，金属油箱上方设有导轨，导轨下方设有导轨支撑杆，导轨支撑杆位于金属油箱外，且固定不动；静触头模拟装置包括设置在金属油箱下部的绝缘底座和若干个成组设置的静触头，静触头设置在绝缘底座上方；

动触头模拟装置包括动触头和连接在其末端的弹簧；弹簧另一端设在动触头支撑杆下部；

在线监测系统包括加速度传感器、高频电流传感器、数据采集卡，数据采集卡一端分别与加速度传感器、高频电流传感器连接，数据采集卡另一端连接有计算机；

加速度传感器设在金属油箱外壁；高频电流传感器一端安装在静触头的回路上；高频电流传感器另一端与交流电源连接，交流电源另一端与静触头模拟装置连接。

进一步的，交流电源与静触头模拟装置之间设有空气开关。

进一步的，绝缘底座与金属油箱通过绝缘底座支撑杆连接；静触头与绝缘底座通过静触头支撑杆连接。

进一步的，加速度传感器和高频电流传感器均通过BNC连接线连接有恒流源适配器，恒流源适配器采用BNC连接线与数据采集卡连接。

进一步的，加速度传感器安装在金属油箱的外侧壁且水平位置上与静触头和动触头的位置平齐。

进一步的，金属油箱包括油箱本体和底座，油箱本体材质为金属铁，油箱底座材质为环氧树脂。

进一步的，矿物油采用克拉玛依25号矿物油。

以上有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤A、有载分接开关正常状态下的动触头、静触头相对运动模拟试验，包括以下环节：

（1）信号的产生：

接通交流电源，给有载分接开关静触头、导轨和有载分接开关动触头提供电能，通过动触头支撑杆在导轨上的移动，带动有载分接开关动触头与有载分接开关静触头相对运动，产生各触头在正常运行状态下的振动信号；

（2）信号的采集：

加速度传感器采集上一环节中各触头正常状态下的振动信号，经过恒流源适配器放大信号，通过数据采集卡将模拟信号转换为数字信号保存至计算机中；

有载分接开关动触头与有载分接开关静触头相对运动时产生电弧，高频电流传感器采集电弧放电产生的高频电流信号，经过恒流源适配器放大信号，通过数据采集卡将模拟信号转换为数字信号保存至计算机中；

（3）信息收集及处理：

通过多次试验与信号保存收集，可以获取以上模拟有载分接开关正常状态下的动触头、静触头的相对运动与各个数字信号之间的关联性，将其归类、分析，并将结果用于确定实际运行中有载分接开关在正常运行状态时发生的故障类型，且根据正常运行状态时参数预测实际运行中下一时段有载分接开关的运行;

当步骤A运行到有载分接开关正常状态与磨损状态的临界点时，进入步骤B;

步骤B、有载分接开关磨损状态下的动触头、静触头相对运动模拟试验，包括以下环节：

（1）信号的产生：

同样接通交流电源，给有载分接开关静触头、导轨和有载分接开关动触头提供电能，通过动触头支撑杆在导轨上的移动，带动有载分接开关动触头与有载分接开关静触头相对运动，产生各触头在磨损运行状态下的振动信号；

（2）信号的采集：

加速度传感器采集上一环节中各触头磨损状态下的振动信号，经过恒流源适配器放大信号，通过数据采集卡将模拟信号转换为数字信号保存至计算机中；

有载分接开关动触头与有载分接开关静触头相对运动时产生电弧，高频电流传感器采集电弧放电产生的高频电流信号，经过恒流源适配器放大信号，通过数据采集卡将模拟信号转换为数字信号保存至计算机中；

（3）信息收集及处理：

通过多次试验与信号保存收集，可以获取以上模拟有载分接开关磨损状态下的动触头、静触头的相对运动与各个数字信号之间的关联性，将其归类、分析，并将结果用于确定实际运行中有载分接开关在触头故障运行状态时发生的故障类型，且根据触头故障运行状态时参数预测实际运行中下一时段有载分接开关的运行状况以及可能发生的故障类型。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型通过故障模拟系统和在线监测系统的配合，模拟实际油浸式变压器有载分接开关的真实运行状态，配合电源开合与数据采集、处理，将不同的运行环境下的有载分接开关模拟特征与信号进行关系对应，是实际运行中，将采集到的有载分接开关状态信号反向比对有载分接开关模拟特征，就可以轻松确定有载分接开关的故障类型，且能预判其下一时段的运行状态和潜在故障，对于有载分接开关故障分析具有重要的意义。

（2）交流电源用于产生有载分接开关动触头与静触头间的电弧；空气开关用于保护电源安全；加速度传感器用于采集有载分接开关动、静触头切换时产生的振动信号；高频电流传感器用于采集有载分接开关动、静触头切换时出现的电弧所产生的高频电流信号；恒流源适配器用于给加速度传感器供电，并放大传感器采集到的信号；数据采集卡用于将模拟信号转换为数字信号；计算机用于实时显示波形及保存波形数据；矿物油用于散热、提高设备的绝缘强度、防潮、防氧化和灭弧；有载分接开关的动触头和静触头分别对应的模拟装置，用于模拟有载分接开关触头切换时产生的振动信号和电弧；导轨用于驱动有载分接开关的动触头模拟装置；导轨支撑杆用于固定导轨；所述金属油箱用于盛放矿物油，保证相关实验设备浸在油中。

（3）本实用新型通过导轨支撑杆带动动触头的移动，实现其与静触头的相对运动，很好的模拟了有载分接开关实际中的运行状态；加速度传感器与静触头和动触头齐平，便于信号采集；该系统整体结构实现简单，部件组装简便，容易推广。

（4）由于本实用新型试验系统配合试验方法操作便捷，试验数据可以大批量采集，准确统计到各种不同的有载分接开关模拟状态，相比传统的离线吊芯检查，不仅省去了大量人力物力，还能准确判断电气故障，大大减少有载分接开关故障判断失误的情形，且能提高故障诊断的效率。

附图说明

图1为有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置的结构示意图；

图2为有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置中有载分接开关静触头、动触头的结构示意图；

图3为有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置中有载分接开关动触头的结构示意图。

附图标记如下：11-交流电源；12-空气开关；13-加速度传感器；14-高频电流传感器；15-恒流源适配器；16-数据采集卡；17-计算机；21-矿物油；22-静触头模拟装置；23-导轨；24-动触头模拟装置；25-导轨支撑杆；26-金属油箱；221-绝缘底座支撑杆；222-绝缘底座；223-静触头支撑杆；224-静触头；241-动触头；242-弹簧。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

如图1-2所示，有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，包括交流电源11、故障模拟系统、在线监测系统。

其中：故障模拟系统包括金属油箱26、静触头模拟装置22、动触头模拟装置24；

金属油箱26包括油箱本体和底座，油箱本体材质为金属铁，油箱底座材质为环氧树脂，金属油箱26内装有矿物油21，矿物油21采用克拉玛依25号矿物油，金属油箱26上方设有导轨23，导轨23下方设有导轨支撑杆25，导轨支撑杆25位于金属油箱26外，且固定不动；静触头模拟装置22包括设置在金属油箱26下部的绝缘底座222和若干个成组设置的静触头224，静触头224设置在绝缘底座222上方；具体的：绝缘底座222与金属油箱26通过绝缘底座支撑杆221连接；静触头224与绝缘底座222通过静触头支撑杆223连接。

动触头模拟装置24包括动触头241和连接在其末端的弹簧242；弹簧242另一端设在动触头支撑杆243下部。

在线监测系统包括加速度传感器13、高频电流传感器14、数据采集卡16，数据采集卡16一端分别与加速度传感器13、高频电流传感器14连接，数据采集卡16另一端连接有计算机17；具体的：加速度传感器13和高频电流传感器14均通过BNC连接线连接有恒流源适配器15，恒流源适配器15采用BNC连接线与数据采集卡16连接。

加速度传感器13设在金属油箱26外壁；具体的：加速度传感器13安装在金属油箱26的外侧壁且水平位置上与静触头224和动触头241的位置平齐；高频电流传感器14一端安装在静触头224的回路上；高频电流传感器14另一端与交流电源11连接，交流电源11另一端与静触头模拟装置22连接，交流电源11与静触头模拟装置22之间设有空气开关12。

以上装置中：

有载分接开关的静触头模拟装置22和动触头模拟装置24的选型标准为：能够产生触头正常状态下的波形、触头磨损状态下的波形和触头切换过程中产生电弧时的波形等，至少满足以上3种波形，多则不限，可根据经济性原则选取。

以上静触头模拟装置22和动触头模拟装置24适配的静触头224和动触头241的材质均为紫铜。

金属油箱26包括油箱本体和底座，油箱本体用于实施触头磨损和电弧放电试验，油箱底座用于支撑油箱本体和导轨23，油箱本体材质为金属铁，油箱底座材质为环氧树脂。

静触头模拟装置22和动触头模拟装置24安装在金属油箱26中且完全浸没于矿物油液面下。

加速度传感器13宽为0.5Hz-8000Hz，输出阻抗大小为≤100Ω。

高频电流传感器14为50kHz-100MHz。

恒流适配器15通道数为4输入、4输出，带宽为1Hz-100kHz。

数据采集卡16的模拟输入为16路单端，量程为±10V模拟输入，采样率最高为250kS/s。

交流电源电压值为220V，频率为50Hz。

选型安装后，以上有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤A、有载分接开关正常状态下的动触头、静触头相对运动模拟试验，包括以下环节：

（1）信号的产生：

接通交流电源11，给有载分接开关静触头224、导轨23和有载分接开关动触头241提供电能，通过动触头支撑杆243在导轨23上的移动，带动有载分接开关动触头241与有载分接开关静触头224相对运动，产生各触头在正常运行状态下的振动信号。

（2）信号的采集：

加速度传感器13采集上一环节中各触头正常状态下的振动信号，经过恒流源适配器15放大信号，通过数据采集卡16将模拟信号转换为数字信号保存至计算机17中。

有载分接开关动触头241与有载分接开关静触头224相对运动时产生电弧，高频电流传感器14采集电弧放电产生的高频电流信号，经过恒流源适配器15放大信号，通过数据采集卡16将模拟信号转换为数字信号保存至计算机17中。

（3）信息收集及处理：

通过多次试验与信号保存收集，可以获取以上模拟有载分接开关正常状态下的动触头、静触头的相对运动与各个数字信号之间的关联性，将其归类、分析，并将结果用于确定实际运行中有载分接开关在正常运行状态时发生的故障类型，且根据正常运行状态时参数预测实际运行中下一时段有载分接开关的运行。

当步骤A运行到有载分接开关正常状态与磨损状态的临界点时，进入步骤B。

步骤B、有载分接开关磨损状态下的动触头、静触头相对运动模拟试验，包括以下环节：

（1）信号的产生：

同样接通交流电源11，给有载分接开关静触头224、导轨23和有载分接开关动触头241提供电能，通过动触头支撑杆243在导轨23上的移动，带动有载分接开关动触头241与有载分接开关静触头224相对运动，产生各触头在磨损运行状态下的振动信号。

（2）信号的采集：

加速度传感器13采集上一环节中各触头磨损状态下的振动信号，经过恒流源适配器15放大信号，通过数据采集卡16将模拟信号转换为数字信号保存至计算机17中。

有载分接开关动触头241与有载分接开关静触头224相对运动时产生电弧，高频电流传感器14采集电弧放电产生的高频电流信号，经过恒流源适配器15放大信号，通过数据采集卡16将模拟信号转换为数字信号保存至计算机17中。

（3）信息收集及处理：

通过多次试验与信号保存收集，可以获取以上模拟有载分接开关磨损状态下的动触头、静触头的相对运动与各个数字信号之间的关联性，将其归类、分析，并将结果用于确定实际运行中有载分接开关在触头故障运行状态时发生的故障类型，且根据触头故障运行状态时参数预测实际运行中下一时段有载分接开关的运行状况以及可能发生的故障类型。

Claims (7)

1.有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，其特征在于：包括交流电源（11）、故障模拟系统、在线监测系统；

所述故障模拟系统包括金属油箱（26）、静触头模拟装置（22）、动触头模拟装置（24）；

所述金属油箱（26）内装有矿物油，所述金属油箱（26）上方设有导轨（23），所述导轨（23）下方设有导轨支撑杆（25），所述导轨支撑杆（25）位于金属油箱（26）外，且固定不动；所述静触头模拟装置（22）包括设置在金属油箱（26）下部的绝缘底座（222）和若干个成组设置的静触头（224），所述静触头（224）设置在绝缘底座（222）上方；

所述动触头模拟装置（24）包括动触头（241）和连接在其末端的弹簧（242）；所述弹簧（242）另一端设在动触头支撑杆（243）下部；

所述在线监测系统包括加速度传感器（13）、高频电流传感器（14）、数据采集卡（16），所述数据采集卡（16）一端分别与加速度传感器（13）、高频电流传感器（14）连接，所述数据采集卡（16）另一端连接有计算机（17）；

所述加速度传感器（13）设在金属油箱（26）外壁；所述高频电流传感器（14）一端安装在静触头（224）的回路上；所述高频电流传感器（14）另一端与交流电源（11）连接，所述交流电源（11）另一端与静触头模拟装置（22）连接。

2.如权利要求1所述的有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，其特征在于：所述交流电源（11）与静触头模拟装置（22）之间设有空气开关（12）。

3.如权利要求1或2所述的有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，其特征在于：所述绝缘底座（222）与金属油箱（26）通过绝缘底座支撑杆（221）连接；所述静触头（224）与绝缘底座（222）通过静触头支撑杆（223）连接。

4.如权利要求3所述的有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，其特征在于：所述加速度传感器（13）和高频电流传感器（14）均通过BNC连接线连接有恒流源适配器（15），所述恒流源适配器（15）采用BNC连接线与数据采集卡（16）连接。

5.如权利要求1所述的有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，其特征在于：所述加速度传感器（13）安装在金属油箱（26）的外侧壁且水平位置上与静触头（224）和动触头（241）的位置平齐。

6.如权利要求1所述的有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，其特征在于：所述金属油箱（26）包括油箱本体和底座，油箱本体材质为金属铁，油箱底座材质为环氧树脂。

7.如权利要求1所述的有载分接开关触头磨损故障模拟试验装置，其特征在于：所述矿物油（21）采用克拉玛依25号矿物油。

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