一種用于高壓斷路器故障診斷的振動(dòng)檢測裝置設計

        摘要：本文設計了一種振動(dòng)檢測裝置，該裝置基于電磁變化與感應原理，結合機械結構的合理設計，實(shí)現了對機械振動(dòng)信號的短時(shí)檢測。實(shí)驗證明：本裝置工作性能可靠，檢測精度高，可運用于中型及大型高壓斷路器的故障診斷系統，為系統提供振動(dòng)模態(tài)。

　　引言

　　高壓斷路器是電力系統中重要、典型的電氣設備，有著(zhù)巨大的市場(chǎng)需求和容量，斷路器發(fā)生故障造成的損失，遠超出其本身的價(jià)值。有關(guān)統計表明，變電站維護費用的一半以上是用在高壓斷路器上，而其中60% 又是用于斷路器的小修和例行檢修上，而且斷路器的解體修理既費時(shí)間，費用也很高，另外解體和重新裝配會(huì )引起很多新的缺陷?？梢?jiàn)，高壓斷路器可靠性的提高、維修費用的降低，對電力設備產(chǎn)業(yè)將會(huì )有非常明顯的帶動(dòng)與促進(jìn)作用，并將推動(dòng)機械制造業(yè)、檢測儀表業(yè)等相關(guān)行業(yè)的飛速發(fā)展，克服高壓斷路器定期檢修的盲目性，從現行的計劃檢修向故障預測檢修轉變已成為必然趨勢。利用振動(dòng)分析對發(fā)電機和感應電動(dòng)機等大型連續旋轉設備進(jìn)行故障診斷，國內外已有大量的研究成果和應用實(shí)例。振動(dòng)指紋分析在高壓斷路器中的應用尚處于探索階段，但國內外學(xué)者普遍認為該方法是極具潛力的一種新的研究思路。

　　1 基于振動(dòng)分析結合人工免疫算法的高壓斷路器故障診斷、預測系統介紹

　　一般來(lái)說(shuō)，斷路器發(fā)生故障都是由兩方面原因造成的，一方面是電氣故障，另一方面是機械故障[1]。高壓斷路器分、合閘操作時(shí)，產(chǎn)生的一系列振動(dòng)信號中含有設備工作狀態(tài)信息，且對同一位置相同情況下的操作，高壓斷路器的振動(dòng)信號具有重復性和獨特性，所以目前高壓斷路器的故障診斷方法大多以振動(dòng)信號為特征信號。實(shí)驗已經(jīng)表明同類(lèi)型的斷路器動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)信號相似，這就使通過(guò)比較同種類(lèi)型不同斷路器的振動(dòng)信號檢測斷路器故障成為可能，使基于振動(dòng)信號所進(jìn)行的斷路器狀態(tài)檢測和故障診斷推廣性與實(shí)用性得到進(jìn)一步提高[2]。

　　針對電力系統中高壓斷路器的故障診斷、預測，筆者提出了一種針對不同斷路器的機械特性和振動(dòng)信號的特點(diǎn)，通過(guò)選用適合的振動(dòng)檢測裝置及其它外圍電路，利用上位計算機和下位機(信息采集卡)的數據處理能力，采取必要的、有效的抗干擾算法，提取振動(dòng)信號，然后采用人工免疫算法，對高壓斷路器振動(dòng)指紋信號進(jìn)行識別，實(shí)現高壓斷路器故障診斷、預測的有效可行的系統設計方法[3]。本系統能及時(shí)了解斷路器的工作狀態(tài)和缺陷的部位，減少過(guò)早或不必要的停電試驗和檢修，減少維護工作量，降低維修費用，提高檢修的針對性，可顯著(zhù)提高電力系統可靠性。

　　在系統設計實(shí)現時(shí)，短時(shí)機械振動(dòng)檢測又是其核心檢測內容。目前，振動(dòng)檢測多用壓電式加速度傳感器，背景噪聲較大，且壓電材料的輸出對溫度的響應除受材料本身特性影響之外，也受到生產(chǎn)工藝的直接影響，故壓電式加速度傳感器的輸出對環(huán)境溫度較敏感，靈敏度溫度系數通常為0.02%～0.5%/℃;另外，盡管壓電式加速度傳感器測量量程范圍較大，但由于是測量振動(dòng)的加速度值，在相同的位移幅值條件下，加速度值與信號的頻率平方成正比，不同頻段的加速度信號大小相差甚大，大型結構的低頻振動(dòng)的振動(dòng)量的加速度值可能會(huì )相當小，故低頻時(shí)傳感器的信噪比會(huì )顯著(zhù)下降;而且由于壓電材料自身特性，傳感器在測試時(shí)具有明顯的方向性，不可避免地對橫向振動(dòng)也產(chǎn)生輸出信號，這些因素使得壓電式加速度傳感器的測量精度有限。最常用的振動(dòng)測量壓電式加速度計靈敏度，電壓輸出型(IEPE型)為50~100mV/g，電荷輸出型為10~50pC/g。

　　為了解決“基于振動(dòng)分析結合人工免疫算法的高壓斷路器故障診斷、預測系統”設計中提出的高壓斷路器振動(dòng)信號提取的現有技術(shù)問(wèn)題，本文設計了一種短時(shí)機械振動(dòng)檢測裝置，該裝置基于電磁變化與感應原理，結合機械結構的合理設計，實(shí)現振動(dòng)信號檢測功能。