高壓斷路器故障信號分析

李云 傅成華 吳浩

【摘要】簡述高壓斷路器發生故障的可能情況，詳細闡述了四種用于監測高壓斷路器運行狀況信號的優缺點，介紹了用于信號處理的經驗模態分解、支持向量機和神經網絡方法，主張通過多信號信息融合處理故障診斷，對四種主要的信號融合方法進行了描述。對高壓斷路器故障診斷現有的發展和問題做了幾點說明，并對它以后的發展方向做出了考慮。

【關鍵詞】高壓斷路器；機械信號

1 引言

在系統一次設備中，高壓斷路器是控制和保護的關鍵設備，在檢修維護中，工作量較大，對于斷路器來說，機械故障是主要故障。故障診斷信號類型有四種：電流信號、振動信號、位移信號和聲波信號，這些信號在檢測不同的故障中各有優劣勢，相比較而言，振動信號研究的比較廣泛，應用較多；聲波信號易受干擾，對應的信號提取設備有待提高；電流信號和位移信號在某些故障診斷方面，信號特征表現比較明顯。綜合利用這些方法處理的信號，能得到比較精確的結果。

監測高壓斷路器信號大概有四種，分別是電流、振動、位移和聲波，通過對這四種信號的處理來確定斷路器的狀態。對于不同類型的斷路器，不同種類的信號和檢測對象的差異，檢測的結果會有些偏差甚至完全不同。按照一般思維，將幾種信號結合起來使用，檢測結果會更準確。

2.1 電流信號

如果測量開關動作，將電流傳感器串接在電源的電氣回路上，當有電流流過分合閘線圈時，通過分析傳感器電流波形，可診斷很多操動機構機械故障，具體可以反映鐵芯卡滯、鐵芯行程、分合閘輔助接點的狀態、線圈狀態和轉換時間等，根據波形分析機械狀態，預測斷路器拒動、誤動等情況。圖1是分閘時的振動位移和線圈電流變化過程。

圖1：分閘操作時的測試波形

2.2 振動信號

振動信號含有豐富的斷路器機械狀態信息，比如螺絲松動、觸頭磨損、傳動機構，都能通過這些狀態信息反映出來。斷路器的機械狀態改變會導致振動信號變化，即使是一些細微的變化，也能夠從振動信息中發現，所以，可以通過機械振動的情況了解結構動作時間和狀態，判斷機構運動的過程。研究表明，更換或者微小移動加速度傳感器，對結果沒有很大的影響，因此，我們可以在信噪比較高或者振動較強的位置安裝加速度傳感器，然后根據得到的信號分析動作的特性。

振動診斷的方法能實現斷路器非侵入式監測，對斷路器無任何影響，很好的解決了高壓隔離的問題。振動信號具有高速度和高強度沖擊的特點，受電磁干擾嬌小，其采集沒有涉及到電氣測量，沒有周期性，有瞬時非平穩的特點。因此，相比較其他的方式，振動診斷是比較合適的高壓斷路器監測方式。

2.3 位移信號

位移信號即行程-時間曲線，通過對觸頭的行程-時間曲線的分析，可得到斷路器分、合閘速度，以及其他相關的絕緣特性和機械特性，比如各點的時刻、速度和推動阻力等，進而分析判斷出機械的運動狀況，例如生銹、疲勞老化、變形、磨損等，均可以從曲線特性中反映出來。

位移傳感器一般安裝在觸頭或觸頭的絕緣拉桿下，安裝方便，并且不影響斷路器的正常工作，當然，不僅僅在觸頭或其附近安裝位移傳感器，也可以在一些需要測量速度的運動部件安裝絕對位移傳感器，它能正確的反應機械特性，并且適應能力較強。圖2是合閘時的行程-時間特性曲線。

圖2：斷路器合閘時行程時間特性曲線

2.4 聲波信號

聲波也是一種信號，含有豐富的機械狀態信息，通過對聲波信號有目的的處理，可以得到我們所需要的信息。斷路器本身結構比較復雜，封閉性較強，安裝超聲波傳感器對斷路器影響不大，并且它的發射和接收都是開關信號，沒有模擬信號和A/D轉換環節，使結果更穩定、準確。當然，在工作過程中，有很多聲音干擾，這方面的研究也較少，所以用于分析的樣本數據很少，使得聲波信號的推廣受到限制。圖3是分閘時，當拐臂潤滑不足時的聲波信號。

圖3：分閘聲波信號

3 小結

高壓斷路器的種類、型號、使用環境不同，導致故障的情況比較復雜，隨著行業的發展，對斷路器的重視和要求都有提高，這需要我們不斷的研究。不同的信號形式，其特征有較大差別，對不同環境、不同故障和不同監測對象，其效果不一，故我們需要研究各種信號，取長補短，更好的達到現實要求。

參考文獻：

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