CN104215901B - 一种高压断路器弧触头故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压断路器弧触头故障诊断方法，包括如下步骤：初始化参考特征量；获取待诊断的高压断路器弧触头动态电阻‑行程曲线，获取该曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积作为待诊断特征量；将待诊断特征量和预设参考特征量进行比较，根据比较结果对高压断路器弧触头的状态进行诊断并输出诊断结果。本发明通过将动态电阻‑行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积作为待诊断特征量，将弧触头烧损状态、接触位置对应起来，能准确直观的诊断出断路器弧触头受到烧损的程度，为评价断路器灭弧室状态和制定断路器检修决策提供依据，具有诊断准确度高、检测速度快、检测方便快捷、不需拆卸待诊断的高压断路器、节约人力与物力的优点。
Description
技术领域
本发明涉及高压断路器故障检测技术，具体涉及一种高压断路器弧触头故障诊断方法，该方法用于对高压断路器弧触头受电弧烧损的程度做出判断，以诊断高压断路器弧触头是否已达到缺陷状态。
背景技术
高压断路器是保证电网安全稳定运行最为重要的控制和保护设备，其在电网中数量庞大且结构极为复杂。断路器触头由主触头与弧触头并联组成，由于弧触头长于主触头，断路器在分闸过程中弧触头后于主触头分开。弧触头分开后动、静弧触头之间由于电场作用产生电弧。断路器每次开断负荷或短路电流时,产生的电弧都会对弧触头造成烧损，而弧触头烧损会直接影响到断路器的开断能力与电寿命，可见弧触头状态对断路器性能有着至关重要的影响。
目前国内对断路器触头状态的检测方法通常是测量其回路电阻，即触头静态接触电阻，主要反应断路器主触头的静态接触状态。近年来，国内对断路器动态电阻测量开始进行了一定程度的研究，断路器动态电阻可以反应弧触头的动态接触状态。但是，目前断路器动态电阻的研究主要集中测试仪器领域，对于测试结果的评价方法研究尚未见到，故对研究断路器弧触头状态评价方法，对断路器动态接触状态进行诊断有着重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对断路器在开断短路电流时，断路器弧触头电弧烧损造成开断电流的能力下降的情况，提供一种诊断准确度高、检测速度快、检测方便快捷、不需要拆卸待诊断的高压断路器、节约人力与物力的高压断路器弧触头故障诊断方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高压断路器弧触头故障诊断方法，包括如下步骤：
1）初始化设置参考特征量；
2）获取待诊断的高压断路器弧触头的动态电阻-行程曲线，所述动态电阻-行程曲线包含待诊断的高压断路器弧触头动作的行程、弧触头在该行程位置对应的接触电阻之间的映射关系；获取所述动态电阻-行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积作为待诊断特征量，所述分闸过程弧触头接触阶段指主触头开始分开到弧触头完全分开的时间区域；
3）将所述待诊断特征量和预设参考特征量进行比较，根据比较结果对高压断路器弧触头的故障状态进行诊断并输出诊断结果。
优选地，所述步骤2）中获取待诊断的高压断路器弧触头的动态电阻-行程曲线的详细步骤包括：
2.1）在待诊断的高压断路器上固定用于检测弧触头连杆转轴转动角度的角速度传感器；
2.2）向待诊断的高压断路器施加直流试验电流激励，并控制待诊断的高压断路器进行合分闸动作，通过动态电阻测试仪在合分闸动作过程中采样角速度传感器输出的角速度信号、待诊断的高压断路器的电流信号以及电压信号；
2.3）将每一个采样时刻的角速度信号转换为待诊断的高压断路器的行程，根据每一个采样时刻的电流信号和电压信号计算出该采样时刻待诊断的高压断路器的接触电阻，根据各个采样时刻对应的待诊断的高压断路器的行程、待诊断的高压断路器的接触电阻生成待诊断的高压断路器弧触头的动态电阻-行程曲线，所述动态电阻-行程曲线包含待诊断的高压断路器弧触头动作的行程、弧触头在该行程位置对应的接触电阻之间的映射关系。
优选地，所述步骤2） 中获取所述动态电阻-行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积具体是指：提取所述动态电阻-行程曲线中主触头开始分开到弧触头完全分开的过程的子曲线，将所述子曲线中的各个坐标点采用MATLAB软件中的一维插值与梯形积分函数计算，得到所述动态电阻-行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积。
优选地，所述步骤1）的详细步骤包括：
1.1）在与待诊断的高压断路器同型号的参考高压断路器上固定用于检测弧触头连杆转轴转动角度的角速度传感器；
1.2）向参考高压断路器施加直流试验电流激励，并控制参考高压断路器进行合分闸动作，通过动态电阻测试仪在合分闸动作过程中采样角速度传感器输出的角速度信号、参考高压断路器的电流信号以及电压信号；
1.3）将每一个采样时刻的角速度信号转换为参考高压断路器的行程，根据每一个采样时刻的电流信号和电压信号计算出该采样时刻参考高压断路器的接触电阻，根据各个采样时刻对应的参考高压断路器的行程、参考高压断路器的接触电阻生成参考高压断路器弧触头的动态电阻-行程参考曲线，所述动态电阻-行程参考曲线包含参考高压断路器弧触头动作的行程、弧触头在该行程位置对应的接触电阻之间的映射关系；
1.4）提取所述动态电阻-行程参考曲线中主触头开始分开到弧触头完全分开的过程的子曲线，将所述子曲线中的各个坐标点采用MATLAB软件中的一维插值与梯形积分函数计算，得到所述动态电阻-行程参考曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积，将所述动态电阻-行程参考曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积初始化设置为参考特征量。
优选地，所述步骤3）的详细步骤包括：
3.1）计算所述待诊断特征量、预设参考特征量之间的差值，判断所述差值与预设参考特征量的比值是否超过预设的正常范围值，如果未超出正常范围值，则判定待诊断的高压断路器的弧触头正常；否则，跳转执行步骤3.2）；
3.2）判断所述差值与预设参考特征量的比值是否小于第一故障诊断值，如果小于第一故障诊断值，则判定待诊断的高压断路器的弧触头需要加强监视，否则跳转执行步骤3.3）；
3.3）判断所述差值与预设参考特征量的比值是否小于第二故障诊断值，如果小于第二故障诊断值，则判定待诊断的高压断路器的弧触头需要修复，否则判定待诊断的高压断路器的弧触头需要更换。
优选地，所述正常范围值为0，所述第一故障诊断值为10%，所述第二故障诊断值为30%。
本发明高压断路器弧触头故障诊断方法具有下述优点：
1、本发明高压断路器弧触头故障诊断方法针对待诊断的高压断路器在开断短路电流时弧触头电弧烧损造成开断电流的能力下降的情况，因待诊断的高压断路器的合闸过程中触头振动过大，必然会掩盖了接触电阻的真实值，本发明通过获取待诊断的高压断路器弧触头的动态电阻-行程曲线，将动态电阻-行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积作为待诊断特征量和预设参考特征量进行比较，将高压断路器的弧触头烧损状态、弧触头接触位置（行程）对应起来，能够克服接触电阻的真实值不准确的问题，能够准确直观的诊断出断路器弧触头受到烧损的程度，为评价断路器灭弧室状态和制定断路器检修决策提供依据，具有诊断准确度高、检测速度快、检测方便快捷的优点。
2、本发明高压断路器弧触头故障诊断方法能够直接针对工位上安装的待诊断的高压断路器进行诊断以判断断路器灭弧室烧损状态，不需要拆卸待诊断的高压断路器，节约大量人力与物力。
附图说明
图1为本发明实施例的基本步骤的流程示意图。
图2为本发明实施例中得到的动态电阻-行程曲线。
图3为本发明实施例步骤3）包含步骤的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例高压断路器弧触头故障诊断方法，包括如下步骤：
1）初始化设置参考特征量；
2）获取待诊断的高压断路器弧触头的动态电阻-行程曲线，动态电阻-行程曲线包含待诊断的高压断路器弧触头动作的行程、弧触头在该行程位置对应的接触电阻之间的映射关系；获取动态电阻-行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积作为待诊断特征量，分闸过程弧触头接触阶段指主触头开始分开到弧触头完全分开的时间区域；
3）将待诊断特征量和预设参考特征量进行比较，根据比较结果对高压断路器弧触头的故障状态进行诊断并输出诊断结果。
本实施例通过将动态电阻-行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积作为待诊断特征量，动态电阻-行程曲线包含待诊断的高压断路器触头动作的行程、触头在该行程位置对应的接触电阻之间的映射关系，动态电阻-行程曲线能够反映分闸过程中触头动作的过程与触头每一接触位置对应的接触电阻，从动态电阻曲线中计算得出弧触头阶段包围面积并以此作为弧触头正常状态的标准值范围，高压断路器动态电阻曲线弧触头包围面积；最终将待诊断特征量和预设参考特征量进行比较，根据比较结果对高压断路器弧触头的故障状态进行诊断并输出诊断结果，便于对待诊断的高压断路器弧触头的烧损情况进行诊断并提供检修决策。本实施例得到的动态电阻-行程曲线如图2所示，其中x轴“触头行程”表示触头动作的行程，单位为mm；y轴为触头在该行程位置对应的接触电阻值，单位为μΩ，其中7.5mm行程的位置为主触头开始分开，25mm行程的位置为弧触头完全分开，因此本实施例将该动态电阻-行程曲线在7.5mm行程～25mm行程之间所包围的面积作为待诊断特征量。由于待诊断的高压断路器的合闸过程中触头振动过大，必然会掩盖了接触电阻的真实值，而本实施例获取动态电阻-行程曲线在分闸过程所包围的面积作为待诊断特征量，能够克服接触电阻的真实值不准确的问题，具有精确度高的优点。
本实施例中，步骤1）的详细步骤包括：
1.1）在与待诊断的高压断路器同型号的参考高压断路器上固定用于检测弧触头连杆转轴转动角度的角速度传感器；
1.2）向参考高压断路器施加直流试验电流激励，并控制参考高压断路器进行合分闸动作，通过动态电阻测试仪在合分闸动作过程中采样角速度传感器输出的角速度信号、参考高压断路器的电流信号以及电压信号；
1.3）将每一个采样时刻的角速度信号转换为参考高压断路器的行程，根据每一个采样时刻的电流信号和电压信号计算出该采样时刻参考高压断路器的接触电阻，根据各个采样时刻对应的参考高压断路器的行程、参考高压断路器的接触电阻生成参考高压断路器弧触头的动态电阻-行程参考曲线，动态电阻-行程参考曲线包含参考高压断路器弧触头动作的行程、弧触头在该行程位置对应的接触电阻之间的映射关系；
1.4）提取动态电阻-行程参考曲线中主触头开始分开到弧触头完全分开的过程的子曲线，将子曲线中的各个坐标点采用MATLAB软件中的一维插值与梯形积分函数计算，得到动态电阻-行程参考曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积，将所述动态电阻-行程参考曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积初始化设置为参考特征量。
本实施例生成动态电阻-行程参考曲线时，需要用到动态电阻测试仪、大容量蓄电池、角速度传感器。其中，大容量蓄电池用于向参考高压断路器施加直流试验电流激励，大容量蓄电池为参考高压断路器提供一较大的直流试验电流，角速度传感器用来获取参考高压断路器的角速度信号，动态电阻测试仪控制参考高压断路器进行合分闸动作，并将速度与电流、电压信号并将三者结合进行计算分析，得到的分闸过程的动态电阻-行程曲线，分离点前为主触头接触阶段，分离点后为弧触头接触阶段。分闸过程即主触头开始分开至弧触头完全分开的过程，弧触头包围面积为弧触头接触阶段电阻对行程的积分面积。
本实施例中，步骤2）中获取待诊断的高压断路器弧触头的动态电阻-行程曲线的详细步骤包括：
2.1）在待诊断的高压断路器上固定用于检测弧触头连杆转轴转动角度的角速度传感器；
2.2）向待诊断的高压断路器施加直流试验电流激励，并控制待诊断的高压断路器进行合分闸动作，通过动态电阻测试仪在合分闸动作过程中采样角速度传感器输出的角速度信号、待诊断的高压断路器的电流信号以及电压信号；
2.3）将每一个采样时刻的角速度信号转换为待诊断的高压断路器的行程，根据每一个采样时刻的电流信号和电压信号计算出该采样时刻待诊断的高压断路器的接触电阻，根据各个采样时刻对应的待诊断的高压断路器的行程、待诊断的高压断路器的接触电阻生成待诊断的高压断路器弧触头的动态电阻-行程曲线，动态电阻-行程曲线包含待诊断的高压断路器弧触头动作的行程、弧触头在该行程位置对应的接触电阻之间的映射关系。
本实施例生成动态电阻-行程曲线与前述生成动态电阻-行程参考曲线相同，同样也需要用到动态电阻测试仪、大容量蓄电池、角速度传感器，在此不再赘述。不同点为生成动态电阻-行程曲线的标的为待诊断的高压断路器，生成动态电阻-行程参考曲线的标的为参考高压断路器，参考高压断路器为全新与待诊断的高压断路器同型号的高压断路器，从而能够对待诊断的高压断路器提供精确可靠的参考数据。
本实施例中，步骤2） 中获取动态电阻-行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积具体是指：提取动态电阻-行程曲线中主触头开始分开到弧触头完全分开的过程的子曲线，将子曲线中的各个坐标点采用MATLAB软件中的一维插值与梯形积分函数计算，得到动态电阻-行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积。通过利用MATLAB软件中的一维插值与梯形积分函数计算动态电阻-行程曲线在分闸过程中所包围的面积，输入MATLAB中的数据为从动态电阻-行程曲线上提取出的离散点（坐标点）值，具有计算速度快、使用方便的优点。
如图3所示，步骤3）的详细步骤包括：
3.1）计算待诊断特征量、预设参考特征量之间的差值，判断差值与预设参考特征量的比值是否超过预设的正常范围值，如果未超出正常范围值，则判定待诊断的高压断路器的弧触头正常；否则，跳转执行步骤3.2）；
3.2）判断差值与预设参考特征量的比值是否小于第一故障诊断值，如果小于第一故障诊断值，则判定待诊断的高压断路器的弧触头需要加强监视，否则跳转执行步骤3.3）；
3.3）判断差值与预设参考特征量的比值是否小于第二故障诊断值，如果小于第二故障诊断值，则判定待诊断的高压断路器的弧触头需要修复，否则判定待诊断的高压断路器的弧触头需要更换。
如图3所示，本实施例中正常范围值为0，第一故障诊断值为10%，第二故障诊断值为30%。因此，根据步骤3.1）～3.3），本实施例可以分为如下诊断区间：
[-100%，0]：高压断路器的弧触头处于正常状态。
(0，10%]：高压断路器的弧触头处于一般状态，需要加强监视。
(10%，30%]：高压断路器的弧触头处于异常状态，需要修复。
(30%，∞)：高压断路器的弧触头处于严重烧毁状态，需要更换。
基于上述诊断区间，能够实现对待诊断的高压断路器的精确诊断，通过对多个不同故障的高压断路器样本使用本实施例高压断路器弧触头故障诊断方法进行试用，本实施例具有较高的精确度，效果良好、使用方便，完全能够达到设计要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种高压断路器弧触头故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤：
1）初始化设置参考特征量；
2）获取待诊断的高压断路器弧触头的动态电阻-行程曲线，所述动态电阻-行程曲线包含待诊断的高压断路器弧触头动作的行程、弧触头在该行程位置对应的接触电阻之间的映射关系；获取所述动态电阻-行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积作为待诊断特征量，所述分闸过程弧触头接触阶段指主触头开始分开到弧触头完全分开的时间区域；
3）将所述待诊断特征量和预设参考特征量进行比较，根据比较结果对高压断路器弧触头的故障状态进行诊断并输出诊断结果。
2.根据权利要求1所述的高压断路器弧触头故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2）中获取待诊断的高压断路器弧触头的动态电阻-行程曲线的详细步骤包括：
2.1）在待诊断的高压断路器上固定用于检测弧触头连杆转轴转动角度的角速度传感器；
2.2）向待诊断的高压断路器施加直流试验电流激励，并控制待诊断的高压断路器进行合分闸动作，通过动态电阻测试仪在合分闸动作过程中采样角速度传感器输出的角速度信号、待诊断的高压断路器的电流信号以及电压信号；
2.3）将每一个采样时刻的角速度信号转换为待诊断的高压断路器的行程，根据每一个采样时刻的电流信号和电压信号计算出该采样时刻待诊断的高压断路器的接触电阻，根据各个采样时刻对应的待诊断的高压断路器的行程、待诊断的高压断路器的接触电阻生成待诊断的高压断路器弧触头的动态电阻-行程曲线，所述动态电阻-行程曲线包含待诊断的高压断路器弧触头动作的行程、弧触头在该行程位置对应的接触电阻之间的映射关系。
3.根据权利要求2所述的高压断路器弧触头故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2）中获取所述动态电阻-行程曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积具体是指：提取所述动态电阻-行程曲线中主触头开始分开到弧触头完全分开的过程的子曲线，将所述子曲线中的各个坐标点采用MATLAB软件中的一维插值与梯形积分函数计算，得到所述动态电阻-行程曲线在分闸过程中弧触头接触阶段包围的面积。
4.根据权利要求3所述的高压断路器弧触头故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1）的详细步骤包括：
1.1）在与待诊断的高压断路器同型号的参考高压断路器上固定用于检测弧触头连杆转轴转动角度的角速度传感器；
1.2）向参考高压断路器施加直流试验电流激励，并控制参考高压断路器进行合分闸动作，通过动态电阻测试仪在合分闸动作过程中采样角速度传感器输出的角速度信号、参考高压断路器的电流信号以及电压信号；
1.3）将每一个采样时刻的角速度信号转换为参考高压断路器的行程，根据每一个采样时刻的电流信号和电压信号计算出该采样时刻参考高压断路器的接触电阻，根据各个采样时刻对应的参考高压断路器的行程、参考高压断路器的接触电阻生成参考高压断路器弧触头的动态电阻-行程参考曲线，所述动态电阻-行程参考曲线包含参考高压断路器弧触头动作的行程、弧触头在该行程位置对应的接触电阻之间的映射关系；
1.4）提取所述动态电阻-行程参考曲线中主触头开始分开到弧触头完全分开的过程的子曲线，将所述子曲线中的各个坐标点采用MATLAB软件中的一维插值与梯形积分函数计算，得到所述动态电阻-行程参考曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积，将所述动态电阻-行程参考曲线在分闸过程弧触头接触阶段包围的面积初始化设置为参考特征量。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的高压断路器弧触头故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3）的详细步骤包括：
3.1）计算所述待诊断特征量、预设参考特征量之间的差值，判断所述差值与预设参考特征量的比值是否超过预设的正常范围值，如果未超出正常范围值，则判定待诊断的高压断路器的弧触头正常；否则，跳转执行步骤3.2）；
3.2）判断所述差值与预设参考特征量的比值是否小于第一故障诊断值，如果小于第一故障诊断值，则判定待诊断的高压断路器的弧触头需要加强监视，否则跳转执行步骤3.3）；
3.3）判断所述差值与预设参考特征量的比值是否小于第二故障诊断值，如果小于第二故障诊断值，则判定待诊断的高压断路器的弧触头需要修复，否则判定待诊断的高压断路器的弧触头需要更换。
6.根据权利要求5所述的高压断路器弧触头故障诊断方法，其特征在于：所述正常范围值为0，所述第一故障诊断值为10%，所述第二故障诊断值为30%。
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