曹丽云 李刚 宋俊国 刘承燕 张磊 张雄
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摘要：近年来社会用电需求的增大，高压断路器在输、配电网中起着重要的保护和控制作用。由于高压断路器运行工况复杂，影响因素众多，使得每种故障状态的发生都有多方面的成因。一方面，多类故障特征信号可能对应同一故障；另一方面，一类特征信号也可能反映不同故障。并且，多类故障之间可能存在不相容的情况。由此可见，多类故障之间的不相容性和故障的多样性、复杂性一样，是高压断路器诊断的重点与难点。注意到现有高压断路器诊断方法多偏重于故障的多样性、复杂性特性，而忽略了不同类别故障之间的不相容性。本文就高压断路器故障针对的一种多极新方法资料探讨。
关键词：多极模糊；高压断路器；故障诊断
引言
在控、配电系统中，高压断路器故障是造成非预期性停电事件的主要原因。因此，对高压断路器进行实时监测和故障诊断，既是对断路器情况预期了解的前提，又是增强控、配电稳固性的必经之路。长时间以来，工作人员在高压断路器预先检修中只是盲目性的对设备进行解体和拆装，不仅费时费力，还影响仪器寿命。电力仪器的检查和诊断根据高压断路器实际运行情况，由预先兼修变为即时检修，在线即时诊断的出现势在必行。
1电流信号机理分析
在高压断路器的运行过程中，通过监测分合闸线圈电流的变化，可以间接了解铁心的状态变化。通过分析线圈电流的特征，可以充分了解铁心的工作情况，以及弹簧操作机构的部分运行状态，为高压断路器的故障防范和检修计划提供一个辅助判断。图1所示即为典型的分合闸线圈电流信号曲线，该曲线分为4个阶段。0-T1：0时刻，线圈开始通电，电流呈指数上升，在此过程中，电流产生的电磁力逐渐增强；到T1时刻电流达到第一个波峰，此时电流产生的电磁力大于铁心所受的外界阻力，铁心开始运动。该阶段可以反映线圈电压、回路电阻以及铁心是否卡滞等情况。T1-T2：T1以后，铁心开始运动，此时线圈电流减小，到T2时刻，电流达到最小值。在此过程中铁心的速度急剧降低，到T2时刻，铁心撞击锁扣/脱扣装置，然后停止运动。此阶段可以反映铁心运动卡涩情况和脱口失灵等故障。T2-T3：T2时刻铁心停止运动后，传动机构的锁扣被打开，此阶段电流持续上升，动触头开始动作，分闸弹簧开始分闸；到T3时刻，电流达到峰值。该阶段可以反映传动机构的运动状态。T3-T4：T3时刻动静触头完全分离，辅助开关断开，切断线圈电源，触头间产生电弧，电弧电压在短时间内急剧增加，这直接导致电流急剧减小；T4时刻，电流减小为0。该阶段的电流曲线可以反映辅助开关是否存在故障。
图1典型分合闸线圈电流曲线
2高压断路器故障诊断系统软件设计
现场监测仪软件设计。现场监测仪中的数据搜集单元Agent利用不同传感器搜集高压断路器的某一运转动作数据，故障分析Agent通过简易的操作方法进一步处理搜集到的信息数据，并从中提取固有的特征数据，之后再依据预先设置好的应用规则，对高压断路器发生的任何故障进行初始化诊断。现场监测仪软件的具体运转发生在主控制芯片单元TMS920F2108单片机内。现场监测仪软件主要采取的是计算机C语言编程，软件开发利用环境则是CCS4.3。现场监测仪在恢复电路之后，单片机最先开始实现各个参数值的模拟化，并对系统进行自我更新和检查，以便确定系统是否在正常运转。然后现场监测仪会依据开关量判断高压断路器能否照常运转，一旦高压断路器没有正常运转，会进入自我检查和更新状态。由于监测仪分析Agent的数据处理单位程序内是利用中断触发点的方式，因此之后主程序会自主进入初始化程序处理故障，通过初始化程序中的每一个内部程序执行和完成故障数据的处理。（2）组建振动信号采集系统。振动信号搜集系统主要有信号搜集模块、信号转换模块、信号处理模块以及可以及时更新和上传数据的上位系统。搜集轨道会将搜集到的处理信号通过转换电源变换为0～10V信号，之后再上传至转换模块内，转换成功后显示的振动信号必须经过转换电路使其电压降为4.4V的振动信号，上传至信号处理模块[7]。信号处理模块对信号进行初始化处理以后，会进一步利用RS985传感器上传至上位机，通过上位机对信号进行传输和更新。
3案例分析
文中主要考虑3种故障状态：拒动故障状态、误动故障状态和开断与关合故障状态，依靠检测信号文中从机械方面原因和电气方面原因这两方面独立分析故障，即k取2，最终诊断出高压断路器处于何种故障状态。其中3名专家的权重w={0.2，0.3，0.5}，6种检测信号X={x1，x2，x3，x4，x5，x6}、3种故障状态Y={y1，y2，y3}，其中x1为分合闸线圈；y1为拒动故障状态；x2为储能电机线圈；y2为误动故障状态；x3为动触头的运动特性；y3为开断与关合故障；x4为触头信息；x5为断路器主体振动；x6为绝缘。步骤如下：（1）3名专家根据检测信号高压对断路器可能出现的3种故障状态进行评估，结果见表1-3。考虑了专家权重后运用加权算术算子综合专家意见结果见表4。利用多极熵值法确定不同检测信号的权重，最终检测信号的权重为：ω={0.2062，0.3038，0.0643，0.3926，0.0232，0.0099}。（3）按照式
，
确定正理想解和负理想解，分别为：f*j={（0.55，0.65），（0.55，0.99），（0.77，0.58）}；fΔj={（0.23，0.12），（0.23，0.12），（0.22，0.22）}。（4）分别计算Sj、Rj和Qj的值：S1=0.3921，S2=0.5464，S3=0.5883；R1=0.2252，R2=0.2757，R3=0.3926；Q1=0，Q2=0.544，Q3=1。（5）文中有3种状态，J=3，满足Q2-Q1≥1/2，经过计算得到的Q值排名第一的状态所对应的R值和S值排序为最优方案，即同时满足条件1、2，所以Q值越小所对应的状态可能性最高。故最终诊断结果为高压断路器处于拒动故障状态。
结语
目前所开展的故障诊断方法的研究，都是在有限样本上进行的。换句话说，所得到的准确率只对试验样本有效。如果进一步增加试验次数，新样本的识别准确率并不一定能够得到保证。特别是，实际故障的严重程度差异很大，要保证准确识别，必须要提高诊断方法的完备性。要保证诊断方法的完备性，也就是要保证实际应用中诊断的准确率满足工程要求，需要深入探索自主诊断方法。这种方法应该具备自我学习和自主完善的能力，能够利用多信息融合技术实现故障诊断，不简单地依赖于单一的信号或单一的特征，而是充分利用各类信号对不同故障的敏感度，在发现新的故障类型或信号特征时能够自动或经过简单人工干预后补充、完善到诊断算法当中。
参考文献：
[1]罗时聪高压断路器电弧电压测量的导体附加压降消除方法[J].高压电器，2017.
[2]齐贺.基于多传感器振动信号融合的真空断路器故障诊断[J].高压电器，2017.
论文作者:曹丽云,李刚,宋俊国,刘承燕,张磊,张雄
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第21期
论文发表时间:2019/7/9
标签：断路器论文; 故障论文; 高压论文; 信号论文; 电流论文; 铁心论文; 状态论文; 《建筑模拟》2019年第21期论文;