一種用于高壓斷路器故障診斷的振動(dòng)檢測裝置設(shè)計(jì)

        摘要：本文設(shè)計(jì)了一種振動(dòng)檢測裝置，該裝置基于電磁變化與感應(yīng)原理，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)械振動(dòng)信號的短時(shí)檢測。實(shí)驗(yàn)證明：本裝置工作性能可靠，檢測精度高，可運(yùn)用于中型及大型高壓斷路器的故障診斷系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供振動(dòng)模態(tài)。

　　引言

　　高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要、典型的電氣設(shè)備，有著巨大的市場需求和容量，斷路器發(fā)生故障造成的損失，遠(yuǎn)超出其本身的價(jià)值。有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，變電站維護(hù)費(fèi)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(fèi)時(shí)間，費(fèi)用也很高，另外解體和重新裝配會引起很多新的缺陷。可見，高壓斷路器可靠性的提高、維修費(fèi)用的降低，對電力設(shè)備產(chǎn)業(yè)將會有非常明顯的帶動(dòng)與促進(jìn)作用，并將推動(dòng)機(jī)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(xiàn)行的計(jì)劃檢修向故障預(yù)測檢修轉(zhuǎn)變已成為必然趨勢。利用振動(dòng)分析對發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等大型連續(xù)旋轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行故障診斷，國內(nèi)外已有大量的研究成果和應(yīng)用實(shí)例。振動(dòng)指紋分析在高壓斷路器中的應(yīng)用尚處于探索階段，但國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)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(jié)合人工免疫算法的高壓斷路器故障診斷、預(yù)測系統(tǒng)介紹

　　一般來說，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(jī)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(shè)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(fù)性和獨(dú)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(yàn)已經(jīng)表明同類型的斷路器動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)信號相似，這就使通過比較同種類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(tǒng)中高壓斷路器的故障診斷、預(yù)測，筆者提出了一種針對不同斷路器的機(jī)械特性和振動(dòng)信號的特點(diǎn)，通過選用適合的振動(dòng)檢測裝置及其它外圍電路，利用上位計(jì)算機(jī)和下位機(jī)(信息采集卡)的數(shù)據(jù)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(xiàn)高壓斷路器故障診斷、預(yù)測的有效可行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[3]。本系統(tǒng)能及時(shí)了解斷路器的工作狀態(tài)和缺陷的部位，減少過早或不必要的停電試驗(yàn)和檢修，減少維護(hù)工作量，降低維修費(fèi)用，提高檢修的針對性，可顯著提高電力系統(tǒng)可靠性。

　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)，短時(shí)機(jī)械振動(dòng)檢測又是其核心檢測內(nèi)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(yīng)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(shù)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(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)的振動(dòng)量的加速度值可能會相當(dāng)小，故低頻時(shí)傳感器的信噪比會顯著下降;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(jì)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(jié)合人工免疫算法的高壓斷路器故障診斷、預(yù)測系統(tǒng)”設(shè)計(jì)中提出的高壓斷路器振動(dòng)信號提取的現(xiàn)有技術(shù)問題，本文設(shè)計(jì)了一種短時(shí)機(jī)械振動(dòng)檢測裝置，該裝置基于電磁變化與感應(yīng)原理，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號檢測功能。