- 頭條河北工大科研人員提出低壓斷路器機械特性狀態監測與診斷的新方法2023-02-07 作者：胡博凱、李奎 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為了準確監測低壓斷路器的機械特性，省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業大學）、河北省電磁場與電器可靠性重點實驗室（河北工業大學）的研究人員胡博凱、李奎、牛峰、趙成晨，在2022年第13期《電工技術學報》上撰文，提出基于操作機構運動特性的低壓斷路器機械特性狀態監測方法。
低壓斷路器是低壓配電系統中重要的控制和保護設備，其可靠運行對電力系統極其重要。隨著操作次數的增加，斷路器承受的電氣應力和機械應力會導致機構內部機械部件的性能退化，最終無法正常運行，因此，如何有效且準確地監測斷路器內外部信號并在線診斷斷路器性能退化部件和退化程度是目前亟須解決的問題。
其中，通過監測斷路器機械特性對其性能進行評估是最常用的方法。斷路器的機械特性主要包括觸頭開距、觸頭超程、合分閘時間、合分閘速度和操作力矩等。其中，觸頭超程是非常關鍵的特征量，它不僅影響其他機械特性，還會影響回路電阻、斷路器機械壽命以及電壽命。目前，斷路器的狀態監測一般包括線圈電流信號監測、振動信號監測和聲音信號監測三類。其中，斷路器分合閘線圈中的電流信號包含大量的斷路器運行信息，梅飛和倪建軍等通過分析斷路器機構故障對分合閘線圈電流信號的影響，實現斷路器狀態的在線監測與故障診斷。
近年來，國內外學者在利用振動信號監測斷路器性能方面已取得了許多有價值的成果，在監測斷路器觸頭超程方面的成果也頗為豐富。但是，關于機械部件和觸頭超程性能退化對斷路器操作性能影響機理的研究較少，且狀態監測方法的主要研究對象為高壓斷路器。同時框架斷路器在實際使用過程中常會出現零部件磨損、變形、斷裂等故障，這些故障會導致斷路器運行性能降低，嚴重時會造成斷路器合分閘失敗等事故。
為了準確監測低壓斷路器的機械特性，省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業大學）、河北省電磁場與電器可靠性重點實驗室（河北工業大學）的研究人員胡博凱、李奎、牛峰、趙成晨，在2022年第13期《電工技術學報》上撰文，提出基于操作機構運動特性的低壓斷路器機械特性狀態監測方法。
圖1 框架斷路器操作性能監測與評估過程
他們首先根據操作機構的運動特性分析機構合分閘過程中的旋轉特征，并選取能夠反映操作機構性能的特征量；其次，定量分析觸頭磨損、機構磨損和分閘彈簧斷裂對機構性能的影響，通過實時監測特征量的變化實現機械部件性能的診斷；最后，通過定量計算觸頭超程性能退化對分閘能量和機構性能的影響，實現觸頭超程狀態的監測。
圖2 實驗平臺示意圖
研究人員指出，框架斷路器機械部件和觸頭超程發生性能退化時會導致操作機構的運動規律發生改變，根據操作機構運動特性，可選取機構合、分閘過程中的特征量，能夠有效地反映機械部件和觸頭超程的狀態。
另外，他們的研究結果表明：根據合分閘過程中操作機構各部件間的運動關系，能夠定量計算觸頭磨損、操作機構磨損和分閘彈簧斷裂對機構運動波形中特征量的影響，通過實時監測特征量的變化，實現框架斷路器性能退化部件和退化程度的診斷；根據操作機構分閘過程中的能量關系，能夠定量計算觸頭超程性能退化對分閘能量和分閘階段斜率的影響，通過實時監測斜率的變化，完成框架斷路器觸頭超程狀態的監測以及操作性能的評估。
本文編自2022年第13期《電工技術學報》，論文標題為“低壓斷路器機械特性狀態監測方法研究”。本課題得到國家自然科學基金和河北省自然科學基金的支持。
