一種用于高壓斷路器故障診斷的振動檢測裝置設(shè)計(jì)

        摘要：本文設(shè)計(jì)了一種振動檢測裝置，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)械振動信號的短時檢測。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?？梢姡邏簲嗦菲骺煽啃缘奶岣?、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與促進(jìn)作用，并將推動機(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。利用振動分析對發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動機(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，產(chǎn)生的一系列振動信號中含有設(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信號為特征信號。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明同類型的斷路器動作時所產(chǎn)生的振動信號相似，這就使通過比較同種類型不同斷路器的振動信號檢測斷路器故障成為可能，使基于振動信號所進(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)械特性和振動信號的特點(diǎn)，通過選用適合的振動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，提取振動信號，然后采用人工免疫算法，對高壓斷路器振動指紋信號進(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，短時機(jī)械振動檢測又是其核心檢測內(nèi)容。目前，振動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)的低頻振動的振動量的加速度值可能會相當(dāng)小，故低頻時傳感器的信噪比會顯著下降;而且由于壓電材料自身特性，傳感器在測試時具有明顯的方向性，不可避免地對橫向振動也產(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信號提取的現(xiàn)有技術(shù)問題，本文設(shè)計(jì)了一種短時機(jī)械振動檢測裝置，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)振動信號檢測功能。