断路器早期故障诊断技术研究

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高压断路器频繁分合闸操作易造成触头磨损及机械传动机构性能恶化,破坏接触触头表面以及滞后分合闸时间。并且,灭弧介质压力异常(SF6泄露、真空度异常)还会影响断路器灭弧性能,严重情况下断路器动作失灵甚至会发生击穿爆炸。针对该问题,本文开展了高压断路器健康状态早期检测技术研究以及灭弧能力检测技术研究,具体工作及创新点如下:1)探寻可以用来描述触头磨损及机械传动机构异常的特征量。分析了临界击穿场强和触头间距作为表征断路器触头磨损和机械传动机构异常特征量存在的局限性,为提取新的特征量,分析了断路器动态合闸过程及电弧起因,并建立了击穿电流模型,设计了利用击穿电流值代替临界击穿场强和触头间距的技术方案,以实际燃弧故障电流波形为基础,构建击穿电流模型,仿真结果与实测数据对比发现,本文所建立击穿电流模型能够较好的模型实际燃弧故障,并通过改变触头间距和临界击穿场强值仿真验证了该模型的准确性。2)针对断路器合闸电气量监测的早期故障检测算法。分析得到现有的基于电气量检测方法受先验假设条件局限且测量手段易受干扰导致发生误判,针对该问题,从物理角度分析出击穿电流序列可能的劣化状态,采用拟合手段并以序列是否存在单调趋势判定断路器是否发生触头磨损或机械传动机构异常,紧接着提出了基于不同次击穿电流比值序列的断路器健康状态异常早期检测方法,判断其触头磨损及机械异常情况是否达到严重程度。分析了零度角合闸相位以及合闸相位偏差对所提检测方法的影响,并采用大量仿真及现场实际录波数据验证了其有效性。3)针对健康状态早期检测方法无法判断灭弧介质压力是否发生异常这一缺点,开展灭弧能力检测。本文转换角度,将以灭弧介质压力表征断路器灭弧能力的传统做法,转为探寻灭弧能力与电气量之间的特性关系。基于弧隙能量平衡熄弧原理,以介质恢复时电弧电阻对电弧电流衰减特性的影响来反演熄弧能力,提出了一种仅基于电气量的断路器灭弧能力在线检测方法。综上,本文利用以击穿电流序列为特征量的断路器健康状态异常早期检测方法判断其触头磨损与机械传动机构是否异常,并利用以电弧电流趋势项为特征量的灭弧能力检测方法判断其灭弧介质压力是否异常,通过两种检测手段最终判断断路器是否发生早期异常。
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