浅谈真空断路器机械特性的在线监测方法
断路器机械特性的在线监测
汇报人：日期:CATALOGUE目录•断路器机械特性监测概述•断路器机械特性监测方法•断路器机械特性在线监测系统•断路器机械特性在线监测案例分析•断路器机械特性在线监测的挑战与未来发展•断路器机械特性在线监测的应用前景01断路器机械特性监测概述延长设备使用寿命通过对断路器机械特性的监测，可以预测设备的使用寿命，及时进行维护和更换，延长设备的使用时间。
提高设备运行安全性通过对断路器机械特性的实时监测，可以及时发现异常情况，避免因设备故障导致的安全事故。
提高设备运行效率通过对断路器机械特性的实时监测，可以及时发现设备故障，避免因故障导致的停机时间，提高设备的整体运行效率。
离线检测一些先进的电力设备厂家采用离线检测的方式，通过将设备拆下送至专门的检测机构进行检测，以获取更加准确的设备状态信息。
人工巡检目前大部分电力设备厂家采用人工巡检的方式对断路器机械特性进行监测，通过定期检查和记录设备的状态，判断设备是否正常。
在线监测随着技术的发展，一些电力设备厂家开始采用在线监测的方式，通过安装在设备上的传感器实时获取设备运行状态信息，及时发现设备故障。
随着人工智能技术的发展，未来断路器机械特性监测将更加智能化，可以通过智能算法对设备运行状态进行准确判断。
智能化监测随着物联网技术的发展，未来可以通过远程监控的方式对电力设备进行实时监控和管理。
远程监控通过实时监测断路器机械特性，可以预测设备的维护需求，提前进行维护和更换，避免设备故障对生产造成影响。
预测性维护断路器机械特性监测的发展趋势02断路器机械特性监测方法通过图像处理技术识别和监测断路器的机械状态。
详细描述利用摄像头捕捉断路器的运动和状态变化，通过图像处理技术对捕捉到的图像进行分析，提取出关键特征，如位置、速度、加速度等，以实现对断路器机械状态的监测。
通过分析断路器运行过程中产生的声音信号来监测其机械状态。
详细描述在断路器运行过程中采集声音信号，利用信号处理技术对采集到的声音信号进行分析，提取出关键特征，如频谱、振幅等，以实现对断路器机械状态的监测。
断路器机械特性在线监测系统设计
断路器机械特性在线监测系统设计摘要：文中对断路器机械特性在线监测技术的关键技术进行了分析，断路器机械特性在线监测技术的设计方法进行了验证，并依据结果进行了监测系统的软、硬件设计，设计完成了儒术先进、效果明显、科学实用的断路器机械特性在线监测系统，为实时监测断路器工作状态，及时发出隐患和故障，确保电力安全做出了积极贡献。
关键词：断路器；机械特性；在线监测；系统；设计前言：断路器在电力电网系统中起着至关重要的作用，它的运行质量直接影响整个电力系统运行的安全性和可靠性。
断路器的机械特性参数是判断断路器运行状态的重要指标，通过对断路器机械特性参数的监测，能够判断出断路器是否在正常稳定运行。
采用传统的离线监测技术对断路器的机械特性进行监测，已经难以满足断路器机械特性监测的实际要求，而在线监测技术可以有效地解决离线监测技术的不足，可以更快速、直观地获得断路器的机械特性。
因此，研究断路器机械特性在线监测的关键技术设计与验证具有重要的现实意义。
1断路器机械特性在线监测技术的关键技术传统的离线机械特性监测通常是用5厘米线性位移传感器测量断路器的行程，并采集三相真空灭弧室的分裂和接通信号。
在此基础上，可以得到刚分点和刚合点的信号，这为断路器各种机械特性的参数的计算提供了可靠的依据，根据信号可以正确表现出断路器机械性能的真实情况。
离线监测技术和在线监测的区别在于传感器是不是安装在断路器内部，对断路器的结构、绝缘和机械特性有没有不良影响。
因此，需要的传感器的体积相对较小，可以快速方便地获得离线测量的刚性点和刚合点信号参数。
断路器的机械特性在线监测需要12 kV 的高电压。
刚性连接点和刚合点的获取也是一个难点。
断路器状态监测的参数主要包括以下几个方面：合闸数据，主要包括合闸线圈电流、合闸速度、合闸方式、行程全长以及开关数据，开关数据主要包括分闸线圈电流、速度、刚度、分闸程度和开敞距离等。
2断路器机械特性在线监测技术的设计方法及验证2.1线性位移传感器在线监测技术的设计方法和验证传统的机械特性测试仪主要采用线性位移传感器在线监测技术来检测断路器的机械特性参数。
高压断路器的机械特性检测
3、振动信号在线监测
监测断路器操动时发出的振动信号也可以用 来诊断高压断路器的机械系统工作状态。 瞬动式的机械，动作时有高强度冲击、高速 度运动的特点。 动作驱动力达到数万牛以上；在几毫秒内从 静止加速到每秒几米，加速度可达100g的数 量级；在制动、缓冲过程中，撞击更为强烈。
在一次操作过程中，有一系列运动构件的启 动、制动、撞击出现。会在结构构架上引起 一个个冲击振动。振动波经过结构部件传递、 衰减，传感器测到一系列衰减的冲击加速度 波形。 冲击振动与结构件的运动状态变化找到对应 的关系。为状态监测和故障诊断提供可能。
传感器安装 在横梁中部
传感器安装 在立柱位置
处理振动信号还有其他方法： 加窗傅里叶变换法 “状态图”法 动态时间规整法 χ 2偏差测试法 人工神经网络法
产品介绍
德国WEIS（威尔斯）公司 SA100 断路器合、分闸线圈电流的峰值 断路器合、分闸时间（主触点/带合闸电阻触 点） 断路器合、分闸速度 行程 超程 弹跳等
2、行程—时间在线监测
在线监测动触头的行程曲线，从而计算出触 头开距、合分闸速度、最大合分闸速度等等。 这些数据在一定程度上体现断路器的机械性 能。
断路器操动机构行程测量的基本要求：
1.不能影响机构原有的机械特性和绝缘性能， 且能真实地反映触头行程随时间的变化； 2.传感器便于安装；
3.线性度和灵敏度尽可能高。
1、合（分）闸线圈电流在线监测
1—电磁铁 2—合分闸线圈 S—铁心行程
u iR ( d / dt )
真空断路器在线检测的探讨通用版
安全管理编号：YTO-FS-PD138真空断路器在线检测的探讨通用版In The Production, The Safety And Health Of Workers, The Production And Labor Process And The Various Measures T aken And All Activities Engaged In The Management, So That The Normal Production Activities.标准/ 权威/ 规范/ 实用Authoritative And Practical Standards真空断路器在线检测的探讨通用版使用提示：本安全管理文件可用于在生产中，对保障劳动者的安全健康和生产、劳动过程的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动实施管理，包含对生产、财物、环境的保护，最终使生产活动正常进行。
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1真空断路器的发展趋势与存在的问题真空断路器的优越性不仅是无油化设备，而且还表现在它具有较长的电寿命、机械寿命、开断绝缘能力大、连续开断能力强、体积小、重量轻、可频繁操作、免除火灾、运行维护少、故障率低等优点，是无人值守变电所较为理想的电气设备。
目前国内外都在大量开发和使用，并具有完全替代油灭弧介质的趋势。
目前，变电所大多采用了多功能微机(电子)保护装置，综合自动化程度也随之提高，趋向无人值守的要求已经基本具备。
因此，对主电气设备要求具有一定的在线检测(自检)功能，真空断路器也不应例外。
真空断路器的常见故障主要表现有两大部分：(1)机械故障。
由于这类故障率与电气故障率相比，几率较小，要实施在线检测还待有关部门进一步在构造、尺寸、组合方式上统一方案。
(2)电气故障。
这类故障是直接威胁电网安全持久稳定运行的主要问题，而且它的几率不容忽视。
就真空断路器的一次电气故障与机械故障相对而言，不仅故障性质严重而且有较大的隐蔽性、突发性、随机性、并且难以及时预报。
浅析真空断路器及弹簧操作机构的机械特性
主动力 兰措 是动 力功／ |
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重力 m■( J·0，啷)
注：此表中的m。为刚分后到缓冲前阶段归化到动触头上的等效质 量×为分闸行程。其范围为3～9 mm。
浅析 真空 断路 器及弹 簧操 作机构 的机 械特 陛
李婉婷张春梅
( 郑州供电公司，河南郑州450016)
脯要] 文章对真空断路器的结构特征进行了简要的分析描述，对其机械缔洼进行了理论的分析计算；同时对弹簧操作机构在无机械故障
下的正常分合闸速度特征曲线的理论值和实测值进行了对比，这样的对比有弄13予浃速分析积械故障点，对断路器及其操作机构的故障诊断和 维护维修提供了理论支持，从而提高了断路器的可弗j 生，使配电网络更加安全、稳定。 陕嘲嗣】弹簧操作机构；真空断路嚣；分合闸；机械特性；可靠性
2分闸 速度计 算数 学模 型
应用物理学中的功能原理，我们把配弹簧操动机构的新型真空断 路器 的分 闸速 度特 性进 行计 算， 其数 学表 达式 为：
W—Wz=" 1／2( mv22一mvl 2)
(1)
式中：W为断路器分闸 时主动力所做的功： Wz 为断路器分闸时阻
力所做的功；m为 断路 器运动系统的 归化 质量：v，和V2分别为计算区 间的 初速 度和末 速度 。
21刚分∽3咖曲阶段
刚分阶段的分闸主动力有分闸弹簧力、触头弹簧力和运动系统的 重 力， 阻力 是各 初械 零件 连接 处的 摩擦 力。
236
衷1圭聋千j 脚印段饲吩静各力做功觚博I臌见
高压开关柜断路器机械特性在线监测研究
高压开关柜断路器机械特性在线监测研究摘要：近年来社会用电需求的不断增大，电力工程建设数量也逐渐增多。
在供配电网中开关柜是最重要的组成部分之一，而其核心部件断路器的寿命和健康状态直接影响配电网络的可靠运行，因此需对断路器的运行状态进行监测分析，及时排除隐患，保障配电安全。
断路器的合分闸时间与断路器的速度有直接关系，其实际速度会直接影响断路器的寿命和开闭性能。
如果合闸速度过慢，则预击穿时间长，电弧存在的时间长，触头表面电磨损大，甚至使触头熔焊而粘住，降低灭弧室的电寿命；如果分闸速度过慢，将会导致断路器断开时间过长，增加燃弧时间甚至导致开断失败，而分闸速度太快，会导致分闸反弹过大，容易产生重燃现象，由此可以看出，断路器速度影响断路器的分断性能和转换性，因此分合闸速度是一个非常重要的参数。
本文就高压开关柜断路器机械特性在线监测展开探讨。
关键词：断路器；机械特性；在线监测引言高压开关柜内断路器的机械特性包括断路器的时间特性、速度特性及行程特性，这些特性均可通过断路器动触头的行程—时间曲线求得。
无论何种操动机构的断路器，在其接受分闸或合闸命令后，完成其指定动作都需要一定的时间，时间过长或过短都会影响断路器性能而最终引发断路器故障。
断路器分闸和合闸时间与其速度密切相关，直接影响它的开断和关合性能。
如果分闸时间过长，分闸速度自然降低，灭弧性能受到影响，电动力增大而导致开关分断失败；如果分闸时间或合闸时间过短则分闸速度或合闸速度就会变大从而对断路器造成较大冲击，影响其寿命；可见断路器分、合闸速度是一个非常重要的参数，直接影响开断性能和开关寿命。
由此可知，通过断路器行程—时间曲线得到的时间参数、速度参数及行程参数对于断路器机械故障诊断及其健康状态评估有着重要的意义。
1高压开关柜的故障类型及特点（一）状态的多样性。
在不同的使用情况下，高压开关设备的操作条件差异较大。
例如，一些断路器在工作过程中必须经常连接和断开，但一些断路器投入工作后很少使用。
真空断路器在线检测的探讨
真空断路器在线检测的探讨引言真空断路器作为一种新型的高压电力设备，具有体积小、重量轻、断流能力强等特点，因此被广泛应用于各种电力系统中。
然而，由于真空断路器操作环境恶劣、负荷变化频繁等原因，导致其故障率较高，如何保证其安全运行成为了技术人员关注的重要问题之一。
其中在线检测技术作为一种快捷、安全、高效的故障检测手段逐渐得到应用。
真空断路器在线检测方法状态检测真空断路器在运行时，其状态会发生变化，如开关状态、接头状态等。
通过检测这些变化，可以判断真空断路器设备是否出现故障。
常见的状态检测方式有光纤状态检测、温度变化检测、气体压强检测等。
光纤状态检测是应用最广泛的状态检测方法之一，其原理是利用光纤传感器探头检测激光光束的状态变化。
在光纤状态检测过程中，若光纤传感器探头遇到真空断路器设备的状态变化，探头的光束会发生散射，形成一个光纤状态图，从而实现真空断路器设备状态检测。
温度变化检测是另一种常用的状态检测方式。
它的原理是基于真空断路器设备发生故障时，设备内部会产生局部放电，进而发热，导致温度变化。
通过检测真空断路器设备的温度变化，并结合相应的故障诊断算法，可以实现对真空断路器设备状态的检测。
气体压强检测是基于真空断路器设备内部压强变化而产生的变化量为检测依据。
当设备内部发生故障时，会产生气体压强的变化，如Local Breakdown、Overheating and Arc。
在这些异常情况下，压强变化会与故障有一定的关系，通过检测压强变化可以实现对真空断路器设备状态的检测。
信号检测真空断路器在线检测技术还可以直接对真空断路器设备的信号进行检测。
常见的信号检测方式有电流检测、电压检测、振动检测等。
电流检测是通过对真空断路器设备电流的监控，来判断真空断路器设备的状态是否正常。
电流检测一般采用变流器，将电流转化为电压信号进行检测，可以实现对真空断路器设备的在线监测。
电压检测是通过对真空断路器设备电压的监控，来判断真空断路器设备的状态是否正常。
基于dsp2407的断路器机械特性在线监测系统
应用科技基于D SP2407的断路器机械特性在线监测系统蔡亮(江苏海事职业技术学院电气工程系，江苏南京211170)隙要】本文介绍了基于T M S320F2407D SP的真空断路器断路器规械特|巨在线监测系统的研制与开发。
对系统构成、硬件纽戍和软件设计作了详细说．磷。
现场试验表明该系统较好实现了溃I量、保护、监控与通信等功能具有广蛹的应用前景。
p∈键词】在线监溅；D SPF2407；现场总线断路器性能的可靠性关系到电力系统的安全运行。
调查数据表明，80％的高压断路器故障是由于朝械特性不良造成的。
对高压断路器机械特性实施在线监测，对降f瞅备故障率，提高电力系统的安全性和可靠性具有重要的现实意义。
本文研制的机械特性在线监测系统核心监测单元以Tl公司的高性能数字信号处理器TM$320F2407作为主控制器，完成对了真空断路器的动触头行程信号和分合闸线圈电流信号的检测，实现了械特性参数的测量、显示、数据通讯功能。
1在线监测系统的硬件设计1．1传感器的选型系统通过在主轴安装连动装置，将主轴的角位移转换成与动触头相对应的直线位移，选取了W D25型精密直滑式导电塑料电位器测量。
该传感器线性度为0．1％，输出平滑性为0．1％，最大反应速度为10m／s，满足真空断路器速度测量要求．可精确检测动触头速度和行程。
测量分、合闸线圈电流采用K D G H SD2型跟踪型翟尔电流传感器，该型传感器采用了霍尔磁平衡原理，电气绝缘和抗干扰能力都很强。
在断路器分合闸操作回路安装传感器，传感器的输出由信号调理电路转换为0—3V电压隹÷号供D SP2407采样。
12基于D SP2407的智能监测模块设计系统设计中采用了监测断路器分合闸线圈电流、主回路相电流、动触头行程来诊断其机械性能。
断路器智能监测单元是系统的核心，采用模块化结构，包括D SP2407最小系统(含通信模块)、液晶显示模块、信号调理和电源模块等，图1为在线监测单元陔心硬件结构。
真空断路器真空度在线监测研究
真空断路器真空度在线监测研究摘要：真空高压断路器是电力系统中最重要的设备之一，在运行过程中真空度会逐步下降，真空泄露到一定程度，分合闸时开关会发生爆炸。
有鉴于此，本文通过非接触式微波反射法对真空断路器的真空度进行长期连续监测，确定其变化趋势，以判断是否有故障先兆，同时融合了滤波技术、数字信号处理技术和3G无线网络等手段，研制了真空断路器在线监测系统，为运行调度和检修人员提供快速、准确的真空断路器运行状态信息，完成故障预警，便于运维人员及时排除故障隐患。
关键词：真空；在线；微波；采集一、前言真空高压断路器在电网中主要起着控制、保护、安全隔离的作用，普遍用于10-35kV开关柜内，其运行状态直接决定电力系统的安全和效益。
真空断路器在运行过程中真空度会逐步下降，真空泄露到一定程度，分合闸时开关会发生爆炸。
目前，供电系统大都采用真空断路器断口间交流耐压试验进行真空度检测，该技术仅能检测到断路器真空度是否完好，但对真空灭弧室初期泄露检测不明显，更不能量化真空度，对真空度检测上存在盲区。
真空断路器复杂的密封结构也不允许以常规手段进行检修，故真空度在线监测已经成为一次设备状态检修领域的重要课题。
真空断路器的真空度检测，即真空断路器真空灭弧室中的真空压力值检测。
在真空断路器工作过程中，由于真空灭弧室内封接处慢性漏气、内部零件释放气体、绝缘外壳密封零件渗漏等原因可能引起灭弧室内真空度逐渐降低，而真空度低劣的真空灭弧室会导致难以开断短路电流，甚至不能开断负荷电流，灭弧室真空度严重劣化时还可能引起断路器爆炸甚至烧毁主变等重大事故。
目前，对真空开关真空度的测试方法从大的方面来说，可分为离线检测和在线检测两大类。
离线检测的方法有很多，如：工频耐压法、吸气剂膜法、绝缘电阻法、持续电流开断法、高频电流开断法、电弧电压法和磁控放电法，而且都发展得比较成熟，但均只能在停电状态下进行。
在线监测的方法主要有耦合电容法、旋转式电场探头检测法、光电变换法、比例差分探头检测法、声学检测法、压力传感器法、微型冷阴极磁控计法、电磁波检测法等，当前的真空度在线监测方法研究大部分停留在理论研究阶段，尚无一种真空度在线监测方法是得到普遍应用的，因此，探究性能稳定、可靠性高、可行性强、性价比高、维护方便、简单易用的一种真空断路器真空度在线监测方法和装置，是非常有意义的。
断路器机械特性在线监测的研究
断路器机械特性在线监测的研究发布时间：2022-01-19T02:23:20.633Z 来源：《新型城镇化》2021年24期作者：程欣王强[导读] 近年来，由于经济繁荣和能源需求增加，提高电力系统的可靠性和经济效益。
断路器的可靠运行作为发电和电力之间的连接对网络安全至关重要。
电力系统中断路器具有两种功能:国网菏泽供电公司山东菏泽 27400摘要：断路器是高压电器中最重要的电力系统，其重要性显而易见。
为了提高其运行可靠性，需要采取必要的检查和维护措施。
其大部分事故都是机械造成的。
因此，研究诊断断路器的机械故障很重要。
在线监测在断路器机械是机构发展的必要趋势，也是智能断路器未来研究的重要内容。
关键词：断路器；在线监测；故障诊断近年来，由于经济繁荣和能源需求增加，提高电力系统的可靠性和经济效益。
断路器的可靠运行作为发电和电力之间的连接对网络安全至关重要。
电力系统中断路器具有两种功能:一是控制，也就是说，启动或关闭某些设备或电路，包括电网运行更换或修理电源；二是保护功能，当电气设备或电路发生故障时，断路器使用继电器保护和自动装置工作。
故障部分迅速从电网中取出，保护电网中的故障部分。
我国电气设施的检修工作目前主要是根据电气预防措施的规定，定期进行预防性试验，以根据试验结果确定设备状况，确定设备长期是否正常运行，并确保不断进行预防试验，对安全运行电力系统的发挥关键作用。
但是，鉴于电力系统的性能、压力和结构复杂性、工农业和能源部门的发展日益重要，越来越有必要制定电力系统的安全和可靠性指标。
这些传统的检测和诊断方法变得越来越困难。
一、断路器机械特性在线监测的目的和意义断路器故障是由于检修错误造成的，在检修过程中完全解体，断路器既耗时又昂贵，而且需要花费断路器成本的三分之一到三分之二。
此外，拆卸和重新安装可能会出现许多缺陷和事故。
同时，统计数据显示，断路器维护费用是变电站的一半以上，其中60%用于小规模维护和日常维护。
断路器机械特性的在线监测的研究
目录1 绪论 (1)1.1断路器机械特性在线监测的目的及意义 (1)1.2断路器机械特性在线监测的发展现状 (2)1.3本课题的主要研究工作 (3)2断路器机械特性在线监测原理 (4)2.1高压断路器的简介 (4)2.1.1高压断路器的概念、特点及组成结构 (4)2.1.2高压断路器的操动结构与机械寿命 (5)2.1.3高压断路器的机械故障类型介绍 (6)2.2高压断路器机械特性在线监测 (7)2.2.1断路器合闸、分闸线圈电流监测 (8)2.2.2断路器操动机构行程及速度的监测 (11)2.2.3断路器振动信号的监测 (11)3 断路器在线监测中的小波应用 (12)3.1 小波分析的概念 (12)3.2小波函数的选取 (14)3.3小波去噪 (16)3.4利用小波处理断路器行程信号 (17)3.4.1合闸过程 (18)3.4.2分闸过程 (20)3.5 小波降噪和傅里叶降噪法 (21)3.5.1傅里叶降噪法 (21)3.5.2小波降噪法 (22)3.6利用使用全局阈值和分层阈值处理分合闸线圈电流信号 (24)3.7结论 (25)4 总结和展望 (26)4.1总结 (26)4.2展望 (26)参考文献 (27)致谢................................................................................................ 错误!未定义书签。
1 绪论1.1断路器机械特性在线监测的目的及意义近年来，随着经济的繁荣发展，电力系统的容量与能量的需求不断地增加，对电力系统的可靠性和经济性也提出了越来越高的要求。
高压断路器作为发电和配电之间的联系环节，其可靠运行对于保证电网的安全意义重大。
高压断路器在电力系统中起着两方面的作用：一是控制作用，即根据电网运行要求，将一部分电气设备或线路投入或退出运行状态，转为备用或检修状态；二是保护作用，即电气设备或线路发生故障时，通过继电保护及自动装置动作高压断路器，将故障部分从电网中迅速切除，保护电网的无故障不烦你得以正常运行。
断路器机械特性的在线监测
VS
详细描述
基于神经网络的监测方法利用大量的断路 器机械特性的数据作为训练样本，通过神 经网络模型对数据进行学习和训练，实现 对断路器机械特性的预测和评估。该方法 需要大量的数据作为训练样本，并且需要 深入的神经网络训练和优化技术。
03
断路器机械特性在线监测系统设 计
图像采集与处理模块设计
图像采集装置
采用高分辨率、高帧率的工业相机或智能相 机，搭配适合的镜头和光源，以捕捉断路器 在操作过程中的动态图像。
图像处理算法
设计图像处理算法以提取图像中的关键特征 ，如断路器的运动轨迹、速度等，为后续的 神经网络模型提供输入数据。
声音采集与处理模块设计
声音采集装置
使用高灵敏度的麦克风或声学传感器，捕捉 断路器在操作过程中产生的声音信号。
模型的预测精度和泛化能力。
04
断路器机械特性在线监测实验及 结果分析
实验平台搭建与实验设计
实验目的
通过对断路器机械特性的在线监测，了解其运动过程、性能参数及 故障特征，为设备的状态监测与故障诊断提供依据。
实验设备
断路器、传感器、数据采集器、服务器及分析软件等。
实验设计
在断路器操作过程中，利用传感器采集位移、速度、加速度等信号， 通过数据采集器传输至服务器，利用分析软件进行处理和分析。
基于物理模型的监测方法
总结词
通过建立断路器机械特性的物理模型，推导出相关参数进行监测。
详细描述
基于物理模型的监测方法利用断路器机械特性的物理模型，推导出相关参数进 行监测。该方法需要对断路器的物理模型有深入的了解，并且需要设计相应的 传感器和测量系统进行参数测量和评估。
高压断路器机械性能在线监测方法
高压断路器机械性能在线监测方法[摘要] 本文主要阐述了高压断路器在线监测系统的行程—时间特性监测，分、合闸线圈电流监测，振动信号在线监测以及目前存在的问题。
[关键词] 高压断路器行程—时间特性监测分、合闸线圈电流监测振动信号在线监测[Abstract] This article mainly elaborates the on-line monitoring system of high voltage circuit breaker travel-time characteristics monitoring, trip or closed coil current monitoring, vibration signal online monitoring and the problems at present.[Key words] high voltage circuit breaker travel-time characteristics monitoring trip or closed coil current monitoring vibration signal online monitoring0.引言高压断路器作为变电站中重要性仅次于变压器的高压开关设备，在电力系统中起到保护和控制作用，它的可靠性直接影响整个电网的安全运行。
随着变电站综合自动化水平（无人值守）的提高，对高压断路器的可靠性提出了更高的要求。
在供配电系统中，高压断路器的使用数量多、检修量大、费用高，而且高压断路器造成的非计划停电事故是很多的，它所造成的间接损失远大于设备本身的费用，故必须加强对断路器的状态监测。
高压断路器实施实时在线监测，可以及时了解其运行状况，掌握其运行特性及变化趋势，以便尽早发现潜在故障，及时采取预防措施或进行维修，保障系统可靠运行。
实施高压断路器在线监测减少了过早或不必要的检修，降低了维修费用，提高了检修的针对性；其次，提高了开关设备本身的使用寿命，显著提高电力系统的可靠性；再者，高压断路器在线监测技术为设备的状态检修机制提供了依据，为实现从计划检修到状态检修的转变创造了有利条件，具有重大意义。
浅谈真空断路器机械特性的在线监测方法
浅谈真空断路器机械特性的在线监测方法摘要：真空断路器近年来颇受工矿企业、发电厂和变电站的音睐。
作为开关电器中最为重要的一种电器。
在电力系统中肩负粉控制和保护设备的双重作用。
但其可能发生的各类故障也常威胁到人们生命财产的安全，甚至威胁到整个电力系统的安全运行。
因此，掌握对真空断路器机械特性进行在线监测的技术十分重要，本研究就最新研发的界面友好、易于操作、功能齐全、工作稳定、精度较高和扩展空间大的在线监测系统进行简单介绍。
关健词：真空断路器;在线监测;机械特性引言：国际大电网会议对高压断路器可靠性所做的2次世界范围的调查及我国电力部门对高压开关事故的统计分析均表明，高压断路器的大多数故障(主要故障的70%和次要故障的86%)发生在机械机构。
主要涉及操动机构、监视装置和辅助装置等，大多数是由于机械特性不良造成的，如拒分、拒合或不能开断等。
其它灭弧、绝缘故障占较小的比例，发热故障比例更低。
高压断路器机械故障所造成的事故在次数、事故所造成的停电时间上均占总量60%以上。
因此，及时了解高压断路器的机械工作状态对提高供电可靠性有重要的现实意义，并可以减少盲目定期检修带来的资金浪费。
真空断路器作为电力输配电系统中最关键、最广泛的开关电器之一，肩负着控制和保护的双重任务，其机械性能的可靠性关系到电力系统的安全运行。
真空断路器的可靠性在很大程度上取决于其机械操动机构状态的可靠性。
因而，真空断路器机械特性的在线监测显得尤为重要。
目前，国内外都在致力于检测手段的研究和开发，真空断路器机械特性在线监测技术已经进入一个新的发展阶段，一些新理论、新技术、新的检测手段正在被开发、运用。
随着传感器技术、微电子技术和计算机通讯技术的迅速发展，为真空断路器机械特性的在线测量提供了技术基础。
本文所述的真空断路器机械特性在线监测装置，能实现对合、分闸线圈电流信号、动触头的行程信号、主回路三相电流信号和辅助开关位置转换等信号的检测，较好地实现了机械特性参数的显示、存储、打印和数据通讯等。
一种高压真空断路器机械特性的在线监测系统
ELECTRIC POWER | 电力电气一种高压真空断路器机械特性的在线监测系统贺华军1’2唐幅1 ’ 2高严福1’2邛永香1’2(1.北海银河开关设备有限公司，广西北海536000; 2.广西银河迪康电气有限公司，广西北海536000)摘要：文章阐述了高压真空断路器机械特性在线监测的基本内容，分析了在线监测的关鍵技木，基于A R M 提出了 一种高压真空断路器机械特性的在线监測系统，并通过实验验证了该在线监测系统具有较高的推广使用价值。
关键词：高压真空断路器；机械特征：在线监測 文献标识码:A 中图分类号:V 242文章编号：2096-4137 (2021) 08-27-02D 0I ： 10.13535/j .cnki . 10-1507/n .2021.08.06An online monitoring system for mechanical characteristics of high-voltage vacuum circuit breakersHE Huajun1，2, TANG Tao1，2, GAO Yanfu1，2, DENG Yongxiang1 2(1. Beihai Yinhe Switchgear Co ., Ltd ., Beihai 536000, China ; 2. Guangxi Yinhe Dikang Electric Co ., Ltd ., Beihai 536000, China )Abstract : This article describes the basic content of online monitoring of mechanical characteristics of high-voltage vacuum circuit breakers, and analyzes the key technologies of online monitoring. Based on ARM, an online monitoring system for mechanical characteristics of high-voltage vacuum circuit breakers is proposed, and the online monitoring is verified by experiments, which has high promotion value.Keywords : high-voltage vacuum circuit breaker; mechanical characteristics; online monitoring高压真空断路器具有结构小巧、重量轻、运行稳定性强 和后期维护方便等优点，目前被广泛应用于各种电网系统 中。
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浅谈真空断路器机械特性的在线监测方法发表时间：2018-10-23T15:27:02.987Z 来源：《防护工程》2018年第12期作者：王景阳[导读] 甚至威胁到整个电力系统的安全运行。
因此，掌握对真空断路器机械特性进行在线监测的技术十分重要，本研究就最新研发的界面友好、易于操作、功能齐全、工作稳定、精度较高和扩展空间大的在线监测系统进行简单介绍。
王景阳莱福士电力电子设备（深圳）有限公司摘要：真空断路器近年来颇受工矿企业、发电厂和变电站的音睐。
作为开关电器中最为重要的一种电器。
在电力系统中肩负粉控制和保护设备的双重作用。
但其可能发生的各类故障也常威胁到人们生命财产的安全，甚至威胁到整个电力系统的安全运行。
因此，掌握对真空断路器机械特性进行在线监测的技术十分重要，本研究就最新研发的界面友好、易于操作、功能齐全、工作稳定、精度较高和扩展空间大的在线监测系统进行简单介绍。
关健词：真空断路器;在线监测;机械特性引言：国际大电网会议对高压断路器可靠性所做的2次世界范围的调查及我国电力部门对高压开关事故的统计分析均表明，高压断路器的大多数故障(主要故障的70%和次要故障的86%)发生在机械机构。
主要涉及操动机构、监视装置和辅助装置等，大多数是由于机械特性不良造成的，如拒分、拒合或不能开断等。
其它灭弧、绝缘故障占较小的比例，发热故障比例更低。
高压断路器机械故障所造成的事故在次数、事故所造成的停电时间上均占总量60%以上。
因此，及时了解高压断路器的机械工作状态对提高供电可靠性有重要的现实意义，并可以减少盲目定期检修带来的资金浪费。
真空断路器作为电力输配电系统中最关键、最广泛的开关电器之一，肩负着控制和保护的双重任务，其机械性能的可靠性关系到电力系统的安全运行。
真空断路器的可靠性在很大程度上取决于其机械操动机构状态的可靠性。
因而，真空断路器机械特性的在线监测显得尤为重要。
目前，国内外都在致力于检测手段的研究和开发，真空断路器机械特性在线监测技术已经进入一个新的发展阶段，一些新理论、新技术、新的检测手段正在被开发、运用。
随着传感器技术、微电子技术和计算机通讯技术的迅速发展，为真空断路器机械特性的在线测量提供了技术基础。
本文所述的真空断路器机械特性在线监测装置，能实现对合、分闸线圈电流信号、动触头的行程信号、主回路三相电流信号和辅助开关位置转换等信号的检测，较好地实现了机械特性参数的显示、存储、打印和数据通讯等。
1、机械特性在线监测的意义国际大电网会议(CIGRE)和国家电力科学研究院对真空断路器的论题都高度重视，前者曾就其可靠性在世界范围内做了两次调查，后者对高压开关事故进行了统计分析。
两者均得出这样的结论：机械特性不良是高压真空断路器频频出现机器故障的罪魁祸首，近80%的断路均是由此引起，且大多数故障是操动机构的问题。
因此，加强高压断路器机械特性的在线监测，对保证高压断路器的安全运行具有重要的现实意义。
2、真空断路器综合评价真空断路器是中压输配电网络中最为关键的执行器，断路器的常见故障包括拒分、拒合、绝缘、开断故障，导致故障的原因主要包括3个方面：(1) 控制系统异常，控制回路断开或脱扣器运动异常，储能系统运行异常；(2) 机械结构异常，机构失灵、卡涉；(3) 一次绝缘部件异常，真空度下降，绝缘部件性能降低，导致击穿。
断路器故障对电力系统的稳定运行具有非常重要的影响，如果在需要断路器动作时，断路器不能按照要求正常动作，导致的后果一般是灾难性的，会带来巨大的物质、经济损失。
为此，国内外的电力主管部门对断路器系统的在线监测一直比较重视；近年来，由于电子、软件和传感器技术的发展，断路器的在线监测系统也日趋成熟，功能、精度和性能也得到了较大的提升。
断路器系统是一个复杂的机电耦合的系统，对其进行全面监测和诊断涉及的技术非常广泛；在低压侧，断路器有储能回路、分合闸脱扣回路，在高压侧有活动连接、真空绝缘结构、环氧绝缘结构；此外，还具有复杂的机械系统，不但瞬时运动速度高，力和力矩大，而且对运动精度要求高。
为了全面监测断路器的运行状态，需要通过对多种物理参数的实时测量和在线分析计算，才能准确反映和预测设备的运行状态，才可为断路器的操作、检修提供可靠的、全面的技术依据。
综合国内外对断路器系统的研究成果，目前对断路器系统地监测和诊断主要包括如下方面： (1) 控制回路的连续性监测，实时监视控制回路的连接线和控制电源是否正常，在控制回路断开时，可以提前发出报警提示。
目前的技术方案主要是在控制回路的适当位置并联一个高阻抗的支路，使一个较小的电流穿过整个控制回路(分闸、合闸和储能)，如果控制回路断开，电流不能形成回路，即可发出报警信息：上述监测电路设计的关键在于选择合适的电流和并联接入点。
监测电流的幅值应足够小，不能导致电执行器产生动作。
(2) 控制回路的波形监测，即在断路器每次动作时(分闸、合闸、储能)，记录和分析控制回路的电流和电压信号，分析电信号的波形以判断控制电路及所控制的驱动装置(脱扣线圈或储能电机)是否工作正常；目前发展成熟的技术主要针对直流的控制回路具有显著效果，可以识别出脱扣机构的摩擦力、驱动力，线圈的阻抗、感抗等参数，也可以对比历次动作波形之间的差异并预测以后的动作趋势。
针对储能机构，可以识别驱动电机、储能机构、储能弹簧的异常状态。
(3) 机构的运动特性监测，通过配置适当的位移、力和振动传感器等，可以测量出断路器动作过程中的分／合闸速度、开距离、动作时间、行程、振动频谱等参数。
如果配置力传感器，还可以测量断路器机构中关键位置的作用力(如合闸状态下的闭合力等)。
(4) 真空度监测，主要通过放电现象、电场梯度变化、离子电流、气压等方式直接或间接地判断真空灭弧室内的真空状态，目前还没有真正成熟、稳定、准确的测量方案。
相关技术都在发展过程中。
(5) 绝缘监测，主要监视断路器一次回路绝缘部件的绝缘性能，目前提出的方案包括泄漏电流法、局部放电法，由于断路器绝缘部件结构复杂，相关的监测系统较难实现准确性和实用性的良好结合。
(6) 活动连接部位的可靠性监测，目前较为成熟的方案是通过监测断路器上下触头的接触未知的温度，从而间接地反映上述未知的接触电阻。
所采用的技术多种多样，其中包括光纤测温法、声表面波测温法、红外测温法、一次回路取电和无线通信的接触式测温法等。
上述方案各有优劣，适用性与断路器的实际结构有很大关系。
针对国内外与断路器在线监测有关的各项技术，从技术成熟度、技术复杂性和准确性三方面可总结如表1所示。
3、行程一时间特性的在线监测（1）行程曲线的在线监测行程-时间特性是断路器工作状态的重要表征。
行程测量的基本要求是：既不能影响机构原有的机械特性和绝缘性能，又要真实地反映触头行程随时间的变化。
此外，传感器还要便于安装，即监测系统的适应性要强。
这就要求选用的传感器体积不能太大，并月_线性度和灵敏度要尽可能高。
随着开关电器小型化技术的不断发展，许多真空断路器的外形结构尺寸已缩小到接近极限。
这使得动触头附近可供安装位移传感器的空间非常有限，传统的直线位移传感器由于尺寸的限制均难以在实际中使用。
此外，由于在线情况下动触头处于高电位，对监测系统的隔离措施要求很高，从而使得直接测量动触头的行程曲线非常困难。
考虑到真空断路器在分合闸过程中，动触头的行程与主轴转动角度之间有一定的对应关系，因此测得主轴的角位移曲线，即可间接得到动触头的直线位移曲线。
真空断路器的主轴处于地电位，远离高压部分，因此不存在高电位隔离的问题。
而且一般情况下主轴附近的可用空间很大，能够方便地安装角位移传感器。
这种间接测量的方式对多种型号的真空断路器都适用。
在此基础上，选用了一种精密的导电塑料电位器作为角位移传感器，将其安装在操动机构的主轴上，传感器的转轴与断路器的主轴通过连接件紧固连接，见图1。
该传感器有很高的测量线性度(0.1%)和分辨率，此外还具有机械寿命长、启动力矩小、抗冲击能力强、价格低廉等优点，因此完全满足断路器机械特性在线监测的要求。
为了确定动触头直线位移和主轴角位移之间的对应关系，在离线情况下同时使用直线位移传感器和角位移传感器进行了对比测量。
实验中将直线位移传感器的滑动端固定在与动触头相连且同步运动的绝缘拉杆上，连续进行了10次分合闸操作。
用双通道示波器同时读取2个传感器的输出，得到直线位移和角位移的对应关系，见图2。
由图2可以看到，10次测量得到的对应关系曲线基本吻合，主轴角位移和动触头直线位移的对应关系一直保持良好。
真空断路器的合闸过程可以分为3个阶段(以图2(a)中A，B两点为界)：第1阶段从合闸脱扣器脱扣，触头开始运动到动静触头关合瞬间为行程区间;第2阶段为超程段，触头弹簧被压缩;第3阶段为过冲段，机构经缓冲作用最终停止在合闸位置。
分闸过程也分为3个阶段(以图2（b）中A，B两点为界)：第1阶段从分闸脱扣器脱扣到触头刚分瞬间;第2阶段从触头开始运动到主轴拐臂与油缓冲器接触瞬间;第3阶段油缓冲器作用，为分闸反弹阶段。
此外，由于分闸缓冲器的缓冲作用，分闸操作与合闸操作的对应关系有所不同。
在分闸缓冲段，主轴受缓冲器的作用很快接近停止，而此时动触头由于惯性还会产生持续的振荡现象。
这时主轴角位移和动触头的直线位移之间不再有确定的对应关系。
然而对于真空断路器机械特性而言，更关心的还是行程区间这一段的运动情况，因为该段反映了断路器的合/分闸速度、最大合/分闸速度、刚分速度等，能够在一定程度上体现断路器的机械性能。
由动触头的直线位移曲线可算出触头开距、合闸速度、分闸速度等机械特性参数。
通常情况下，分合闸速度用某一行程区间内动触头的平均速度来表征。
针对VS1型真空断路器的机械性能要求，合闸速度按关合点前11mm内的平均速度计算。
分闸速度按刚分点后6mm内的平均速度计算。
由于角位移曲线中不包含触头关合/刚分时刻的信息，为了计算各个机械特性参数，还需要在线确定触头的关合/刚分时刻。
4、结语通过监测真空断路器主轴角位移的方法，间接测量动触头的行程曲线，采用曲线拟合的方法得到了主轴角位移和动触头直线位移之间的解析表达式。
在不影响断路器动作性能的同时，有效解决了机械特性在线监测中传感器安装困难和高电位隔离的问题。
通过监测操作过程中的振动信号，用短时能量分析在线提取动静触头的关合/刚分时刻，为真空断路器机械特性在线监测提供了一个有效的解决方案。
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