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水電系統(tǒng)中高壓斷路器的故障診斷

張玲

(甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院電信學院， 甘肅 天水741025)

【摘要】為了達到水電系統(tǒng)中高壓斷路器故障診斷的目的，首先記錄高壓斷路器的分合閘線圈正常電流波形和故障波形，然后，比較這兩個波形的圖像形狀和特征值，最后采用小波分析的MATLAB仿真方法對其故障進行診斷。

【關(guān)鍵詞】水電系統(tǒng)；高壓斷路器；故障；診斷

水電系統(tǒng)中的高壓斷路器能夠在較短的時間內(nèi)切斷故障電流，在系統(tǒng)運行中起控制和保護的重要作用，其常用類型有真空斷路器、SF6斷路器。據(jù)統(tǒng)計，高壓斷路器的故障主要包括電氣故障和機械故障，高壓斷路器的密度或壓力不合規(guī)范(SF6或真空斷路器)、觸頭損壞和滅弧介質(zhì)變質(zhì)(油斷路器)等，均歸屬于高壓斷路器的電氣故障[1]。高壓斷路器的觸頭動作不正常則屬于機械故障。因此，為了保證水電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及可靠性，需對高壓斷路器每隔一段時間進行一次檢修，同時，可采用小波分析的MATLAB仿真方法進行高壓斷路器的故障診斷。

1小波分析的原理

1.1　提出小波分析

在高壓斷路器的故障診斷中，找出因故障造成的波形變異的信息及故障點所在的信號尤為重要，其操作系統(tǒng)的線圈卡澀、觸頭損壞、拉桿和軸的連接部分發(fā)生卡澀等常見故障，均可通過波形來體現(xiàn)，利用小波變換的方法進行分析。高頻故障信號的波形因周期短，可采用小尺度的小波進行分析，低頻故障信號的波形因周期長，可采用大尺度的小波進行分析[2]。

1.2　小波變換檢測信號突變點的原理

利用小波時頻局部化分解的方法，可分析出信號突變的時刻和類型，進而確定信號幅值和頻率的急劇變化情況。通過計算奇異性指數(shù)α，并與設定的閾值(可根據(jù)經(jīng)驗確定)進行比較，可判斷出信號是否出現(xiàn)突變。利用該方法可方便地找出高壓斷路器的故障時刻，同時，可對照樣板波形判斷出故障類型[3]。α的計算方法如下：

設在小波分解的尺度i上xk處的模極大值為|W2if(xk)|，則在各尺度上相應位置處的模極大值可構(gòu)成一個序列{Mi},在i較小時由下面的近似:

可求得：

根據(jù)上式求幾個尺度上的α，然后取其平均值，若α小于閾值則說明信號出現(xiàn)突變。

2常見故障的電流波形

高壓斷路器分合閘線圈的正常電流波形如圖1所示，根據(jù)分合閘線圈的故障電流波形與正常電流的比較，可判斷出分合閘電磁鐵卡澀、分合閘線圈斷路、電壓偏低、輔助觸點接觸不良等故障[5]。

圖1　合閘線圈的正常電流波形

2.1　拒合故障

2.1.1合閘鐵芯不啟動

a.線圈端子無電壓信號，合閘鐵芯不啟動。該故障的原因可能是：控制線圈的開關(guān)接觸不良、控制電路中熔斷器的熔絲熔斷、連線松動；滅弧罩卡住接觸器的觸點、異物卡住電磁吸鐵、電磁線圈斷線或損壞。

b.線圈端子有電壓信號，鐵芯仍然不啟動。該故障的原因可能是：滅弧罩卡住接觸器的觸點、異物卡住電磁吸鐵、電磁線圈斷線或損壞，其鐵芯卡澀的電流波形如圖2所示；線圈的正、負極性接反。

圖2　合閘鐵芯卡澀的故障電流波形

2.1.2合閘鐵芯啟動，但連板機構(gòu)動作

該故障的原因可能是：合閘線圈端子電壓偏低、合閘鐵芯沖力不足；輔助開關(guān)本體傳動機構(gòu)有卡澀，其故障電流波形如圖3所示。

圖3　開關(guān)本體傳動機構(gòu)卡澀的故障電流波形

2.2　誤動故障[6]

高壓斷路器已經(jīng)自動跳閘，但傳感器監(jiān)測不到控制信號。其可能原因是：跳閘線圈的絕緣層破損導致電磁鐵的動作電壓偏低；扣入深度小，扣合不穩(wěn)定，跳閘繼電器觸點因振動誤閉合。

3合閘鐵芯卡澀故障的小波分析仿真實例

通過圖1與圖2的比較，利用小波分析的方法，使用MATLAB小波仿真工具對合閘鐵芯卡澀的故障進行診斷，其波形圖如圖4所示。

圖4　合閘鐵芯卡澀線圈電流波形

采用db2小波進行小波分解，由圖5的第三層可知，在波形畸變處發(fā)生振蕩，同時，從圖中可算出畸變的時刻t=0.708s，并由小波變換原理算出α=0.417，進而可判斷出波形是否發(fā)生畸變。

圖5　合閘鐵芯卡澀線圈電流小波尺度分解

4結(jié)語

近年來，隨著電壓等級的提高和裝機容量的增大，為了保證水電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，對高壓斷路器的要求越來越高，因此，對高壓斷路器的故障進行研究、分析和診斷非常重要。高壓斷路器的常見故障一般發(fā)生在操動部分及其控制回路，這些故障可以通過分合閘線圈電流波形表現(xiàn)出來，首先，記錄分合閘線圈正常電流波形和故障波形，然后，對這兩個波形的圖像形狀和特征值進行比較，最后，采用小波分析的MATLAB仿真方法對其故障進行診斷。

參考文獻

[1]馮文.對六氟化硫斷路器回路電阻現(xiàn)場測試工作的探討與分析[J].中國水能及電氣化，2010(11):52-53.

[2]楊福生.小波變換的工程分析與應用[M].北京：科學出版社，2001:150-151.

[3]關(guān)永剛，黃瑜瓏，錢家驪.基于振動信號的高壓斷路器機械故障診斷[J].高電壓技術(shù)，2000，26(3)：35-37.

[4]張超.高壓斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及故障診斷分析[D].北京：華北電力大學，2004:41-42.

[5]陳啟萍.電壓互感器二次回路多點接地查找方法及實施[J].中國水能及電氣化，2010(3)：42-44.

[6]郭建生.淺談龍門灘二級電站110kV少油斷路器技改[J].中國水能及電氣化，2011(4)：58-61.

Fault diagnosis of high voltage circuit breaker in hydropower system

ZHANG Ling

(GansuIndustryPolytechnicCollegeTelecomInstitute,Tianshui741025,China)

Abstract:The switching-closing coil normal current waveform and fault waveform of high voltage circuit breaker are firstly recorded in order to achieve the goal of high voltage circuit breaker fault diagnosis in hydropower system. Then, image shape and characteristic value of the two waveforms are compared. Finally, the MATLAB simulation method of wavelet analysis is adopted for diagnosing fault.

Key words:hydropower system; high voltage circuit breaker; fault; diagnosis

中圖分類號：TV73

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8241(2016)01-0026-03

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.01.008