低压断路器故障监测与诊断研究

低压断路器故障监测与诊断研究

武剑辉

国网山西省电力公司超高压变电分公司   山西太原  030000

摘要：低压断路器是电力系统中保证人们安全用电最重要的设备之一，因此提高低压断路器的故障监测与诊断能力，对电力系统的安全性与稳定性具有十分重要的意义，文章以分合闸线圈电流信号为研究对象，对低压断路器工作过程中可 能存在的故障进行阐述，采用小波分析与模糊神经网络相融合的方法进行故障诊断分析，最后基于上述的研究基础，搭建低压断路器故障监测与诊断的研究系统。

关键词：低压断路器；故障监测；故障诊断

引言

伴随着新兴技术的发展，人们对用电要求更加严格，断路器是人们日常安全用电不可缺少的部分，它在电力系统中可以断开和闭合线路，对人们安全用电有着至关重要的作用。低压断路器在工作过程中，会存在多种不确定的因素，因此对其进行故障监测和诊断的研究十分必要[1]。

1低压断路器常见故障及处理方法

1.1断路器动作失灵故障

拒合、拒跳现象，均为断路器故障动作的具体表现。在故障排查时，具体的方法如下：如果照明灯突然变暗，则说明线路出现故障，引起短路电流，此时应使用表针定位故障点，进行隔离。如发现未安装合闸保险、开关快速复位或不到位，则应严格规范操作，及时采取补救措施。若电源电压或二次回路不正常，则要控制好合闸电压，确保二次回路接线准确，无断线现象，使合闸保险工作正常，接触良好[2]。

1.2断路器弹簧储能故障

储能故障的出现频率也比较高，是由断路器弹簧无法正常储能引起的，棘爪的压紧弹簧如果所受压力较大，就可能出现疲劳损伤而不能正常复位，严重时会直接折断。处理这类故障时，要检查棘爪上的压紧弹簧，及时更换损坏或断裂的弹簧，保证其能够正常储能。如弹簧弹性性能良好，则应采用人工方式手动进行机械储能。此外，减速箱的涡轮或蜗杆损坏，会影响轴套的正常工作，从而导致弹簧不能储能，这时需要及时更换损坏的部件。若检查轴套时未发现有异常现象，则应检查凸轮与棘爪之间的接触情况，若出现打滑，应及时更换棘爪[3]。

1.3断路器漏油漏气故障

油漏故障也是低压断路器常见的故障问题，当断路器发生漏油时，首先要判断是内部泄漏还是外部泄漏，外部泄漏会影响瓷瓶的绝缘性能，导致电路不能正常熄灭，易发生爆炸事故，内部泄漏会降低油压，引起液压机构的频繁打压。当断路器出现渗油问题时，应先清除油渍，然后确定渗油位置，并提高设备的密封性，及时更换损坏或老化的密封装置，提高焊接质量使接合面牢固。

1.4断路器误跳闸故障

二次回路故障、操动机构自行脱扣与不正确的操作都可能造成断路器误跳闸。对于这类故障的处理，采用的方法具体如下：首先要判断人员操作是否规范，如有误操作应立即纠正，若发现继电保护回路防护力度不够，应采取有效的防护措施。接着对操动机构进行检查，看是否有脱扣现象发生，确保操动机构正常连接，并尽量减小振动带来的影响。最后，经检查发现无误操作行为，并且操作机构没有出现故障问题时，需要对二次回路进行检查，判断是否有两点接地、短路，回路元件的工作性能失效等。若二次回路绝缘性能良好，则应检查继电器保护装置是否误动。在断路器误跳故障后，为及时恢复正常供电，可采用手动合闸或使用自动合闸装置进行合闸。

2应用波形分析和模糊神经网络进行低压断路器误差

诊断用小波分析法的变换，结合波形提取信号特性，通过模糊神经网络检测低压电路断路器线圈相关故障方法如下。诊断思路：首先用小波分析法中的波形分析找出具有标志性的信号值作为输入信号，然后将模糊特征值用作神经网络的输入项，将收集到的样本传送到模糊神经网络，并找到关于仪器故障类型的信息。不同的输出要求，在神经网络研究中可以采用不同的类型，在这种情况下，对要检测的输入的特征值进行测试以获得网络输出，网络的输出结果最后被处理和分析并得到检测结果，这使得设备有无发生故障，以及故障的类型和位置得以确定，以便实现进一步处理。

3低压断路器的在线监测与诊断系统

现阶段，在线监控体系首要是现场信号讯息的变更、处置、数据搜集、传输、处置、诊断。

3.1 系统功能设计

在检索国内外相关数据及文献后，本文对自动空气断路器在线监测诊断系统设计将具有以下功能。①状况监控：监控断路器开合状态，辨别具有典范的信号讯息，提取典范的标准值，推测出相应的妨碍正常运作的典型故障类型为范例。②数据保存：低压电路断路器根据工作时间随时保存电流线圈信号，为数据服务。③历史查询：汇总并记录低压电路断路器的异常时间和类型，以确保可以快速调用曲线和状态数据。④故障检测：低压电路断路器故障的具体算法和类型由所采集的运动特性的大小确定。⑤通讯报警：当成套配电装置运行轨迹异样时，警示设备运作非正常模式，红色报警按钮发出报警噪音视作提醒，应予以警惕。

3.2 系统中的部件

系统中的硬件和软件部分包括上位机和下位机，其中上位机由控制板、硬盘、显示器构成，能够采集操作系统数据和软件。下位机的主芯片以 FPGA 芯片为主，视为系统的关键组成部分，在数据的收集和通信中发挥非同寻常的作用。 上位机中逻辑板可以连接某些传感器、SSD 和显示器，SSD 用以保存大量状态数据，结合软件运行平台和人机界面，实时监控断路器状态，提取需要读取的数据，以便更直观地进行观察，数据和结果将显示在最前沿，查询以往数据、运行状况识别、故障检测和数据保存相组合。 霍尔电流传感器在下位机中收集电流信号、触点动作等，然后通过 A/D 将数据传输到 FPGA 芯片，最后对电路进行切片，避免系统故障，促进系统稳定。下位机以 FPGA 芯片为主要工作芯片，采用数字滤波算法， 增强数据收集阶段其过程的稳定性，使其过程进行更加平缓不具波动。 为了实时监测自动空气断路器各个阶段的状况， 由于信息量与环境的不确定性等相关因素的存在，使得网上监测和评估系统具有较高的标准性，因此，该文件使用FPGA芯片作为从下位机收集数据的主要部分。

3.3 系统的流程

首先在空气断路器中收集对于检测故障具有高效作用的信号，如分合闸线圈电流信号、设备的振动波 形、电流冲击状态等，收集相关数据，并将数据输入调 节电路中处理，以便系统分析，模拟量将通过 A/D 输入 到 FPGA 芯片转换为数字量，数字传感器将用于收集 相关信息，例如低压断路器的使用寿命和数量等。FPGA 芯片为工作的主要芯片，其作用是收集和分析信号并将其传输到上位机。收集到的信号在下位机时 就做出处理并传送至上位机，输入信号将变换波形分析与模糊神经网络相联系，显示检测结果和真实状况， 即故障检测信号。最后，系统发现自己能够正确监控和诊断低压断路器的故障。

4结束语

本文首先介绍了低压断路器使用过程中可能出现的几种故障。其次采用小波分析法，对自动空气断路器故障进行诊断分析，以波形分析为前提，引用模糊神经网络模型，结合模型所独有的优势进行研究，使故障判测更具有灵活性，其结果更精确与真实情况更为相近。最后建立了低压断路器故障监测与诊断的研究系统，希望能够为安全用电研究提供一定的参考价值。

参考文献

[1]彭博.高压断路器在线监测与故障诊断系统的研究[D].上海： 上海交通大学，2013.

[2]张佩.低压断路器机械故障诊断方法的研究[D].北京：华北电力大学，2014.

[3] 赵毅.低压断路器产品质量状况分析[J].电子质量，2021（6）：38-41.