高压断路器综合监控系统的研究

摘要

高压断路器是电力系统一次设备中检修维护工作量最大的设备。我国目前大量采用的“到期必修”的计划检修体制存在着严重的缺陷，如临时性维修不足，维修过剩，盲目维修和因检修不当而引发检修事故。建立在设备运行状态监测基础上的状态检修是当前最为先进的检修制度。我国电力设备由计划检修向状态检修的转变势在必行。高压断路器状态监测和状态检修的研究在我国尚处于起步阶段，已有的监测系统普遍存在着监测量少，功能单一，缺乏系统性和综合性的不足。论文围绕高压断路器综合监控系统的开发与构建，对多种信号处理与分析方法在系统中的应用进行了深入的研究，在此基础上，开发实现了原型系统的后台软件。 论文的主要内容有：(1)论述对高压断路器实施状态监测和状态检修的重要意义，分析现有监测系统中存在的问题，提出构建高压断路器综合监控系统的思想，并设计和规划了系统的结构组成和功能模块。 (2)探讨将旋转机械振动监测中常用的频谱分析技术应用于断路器操动机构振动信号分析与处理的可行性和有效性，为提取断路器操动机构振动信号特征提供一种新的思路和方法。论文深入研究了细化频谱分析技术，对比分析了基带分析和常用的选带细化分析算法的原理、方法、运算量和特点，在此基础上，选定线性调频z变换(CZT)作为断路器操动机构振动信号频谱分析的细化方法。 (3)在目前断路器运行数据缺乏，完善的故障模式难以建立的情况下，提出一种基于比较与分析运行状态与正常状态之间的相似程度的断路器运行状态辨识方法——相似性分析。文章论述了相似性分析方法的基本思想，并结合断路器操动机构振动信号分析和合分闸线圈电流波形分析阐述了相似性分析方法的具体应用。在相似性分析原则的实施中，文章应用了如Welch方法，数字滤波和参数拟合等多种信号处理和分析方法。 (4)以某110kV/10kV变电站为原型，设计开发了高压断路器综合监控系统的后台软件。软件融合实践了频谱分析，相似性分析及断路器管理数据库开发等关键技术。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1高压断路器概述

1.1.1高压断路器的用途、分类和基本结构

1.1.2对高压断路器的基本要求

1.1.3高压断路器的故障统计与事故责任分析

1.2高压断路器的状态监测及检修策略

1.2.1状态监测及状态检修的概念

1.2.2设备维修制度的演变

1.2.3设备状态检修的技术涵义

1.3国外关于电气设备状态检修的研究现状

1.4我国高压断路器的检修现状

1.5本课题的研究意义

1.5.1对高压断路器实施状态检修的意义

1.5.2现有高压断路器状态监控系统中存在的问题

1.6本文的主要研究工作

2高压断路器综合监控系统的功能规划与结构设计

2.1高压断路器综合监控系统的基本目标

2.2高压断路器综合监控系统的监测内容

2.3高压断路器综合监控系统的结构

2.3.1一般监控系统的构成

2.3.2高压断路器综合监控系统的构成

2.4高压断路器综合监控系统的功能模块

2.4.1断路器电寿命分析模块

2.4.2操动机构振动信号监测与分析模块

2.4.3合分闸线圈电流波形监测与分析模块

2.4.4断路器管理数据库模块

2.5变电站综自系统中扩充断路器监控功能的构想

2.6本章小结

3细化频谱分析技术

3.1基带频谱分析技术

3.1.1基带谱分析原理

3.1.2基带谱分析的缺陷

3.2细化频谱分析

3.2.1概述

3.2.2复调制细化(Zoom-FFT)技术

3.2.3线性调频z变换(CZT)算法

3.2.4运算量的估算与比较

3.3仿真算例

3.4细化频谱分析在断路器操动机构振动信号分析中的应用

3.5本章小结

4基于相似性分析原则的波形辨识技术

4.1相似性判别原则

4.1.1故障诊断概述

4.1.2高压断路器状态判别原则的确立

4.2振动信号波形分析

4.2.1基于振动信号的断路器机械状态监测原理

4.2.2断路器振动信号的特征量提取

4.2.3基于相似性分析原则的振动波形辨识技术

4.3合分闸线圈电流波形分析

4.3.1.合分闸线圈电流波形监测原理

4.3.2自动时标算法

4.3.3曲线拟合用于合分闸线圈电流波形的特征量提取

4.4本章小结

5基于DELPHI 5的原型系统后台软件的开发与实现

5.1 DELPHI 5概述

5.2原型系统后台软件的功能组成

5.2.1原型数据库设计

5.2.2数据通信编程

5.2.3数据处理与分析

5.3原型系统后台软件的程序结构

5.4原型系统后台软件的人机交互

55本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2研究展望

致 谢

参考文献

附录A原型系统后台软件的人机交互

附录B研究生期间完成的工作