高压真空断路器机械特性在线监测研究

摘要

随着高压开关设备向着大容量、小型化和智能化的方向发展,电力部门对输变电的质量和可靠性要求也逐渐提高。高压断路器作为电力系统中最重要的电气设备之一,在电网中主要起控制和保护的双重作用。其性能的优劣直接影响到电力系统的可靠运行。实际运行和事故统计数据表明,机械故障占高压断路器整体故障的绝大部分,因此加强断路器机械特性的监测显得十分必要。
　　论文首先阐述了高压断路器在线监测的原理,并详细介绍了断路器机械特性监测的项目,包括断路器的行程-时间特性的测量、分合闸线圈电流的分析、振动信号的分析与处理。本文通过设计并实现了真空断路器的电源控制器,并利用高压开关动特性测试仪测取不同分、合闸电压下断路器的机械特性参数,通过对比分析,可以进一步掌握断路器机械特性,为实现高压断路器安全、可靠运行提供良好的实验参考依据,具有一定的应用价值。
　　针对高压真空断路器振动信号高强度冲击的特点,本文选择加速度传感器进行信号采集,并通过实验确定其最佳的安装位置。考虑到传感器输出信号的特点以及外界环境干扰信号的影响,本文设计了信号调理电路,包括电荷转换电路、低通滤波电路、电压偏置电路,为实现信号的可靠分析奠定了坚实基础。并在此基础上设计了一套基于TMS320F2812 DSP为主处理器的振动信号在线监测模块。
　　为建立断路器机械故障诊断知识库,本文通过实验仿真,获取了断路器处于正常状态下以及机构运动零部件脱落、基座螺丝松动这两种故障状态下的实测振动信号进行分析。针对傅里叶变换对振动信号进行频谱分析的不足,本研究采用基于小波分析的提取振动信号特征值的信号处理方法,包括小波奇异性检测、小波包-能量谱分析,并结合信息熵理论,提取了小波包-特征熵作为特征值。
　　理论分析与实验结果表明,本文所设计的在线监测与故障诊断系统能有效地对高压真空断路器的机械振动信号及主要机械特性参数进行在线监测,并能对故障状态做出正确的判断,具有一定的工程参考和实用价值。

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第一章 引言

§1.1 课题背景及研究意义

§1.2 高压断路器机械特性监测项目及其研究现状

§1.3 高压断路器在线监测存在的问题及其发展方向

§1.4 本论文的主要研究工作

§1.5 本章小结

第二章 高压断路器机械特性在线监测技术及相关理论

§2.1 高压断路器机械特性在线监测原理

§2.2 高压断路器机械特性在线监测项目

§2.3 高压断路器机械特性研究的理论基础

§2.4 本章小结

第三章 高压真空断路器机械动特性实验研究

§3.1 高压断路器操动机构电源控制电路

§3.2实验条件

§3.3 高压真空断路器动特性实验研究

§3.4 本章小结

第四章 高压真空断路器机械振动特性在线监测系统研究

§4.1 系统总体设计方案

§4.2 传感器的选型

§4.3 信号调理电路的设计

§4.4 基于DSP的数据采集系统的方案设计

§4.5上位机监控模块的设计

§4.6 本章小结

第五章 高压真空断路器机械振动特性在线监测实验研究

§5.1 监测系统实验结构

§5.2传感器的安装

§5.3断路器振动信号的奇异性分析

§5.4 振动信号的小波包-能量谱分析

§5.5 振动信号的小波包-特征熵分析

§5.6 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 本文总结

§6.2 研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果