苏云 谢营举 谷云飞
河南平高电气股份有限公司 河南省平顶山市 467000
摘要：合理的维修高压断路器担负着控制和保护电力系统的作用，它的性能对系统的可靠性有直接的影响，即使高压断路器种类丰富多样，但是从结构和原理上来看都是大致相同的，对高压断路器结构原理进行探究是分析断路器故障的前提条件。高压断路器的工作性能和可靠程度会直接影响到电力系统的安全性，因此研究高压断路器运行状态和故障类型及故障严重的程度的诊断方法具有重要的意义。
关键词：高压断路器；故障；在线状态监测系统
前言
国外的断路器监测技术已经成熟，并在断路器状态监测上得到了广泛应用，如德国西门子公司开发的断路器监测系统及GIS监测子系统，美国Hathway公司开发的BCM200断路器状态监测和瑞士ABB集团开发的SF6断路器状态监测系统可以监测断路器的合分闸线圈电流、触头行程等状态量。
1故障诊断理论及策略
1.1动态时间规整法
将动态时间规整法运用到高压断路器的诊断当中，主要是根据断路器振动信号的重复性与独特性的特点，将参考信号与待测信号两者进行对比时间特征量的相似程度，来获得最短弯曲路径来用于判断断路器的工作情况。这种方法其实是一种时域对比方法，对于早动类和延时的故障较为有效，但是对于信号强度变化的识别能力就过于差。
1.2专家系统法
故障诊断的专家系统是一种人工智能的就是计算机诊断系统。它可以对该领域的思维模式进行模仿，在实验建立、实验经验、理论分析中建立一个有效的知识库，推理分析所得到的信息，对设备的工作情况做出决议。但是很难建立故障诊断专家系统，尤其是在进行复杂诊断中，需要更多的知识库。
1.3相似性原则法
相似性原则的根本观念就是建立一个相对的判断基准，以参考正常的工作状态，比较参考状态与待测状态两者的相似度，当两者的相似度在一定的范围之内，就可以被称为待测状态正常值，如果不在一定的范围内就被称为待测状态故障值，这就要采取相应的手段。
1.4人工网络免疫法
人工网络免疫法是模拟生物免疫系统的新智能的一种算法，该算法具有较强的学习能力。在训练的过程中，抗原被作为故障信息系统，在相关的系统内出现了抗体后，要经过多次的更新来形成抗体集，在区分故障类型的过程中，诊断依据可以是距离抗原最近的抗体集。
1.5支持向量机法
利用非线性转换将输入空间转换到高维的空间中是支持向量机的基本原理。在这个空间内建造出最优线性分类的超平面。
1.6粒子群优化的神经网络
粒子群优化是全智能算法的一种新型的改进技术，它的特点是可以有效对参数进行调节，算法也比较简单。粒子群优化的神经网络的根本理念是将神经网络阈值和网络权值的影响进行转变，根据粒子群的算法的特点找到更合适的网络权值和阈值。
1.7各智能方法的交叉融合
人工智能的方法还有模糊算法和遗传算法等不同种工具。在最近几年，它们和其他的智能方法尤其是故障树和支持向量机相结合的运用逐渐增加，这些都可以作为是故障断路器的诊断。
2断路器故障监测装置结构
2.1装置原理
高压断路器机械故障振动监测装置通过前端振动传感器采集机构的振动信号，然后通过振动信号处理模块进行放大滤波处理，再经过A/D转换成数字信号后传输给控制芯片。通过小波变换实现振动信号的处理，根据处理的结果与设定的振动阈值相比较，从而判断机构是否故障。当判断出断路器出现故障时，通过本装置可以实现快速报警，以便工作人员能够及时快速处理故障，从而有效调整高压断路器的安全状态。
2.2装置组成
整个断路器机械故障监测装置主要分为振动信号采集模块、信号处理模块以及报警模块3个模块。振动信号采集模块主要是对断路器的机构振动进行检测，通过无接触式检测，降低电网安全干扰系数。信号处理模块主要对前端采集的振动信号进行快速滤波放大处理。信号处理模块主要包含信号放大电路、信号滤波电路以及模数转换模块，将微弱带有杂余信号的振动信号过滤放大后传输给控制芯片再进行处理。根据处理结果给出断路器是否出现故障的准确判断，同时发出报警信号给工作人员进行故障处理。
高压断路器在分合闸过程中伴随着振动信号的产生，通过对不同状态的振动信号进行分析，可及时了解断路器的分合状态，对断路器的机构是否发生故障作出指示。为保障所采集振动信号的完整性，对振动传感器进行了精准的选择。本装置中选用的振动传感器采用低频传感器，内置一级微型IC放大器，可以对信号进行一级放大。考虑到变电站现场环境的复杂性，振动传感器安装在灭弧室和操动机构中间弹簧机构的缓冲器附近，同时为避免环境噪声的影响，振动传感器本身产生的干扰小、噪声低。信号处理终端是本装置的核心。前端振动传感器采集的振动信号由于受到环境因素影响，信号比较复杂，可能存在杂波、信号弱等问题。因此，信号处理终端主要对前端采集的振动信号进行处理。本装置中，信号处理终端包括二级放大电路、低通滤波电路以及模数转换电路。放大电路的主要作用是对一级放大信号进行二次放大。低通滤波主要是过滤放大后振动信号中的杂波。由于控制芯片只能接收数字信号，而传感器采集的是模拟信号，因此需要通过A/D转换模块进行转换。本文中放大电路采用仪表放大器MAX4196芯片，信号滤波电路采用二阶低通ButterWorth滤波电路。为实现故障提示预警，本文采用WT588D语音芯片作为故障报警模块的主芯片，该芯片具有精确度高、传输速率快等优点，采用独特的SPI模式，根据不同需求进行设置，当设置语音播放时，BUSY输出低电平;播放结束时，输出高电平，同时此时电压接近模块的供电电压，通过功能模块自带的控制功能实现语音播放是否结束，起到自动控制报警的功能。
3断路器故障预警软件设计
为了能够实现故障自动预警，在控制模块中设置振动的阈值，通过振动传感器检测的信号值A与系统设置的阈值进行比较，来决定是否报警。
4结论
本文通过对高压断路器机械故障进行在线监测，采用振动传感器进行前端信号采集，通过小波变换算法进行信号处理，最终通过控制指令实现装置报警。通过振动传感器对断路器的故障进行检测，能够带来以下有益效果。
a.获取振动信号方便，装置供电采用低压，与高压完全隔离，后期维护方便，另外，不会对电力设备产生人为干扰，是一种智能化程度较高的非接触测量方法。
b.振动监测装置的传感器安装不需要改变高压断路器原有机构，不会对主网设备造成干扰，不影响电网的安全运行，具有高可靠性。
c.振动传感器体积较小，安装维护方便，同时安装在断路器缓冲器上，对信号的获取也比较方便。本文通过软件和硬件有效结合，采用小波变换对振动信号进行处理，以此判断断路器机械故障的可行性和有效性，通过分析判断可以实现对高压断路器进行故障预警，能够解决常规人为检查难以发现的故障技术难题。在后期进一步研究基础上，可以将小波变换与多传感器数据融合技术相结合，运用在同时对多个高压断路器进行故障预警上，全面保证断路器的安全可靠运行。
参考文献：
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［2］王虎．基于小波包和模糊Petri网的输电线路故障类型识别方法［J］．东北电力技术，2019，40(6):30－33，51．