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低壓斷路器是低壓配電系統(tǒng)中重要的控制和保護(hù)設(shè)備，其可靠運(yùn)行對電力系統(tǒng)極其重要。隨著操作次數(shù)的增加，斷路器承受的電氣應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械部件的性能退化，最終無法正常運(yùn)行，因此，如何有效且準(zhǔn)確地監(jiān)測斷路器內(nèi)外部信號并在線診斷斷路器性能退化部件和退化程度是目前亟須解決的問題。

其中，通過監(jiān)測斷路器機(jī)械特性對其性能進(jìn)行評估是最常用的方法。斷路器的機(jī)械特性主要包括觸頭開距、觸頭超程、合分閘時(shí)間、合分閘速度和操作力矩等。其中，觸頭超程是非常關(guān)鍵的特征量，它不僅影響其他機(jī)械特性，還會(huì)影響回路電阻、斷路器機(jī)械壽命以及電壽命。目前，斷路器的狀態(tài)監(jiān)測一般包括線圈電流信號監(jiān)測、振動(dòng)信號監(jiān)測和聲音信號監(jiān)測三類。其中，斷路器分合閘線圈中的電流信號包含大量的斷路器運(yùn)行信息，梅飛和倪建軍等通過分析斷路器機(jī)構(gòu)故障對分合閘線圈電流信號的影響，實(shí)現(xiàn)斷路器狀態(tài)的在線監(jiān)測與故障診斷。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者在利用振動(dòng)信號監(jiān)測斷路器性能方面已取得了許多有價(jià)值的成果，在監(jiān)測斷路器觸頭超程方面的成果也頗為豐富。但是，關(guān)于機(jī)械部件和觸頭超程性能退化對斷路器操作性能影響機(jī)理的研究較少，且狀態(tài)監(jiān)測方法的主要研究對象為高壓斷路器。同時(shí)框架斷路器在實(shí)際使用過程中常會(huì)出現(xiàn)零部件磨損、變形、斷裂等故障，這些故障會(huì)導(dǎo)致斷路器運(yùn)行性能降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成斷路器合分閘失敗等事故。

為了準(zhǔn)確監(jiān)測低壓斷路器的機(jī)械特性，省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）、河北省電磁場與電器可靠性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）的研究人員胡博凱、李奎、牛峰、趙成晨，在2022年第13期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出基于操作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的低壓斷路器機(jī)械特性狀態(tài)監(jiān)測方法。

圖1 框架斷路器操作性能監(jiān)測與評估過程

他們首先根據(jù)操作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性分析機(jī)構(gòu)合分閘過程中的旋轉(zhuǎn)特征，并選取能夠反映操作機(jī)構(gòu)性能的特征量；其次，定量分析觸頭磨損、機(jī)構(gòu)磨損和分閘彈簧斷裂對機(jī)構(gòu)性能的影響，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測特征量的變化實(shí)現(xiàn)機(jī)械部件性能的診斷；最后，通過定量計(jì)算觸頭超程性能退化對分閘能量和機(jī)構(gòu)性能的影響，實(shí)現(xiàn)觸頭超程狀態(tài)的監(jiān)測。

圖2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖

研究人員指出，框架斷路器機(jī)械部件和觸頭超程發(fā)生性能退化時(shí)會(huì)導(dǎo)致操作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生改變，根據(jù)操作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性，可選取機(jī)構(gòu)合、分閘過程中的特征量，能夠有效地反映機(jī)械部件和觸頭超程的狀態(tài)。

另外，他們的研究結(jié)果表明：根據(jù)合分閘過程中操作機(jī)構(gòu)各部件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，能夠定量計(jì)算觸頭磨損、操作機(jī)構(gòu)磨損和分閘彈簧斷裂對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)波形中特征量的影響，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測特征量的變化，實(shí)現(xiàn)框架斷路器性能退化部件和退化程度的診斷；根據(jù)操作機(jī)構(gòu)分閘過程中的能量關(guān)系，能夠定量計(jì)算觸頭超程性能退化對分閘能量和分閘階段斜率的影響，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測斜率的變化，完成框架斷路器觸頭超程狀態(tài)的監(jiān)測以及操作性能的評估。

本文編自2022年第13期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“低壓斷路器機(jī)械特性狀態(tài)監(jiān)測方法研究”。本課題得到國家自然科學(xué)基金和河北省自然科學(xué)基金的支持。