开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障诊断特征波形发生装置的制作方法

本发明属于电力设备绝缘检测技术及其应用领域，特别是涉及开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障诊断特征波形发生装置。

背景技术：

开关设备的分合闸动作通常是在发出动作命令后，分合闸线圈通电使铁芯运动，触发分合闸挚子脱扣来完成。开关设备线圈由于加工工艺不良、绕制工艺缺陷、匝间排列混乱等原因，会导致线匝间的绝缘降低甚至出现匝间短路，即线圈匝间短路故障。匝间短路故障将造成发出开关设备动作命令后线圈产生的磁力减小，线圈吸合时电流增大，严重时将无法正常完成分、合闸操作，甚至因长时间通电导致线圈发热直至烧毁，引发开关设备拒动的严重故障。据统计，类似故障案例在系统内进口开关设备厂家及国产开关设备厂家中已出现多起，对电网和设备安全运行造成严重威胁。开关设备的分合闸动作通常是在发出动作命令后，分合闸线圈通电使铁芯运动，触发分合闸挚子脱扣来完成。开关设备线圈由于加工工艺不良、绕制工艺缺陷、匝间排列混乱等原因，会导致线匝间的绝缘降低甚至出现匝间短路，即线圈匝间短路故障。匝间短路故障将造成发出开关设备动作命令后线圈产生的磁力减小，线圈吸合时电流增大，严重时将无法正常完成分、合闸操作，甚至因长时间通电导致线圈发热直至烧毁，引发开关设备拒动的严重故障，对电网和设备安全运行造成严重威胁。

目前对开关设备线圈的检测有北京交通大学的学者，采用小波分析与时域求极值点相结合的方法来获取高压开关设备分合闸线圈电流信号特征值，并根据该特征值对开关设备的故障判别方法进行研究。文章认为，在高压开关设备的合、分操作过程中，线圈电流的任何变化都是铁心运动细节的真实写照，直流电磁线圈的电流波形中包含着丰富的信息。根据线圈电流波形可了解铁心的运动行程，依据电流波形与电流信号的特征可判断铁心运动是否存在卡滞、脱扣、拒分、拒合等现象。该技术由于采用电流传感器获取线圈工作电流波形，根据电流特征实现故障判断，存在易被现场噪声干扰、特征量判断困难、现场使用不便等缺点。另外就是采用动作特性测试技术，对开关设备整体进行检测。但是动作特性检测时针对开关设备整体特性，侧重点并不在开关设备线圈本体，技术手段与重复脉冲检测技术完全不同。

此外，发明cn105277835a提供了一种线圈型电力设备匝间短路故障诊断特征提取装置与分析系统及装置。发明专利cn106569080a公开了一种基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法。从上述专利公开的技术特征可知，其研究重点主要在于匝间短路检测的基本原理、判断方法与定位思路。然而，在实际应用中，如何产生两路完全一致的波形是一个难题，因为在实际应用中，本领域技术人员均知，无论是采用dds还是变压器耦合等方式，都无法准确产生两路一致的脉冲，特别是在高频时，更容易产生高频干扰，使得脉冲发生器本身输出的两路信号存在误差，导致故障判断出现偏差。

综上所述，现有的开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障检测方法存在一定局限性和不足，当前检测技术的研究重点主要着眼于现场检测的手段与诊断方法，对于检测仪器本身性能提升方面的研究成果较少。对如何产生两路完全一致波形的难题尚未得到解决，实际现场需要一种安全、便携、灵活的开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障诊断特征波形发生装置以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能获得准确故障诊断检测数据的安全、便携、灵活的开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障诊断特征波形发生装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障诊断特征波形发生装置，其包括电源模块、特征脉冲发生模块、信号输出与负载模块和电池；所述电池的输出端接电源模块的相应输入端；所述电源模块的输出端接特征脉冲发生模块的相应输入端；所述特征脉冲发生模块的输出端接信号输出与负载模块的相应输入端。

所述电源模块采用低纹波dc-dc模块，将电池的输出电压转换成12v直流电源，纹波不大于20mv，输出电流不小于3a；所述电源模块包括1~4脚；所述电源模块的1脚与2脚为电源模块的输入端，电源模块的1脚接电池的电源输出端，所述电源模块的2脚接电池的接地端；所述电源模块的3脚与4脚为电源模块的输出端，电源模块的4脚接地。

所述特征脉冲发生模块包括二极管d21、二极管d22、晶闸管s21、稳压电容c21、限流电阻r21、脉宽调节电容c22、二极管d23、去耦电容c23、输入端口1脚~2脚、输出端口3脚~4脚；所述特征脉冲发生模块的输入端口1脚接电源模块的3脚，所述特征脉冲发生模块的输入端口2脚接电源模块的4脚，特征脉冲发生模块的输入端口2脚接特征脉冲发生模块的输出端口4脚；所述稳压电容c21并联在特征脉冲发生模块的输入端口1脚~2脚之间；所述二极管d21与二极管d22的正极相连，所述二极管d21负极接特征脉冲发生模块的输入端口1脚，所述二极管d22负极接特征脉冲发生模块的输入端口2脚；所述限流电阻r21接在特征脉冲发生模块的输入端口1脚与晶闸管s21的正极之间；所述脉宽调节电容c22接在特征脉冲发生模块的输入端口2脚与晶闸管s21的正极之间；所述二极管d23的正极接晶闸管s21的门极，所述二极管d23的负极接晶闸管s21的正极；所述晶闸管s21的负极接特征脉冲发生模块的输出端口3脚；所述去耦电容c23并联在特征脉冲发生模块的输出端口3脚~4脚之间。

所述信号输出与负载模块包括二极管d31、二极管d32、igbt模块q1、igbt模块q2、电阻r31、电阻r32、二极管d33、二极管d34、输入端口1脚和2脚；所述信号输出与负载模块的输入端口1脚接特征脉冲发生模块的输出端口3脚，所述信号输出与负载模块的输入端口2脚接特征脉冲发生模块的输出端口4脚；所述igbt模块q1的发射极接igbt模块q2的集电极，所述igbt模块q1的集电极接信号输出与负载模块的输入端口1脚，igbt模块q2的发射极接地；二极管d31的正极接信号输出与负载模块的输入端口1脚，二极管d31的负极接igbt模块q1的栅极；二极管d32的负极接信号输出与负载模块的输入端口1脚，二极管d32的正极接igbt模块q1的栅极；二极管d33反向并联在igbt模块q1的集电极与发射极之间，二极管d34反向并联在igbt模块q2的集电极与发射极之间；电阻r31与电阻r32串联后接在信号输出与负载模块的输入端口1脚与地之间，所述电阻r31与电阻r32的节点为p；被测开关设备线圈l31接在节点p与igbt模块q1的发射极之间。

本发明的有益效果是：本发明电路器件少，减少了电路器件的故障概率，提高了系统的可靠性；电路产生指数类脉冲，上升沿平滑，不存在高频毛刺，且操作人员通过调节脉宽调节电容c22，可方便地调整高频重复脉冲的指数上升沿与下降沿，大大提高了系统准确性和工作人员检测的效率；采用了的耦合方式保证两路输出脉冲的一致性，降低了原始信号不一致产生的误差，提高了抗干扰能力；使用本发明进行现场检测时，故障判断准确，可精确到一个线圈，相对传统的直流电阻测试、机械特性测试等方法灵敏度更高，且故障严重程度判断简便、直观；由于测试电压幅值在1-10v之间，且测试时可靠接地，因此既不对开关设备线圈产生影响，也不对检测人员安全产生危害，是无损测试方法；本发明装置体积小、重量轻、方便携带，而且分析简便、操作简单，适合现场测试使用。本发明主要从检测装置本身特征出发，着眼于如何获得准确的检测数据，从而为开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障诊断提供坚实、客观的数据基础；本发明具有安全、便携、灵活与准确等特点，解决了当前开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障诊断中特征波形产生的问题，提升了相关领域的技术水平，弥补了检测技术在实际应用中的不足。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为特征脉冲发生模块组成示意图。

图3为信号输出与负载模块组成示意图。

具体实施方式

由图1-3所示的实施例可知，它包括电源模块、特征脉冲发生模块、信号输出与负载模块和电池；所述电池的输出端接电源模块的相应输入端；所述电源模块的输出端接特征脉冲发生模块的相应输入端；所述特征脉冲发生模块的输出端接信号输出与负载模块的相应输入端。

所述电源模块采用低纹波dc-dc模块，将电池的输出电压转换成12v直流电源，纹波不大于20mv，输出电流不小于3a；所述电源模块包括1~4脚；所述电源模块的1脚与2脚为电源模块的输入端，电源模块的1脚接电池的电源输出端，所述电源模块的2脚接电池的接地端；所述电源模块的3脚与4脚为电源模块的输出端，电源模块的4脚接地。

所述特征脉冲发生模块包括二极管d21、二极管d22、晶闸管s21、稳压电容c21、限流电阻r21、脉宽调节电容c22、二极管d23、去耦电容c23、输入端口1脚~2脚、输出端口3脚~4脚；所述特征脉冲发生模块的输入端口1脚接电源模块的3脚，所述特征脉冲发生模块的输入端口2脚接电源模块的4脚，特征脉冲发生模块的输入端口2脚接特征脉冲发生模块的输出端口4脚；所述稳压电容c21并联在特征脉冲发生模块的输入端口1脚~2脚之间；所述二极管d21与二极管d22的正极相连，所述二极管d21负极接特征脉冲发生模块的输入端口1脚，所述二极管d22负极接特征脉冲发生模块的输入端口2脚；所述限流电阻r21接在特征脉冲发生模块的输入端口1脚与晶闸管s21的正极之间；所述脉宽调节电容c22接在特征脉冲发生模块的输入端口2脚与晶闸管s21的正极之间；所述二极管d23的正极接晶闸管s21的门极，所述二极管d23的负极接晶闸管s21的正极；所述晶闸管s21的负极接特征脉冲发生模块的输出端口3脚；所述去耦电容c23并联在特征脉冲发生模块的输出端口3脚~4脚之间。

所述信号输出与负载模块包括二极管d31、二极管d32、igbt模块q1、igbt模块q2、电阻r31、电阻r32、二极管d33、二极管d34、输入端口1脚和2脚；所述信号输出与负载模块的输入端口1脚接特征脉冲发生模块的输出端口3脚，所述信号输出与负载模块的输入端口2脚接特征脉冲发生模块的输出端口4脚；所述igbt模块q1的发射极接igbt模块q2的集电极，所述igbt模块q1的集电极接信号输出与负载模块的输入端口1脚，igbt模块q2的发射极接地；二极管d31的正极接信号输出与负载模块的输入端口1脚，二极管d31的负极接igbt模块q1的栅极；二极管d32的负极接信号输出与负载模块的输入端口1脚，二极管d32的正极接igbt模块q1的栅极；二极管d33反向并联在igbt模块q1的集电极与发射极之间，二极管d34反向并联在igbt模块q2的集电极与发射极之间；电阻r31与电阻r32串联后接在信号输出与负载模块的输入端口1脚与地之间，所述电阻r31与电阻r32的节点为p；被测开关设备线圈l31接在节点p与igbt模块q1的发射极之间。该模块输出的测试电压幅值在1-10v之间，远小于开关设备的最低动作电压。

所述晶闸管s21的型号为bt169。所述igbt模块q1及igbt模块q2的型号均为fqd2n100。

本发明主要从检测装置本身的特征脉冲产生、特征脉冲选取等技术特点出发，着眼于如何获得准确的检测数据，从而为故障诊断提供坚实、客观的数据基础。

本发明提供开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障诊断特征波形发生装置，具有安全、便携、灵活与准确等特点，解决了当前开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障无脉冲技术检测的问题，提升了相关领域的技术水平，弥补了检测技术在实际应用中的不足。

本发明的电池为可充电锂电池，锂电池内部包含保护模块，可完成电池的过充、过放保护，电池输出电压16.8v。电源模块采用低纹波dc-dc模块，可将电池输入电池转换成12v直流电源，纹波不大于20mv，输出电流不小于3a。

故障诊断的方法包括如下步骤：

采集开关设备分合闸线圈一端的脉冲响应波形，命名为信号1；采集开关设备分合闸线圈另一端的脉冲响应波形，命名为信号2；信号1与信号2的求差值，该差值信号命名为特征信号，当特征信号的幅值超过300mv，则判断存在匝间短路故障。本发明创造性地解决了在开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障检测现场，通过脉宽调节电容c22方便地调节重复脉冲发生单元的电路参数，实现高频重复脉冲的前沿与后沿调节，提高了现场检测效果和定位精度。

本发明可产生微秒级前沿脉冲，并可通过特征脉冲发生模块电路参数方便地调节脉冲幅值、脉冲频率与脉冲前沿。本发明用于开关设备分合闸线圈匝间绝缘故障的检测时，可准确获取开关设备分合闸线圈两端的响应脉冲。将响应脉冲在同样时间坐标系下进行处理，可获得特征波形。通过特征波形在线圈正常时与故障时的变化，可判断线圈是否有故障。同时，通过计算特征波形的起始时刻，还可定位开关设备分合闸线圈匝间短路位置。本发明为开关设备分合闸线圈的现场检测提供了快速、可靠、安全的检测手段。