一种断路器缺陷部件的检测方法与流程

本公开涉及数据分析技术领域，具体涉及一种断路器缺陷部件的检测方法。

背景技术：

断路器是输配电系统中非常关键的设备，其运行状态直接影响着电力系统的运行稳定性和供电可靠性。机械故障是高压断路器的主要故障，因此对断路器的机械特性进行检测尤为重要。

现有技术中，对机械特性的检测手段多为机械特性仪，由于各台断路器的特性检测结果不能完全统一，因此国标或各公司标准范围的裕度很宽。在断路器内部存在缺陷部件时，由于缺陷部件的早期对断路器速度和位移影响较小，此时使用机械特性仪无法诊断出，从而会得到符合国标或各公司标准范围的结论。但是，随着断路器动作次数的累积，该缺项部件会出现严重变形、发生干涉等问题，进而对断路器速度和位移产生较大影响，此时，利用机械特性仪才能检测出故障。比如，国标要求m2级断路器机械寿命超过10000次，一般断路器在工厂内部分合闸次数不超过500次，此时通过机械特性仪无法诊断出断路器缺陷。若将带着缺陷部件的断路器装配到配电站后，随着断路器动作累积到达一定次数，就会很容易出现故障并严重影响安全，这也增加了公司的售后服务成本。因此亟需一种在断路器累积动作次数较小时，就检测出缺陷部件的技术方案。

技术实现要素：

为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种断路器缺陷部件的检测方法。

本公开实施例中提供了一种断路器缺陷部件的检测方法。

具体地，所述检测方法，包括如下步骤：

s1：将机械特性仪连接断路器采集断路器的机械特性仪数据，并将振动测试仪连接断路器采集断路器的振动测试仪数据，其中，所述机械特性仪数据与振动测试仪数据设置有相同的时间参考点；

s2：根据所述振动测试仪数据确定断路器是否正常运行，并在出现运行异常时，根据所述机械特性仪数据以及异常的振动测试仪数据得到导致运行异常的待验证条件；

s3：建立所述断路器的仿真模型，根据所述待验证条件设置仿真模型参数，得到仿真结果；

s4：在所述仿真结果能够模拟运行异常的变化趋势时，确定目标异常部件；否则排除当前的待验证条件，重复步骤s3-s4，得到下一待验证条件的仿真结果，直至确定出目标异常部件。

本公开在第一种实现方式中，步骤s1中设置所述机械特性仪数据与振动测试仪数据相同的时间参考点，采用以下任一种方式：

同时触发机械特性仪以及振动测试仪；

将断路器断口线与振动测试仪连接。

本公开在第二种实现方式中，步骤s1中采集振动测试仪数据时，将振动测试仪的传感器设置在断路器的以下一种或两种部件上：油缓冲接头或者合闸保持挚子。

本公开在第三种实现方式中，所述振动测试仪数据至少包括：各个振动波的时间点、峰值以及时长；所述机械特性仪数据至少包括：各个振动波对应的断路器位置。

本公开在第四种实现方式中，步骤s2中根据所述振动测试仪数据确定断路器是否正常运行，并在出现运行异常时，根据所述机械特性仪数据以及异常的振动测试仪数据得到导致运行异常的待验证条件，被实施为：

分别将各个振动波的时间点、峰值以及时长与相应的预设时间点阈值范围、预设峰值阈值范围以及预设时长阈值范围进行比较，若均在预设阈值范围内则确定断路器运行正常，否则确定断路器运行异常；

根据异常振动波对应的断路器位置确定产生异常振动波的零部件；

根据异常的时间点、峰值、时长数值以及所述产生异常振动波的零部件得到导致运行异常的待验证条件。

本公开在第五种实现方式中，所述预设时间点阈值范围、预设峰值阈值范围以及预设时长阈值范围采用如下方式确定：

以符合断路器的使用寿命为目标，选取经过测试的若干断路器的振动测试仪数据，从中分别确定时间点阈值范围、峰值阈值范围、时长阈值范围的最大值和最小值，并根据对应的所述最大值以及最小值分别确定预设时间点阈值范围、预设峰值阈值范围以及预设时长阈值范围；其中，确定阈值范围时的振动测试仪的传感器设置位置与检测断路器缺陷部件时的振动测试仪的传感器设置位置相同。

本公开在第六种实现方式中，步骤s3中在根据所述待验证条件设置仿真模型参数，得到仿真结果之前，还包括：

根据断路器的实际使用工况初始化仿真模型参数，并以符合断路器的国标要求为目标，调整仿真模型参数。

本公开在第七种实现方式中，所述检测方法还包括：

s5：更换目标异常部件，重复步骤s1-s5，至断路器无运行异常情况发生。

根据本公开实施例提供的技术方案，结合机械特性仪和振动测试仪来检测断路器的缺陷部件，在分析采集的机械特性仪数据和振动测试仪数据时，设置相同的时间参考点，根据所述机械特性仪数据以及异常的振动测试仪数据得到导致运行异常的待验证条件，然后通过仿真模型一一验证待验证条件，在待验证条件中，若根据某一个待验证条件得到的仿真结果能够模拟运行异常的变化趋势，则将该异常部件确定为目标异常部件。该技术方案通过分析断路器运动产生的异常振动波，然后对应相同时间点的机械特性仪数据找到产生异常振动波的零部件，接着由异常振动波的数据初步分析出运行异常原因，通过仿真模型进一步验证初步判断的异常部件是否确有缺陷，最后结合仿真结果得到目标异常部件，从而能够在断路器运行的早期就发现并更换缺陷部件，避免了断路器在使用过程出现的安全隐患，保证了断路器的使用安全，也节省了售后成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1示出根据本公开实施例的断路器缺陷部件的检测方法的流程示意图；

图2a示出采集到的油缓冲接头处合闸时的振动测试仪数据示意图；

图2b示出采集到的油缓冲接头处分闸时的振动测试仪数据示意图；

图3a示出采集到的合闸保持挚子处合闸时的振动测试仪数据示意图；

图3b示出采集到的合闸保持挚子处分闸时的振动测试仪数据示意图；

图4a示出采集到的断路器合闸时的机械特性仪数据示意图；

图4b示出采集到的断路器分闸时的机械特性仪数据示意图；

图5示出220kv瓷柱式断路器标准振动数据阈值范围表；

图6示出修改油缓冲参数后与标准阈值范围内的振动加速度对比示意图；

图7示出修改合闸保持挚子尺寸后与标准阈值范围内的振动加速度对比示意图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。

在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。

另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

现有技术中，对机械特性的检测手段多为机械特性仪，由于各台断路器的特性检测结果不能完全统一，因此国标或各公司标准范围的裕度很宽。在断路器内部存在缺陷部件时，由于缺陷部件的早期对断路器速度和位移影响较小，此时使用机械特性仪无法诊断出，从而会得到符合国标或各公司标准范围的结论。但是，随着断路器动作次数的累积，该缺项部件会出现严重变形、发生干涉等问题，进而对断路器速度和位移产生较大影响，此时，利用机械特性仪才能检测出故障。若将带着缺陷部件的断路器装配到配电站后，随着断路器动作累积到达一定次数，就会很容易出现故障并严重影响安全，这也增加了公司的售后服务成本。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过分析断路器运动产生的异常振动波，然后对应相同时间点的机械特性仪数据找到产生异常振动波的零部件，接着由异常振动波的数据初步分析出运行异常原因，通过仿真模型进一步验证初步判断的异常部件是否确有缺陷，最后结合仿真结果得到目标异常部件，从而能够在断路器运行的早期就发现并更换缺陷部件，避免了断路器在使用过程出现的安全隐患，保证了断路器的使用安全，也节省了售后成本。

图1示出根据本公开实施例的断路器缺陷部件的检测方法的流程示意图。如图1所示，所述断路器缺陷部件的检测方法包括以下步骤s1-s4：

在步骤s1中，将机械特性仪连接断路器采集断路器的机械特性仪数据，并将振动测试仪连接断路器采集断路器的振动测试仪数据，其中，所述机械特性仪数据与振动测试仪数据设置有相同的时间参考点。

在本公开方式中，设置所述机械特性仪数据与振动测试仪数据相同的时间参考点，采用以下任一种方式：

第一种方式是，同时触发机械特性仪以及振动测试仪，并将同时触发的时间点t1作为时间参考点。比如，分别将断路器的分闸线圈、合闸线圈与振动测试仪连接，在断路器的分闸线圈、合闸线圈与振动测试仪的触发线路同时得电时，将该时刻的时间点t1作为时间参考点。需要说明的是，可以在时间点t1之前的任意时刻，提前将机械特性仪连接断路器，采集机械特性仪数据，本公开对此不做限制。

第二种方式是，将断路器断口线与振动测试仪连接，在断路器的断口开断的同时触发振动测试仪，将该时刻的时间点t2作为时间参考点。需要说明的是，可以在时间点t2之前的任意时刻，提前将机械特性仪连接断路器，采集机械特性仪数据，本公开对此不做限制。

在本公开方式中，采集振动测试仪数据时，将振动测试仪的传感器设置在断路器的以下一种或两种部件上：油缓冲接头或者合闸保持挚子。可以理解，振动测试仪的传感器还可设置在断路器的其他关键传动件或者经常发生故障的部件上，本公开对此不做限制。

在本公开方式中，所述振动测试仪数据至少包括：各个振动波的时间点、峰值以及时长；所述机械特性仪数据至少包括：各个振动波对应的断路器位置。比如，设置仪器采集t1后1s的数据，在1s的时间内采集到第一振动波、第二振动波，相应的记录第一振动波的时间点、峰值及时长，以及第二振动波的时间点、峰值及时长，然后对应第一振动波的时间点记录断路器位置，对应第二振动波的时间点记录断路器位置。

在本公开方式中，利用在相同的时间参考点采集到的机械特性仪器数据和振动测试仪数据，可以联合分析断路器在行程位置上振动波的异常，由于采集到的数据具有相同的时间参考点，从而解决了断路器累积动作次数较小时，无法由机械特性仪数据发现缺陷部件的技术问题，而由缺陷部件相比正常部件振动波的异常可以发现该缺陷部件，并借由振动波发生的时间点对应的机械特性仪数据，定位到该缺陷部件，从而实现了对断路器是否正常运行的初步判断。

在步骤s2中，根据所述振动测试仪数据确定断路器是否正常运行，并在出现运行异常时，根据所述机械特性仪数据以及异常的振动测试仪数据得到导致运行异常的待验证条件。

在本公开方式中，确定断路器是否运行正常需要分别将各个振动波的时间点、峰值以及时长与相应的预设时间点阈值范围、预设峰值阈值范围以及预设时长阈值范围进行比较，若均在预设阈值范围内则确定断路器运行正常，否则确定断路器运行异常。比如，第一振动波的预设时间点阈值范围为ta-tb、预设峰值阈值范围ga-gb以及预设时长阈值范围λa-λb，其中，a、b分别表示阈值范围的端点，当第一振动波的时间点t在ta-tb之间、同时满足第一振动波的峰值g在ga-gb之间，同时满足第一振动波的时长λ在λa-λb之间，则认为第一振动波显示的断路器运行正常；类似的，若检测到的第二振动波以及第n振动波(n为大于1的整数)均显示断路器运行正常，则综合第一振动波到第n振动波的振动测试仪数据，可以得到断路器运行正常的结论。

若各个振动波中出现一个或多个异常振动波，则认为断路器运行异常。其中，每个振动波若出现一个或多个阈值范围外的数据，则认为该振动波为异常振动波。比如，若第一振动波的时间点t不在ta-tb之间、但是满足第一振动波的峰值g在ga-gb之间，同时满足第一振动波的时长λ在λa-λb之间，则仍认为第一振动波为异常振动波。可以理解，当第一振动波的时间点、峰值及时长中的一个或多个数据不在阈值范围内时，也认为第一振动波为异常振动波。

需要说明的是，在利用振动测试数据确定断路器运行正常后，还可以进一步通过机械特性仪数据来确定断路器是否正常运行。具体地，可以设置第n振动波对应的断路器位置阈值范围la-lb，比如，第一振动波对应的断路器位置阈值范围la1-lb1，若第一振动波对应的断路器位置l在la1-lb1之间，则认为断路器运行正常，否则认为断路器运行异常。

在本公开方式中，在确定异常振动波后，就可以根据异常振动波对应的断路器位置确定产生异常振动波的零部件。然后根据异常的时间点、峰值、时长数值以及所述产生异常振动波的零部件得到导致运行异常的待验证条件。其中，该异常部件可以是振动测试仪的传感器所在位置的断路器部件，比如，油缓冲接头等，因此可以根据经验或者当前使用的油缓冲接头的工件参数来确定导致此次异常发生的待验证条件，该异常部件也可以是断路器运行位置处对应的部件，也就是说其他部件运动到断路器位置处与该处的异常部件发生振动产生了异常振动波，因此待验证条件之一即为验证异常振动波对应的断路器位置处的异常部件。

在本公开方式中，所述预设时间点阈值范围、预设峰值阈值范围以及预设时长阈值范围采用如下方式确定：

以符合断路器的使用寿命为目标，选取经过测试的若干断路器的振动测试仪数据，从中分别确定时间点阈值范围、峰值阈值范围、时长阈值范围的最大值和最小值，并根据对应的所述最大值以及最小值分别确定预设时间点阈值范围、预设峰值阈值范围以及预设时长阈值范围；其中，确定阈值范围时的振动测试仪的传感器设置位置与检测断路器缺陷部件时的振动测试仪的传感器设置位置相同。

以国标要求的m2级断路器为例，其机械寿命为超过10000次。在确定时间点阈值范围时，考虑到不同位置设置振动测试仪的传感器采集到的数据误差较大，因此测试条件下的断路器与实际工况下的断路器的传感器安装位置相同，而且测试条件也可以参照实际工况条件进行，从而减少了系统误差，然后利用测试条件下的断路器得出阈值范围，由于测试条件下的断路器均是满足断路器的机械寿命10000次要求，因此在实际工况下，在断路器相同安装位置采集的振动测试仪数据若在阈值范围内，则大概率说明该断路器在机械寿命10000次的运行过程中不会出现异常。具体地，对于符合断路器的使用寿命的断路器，可以根据需要选择若干组断路器统计其累积动作次数较小的条件下(比如500次或800次)，每个振动波发生的时间点范围的最大值和最小值，然后将统计的时间点最小值以及最大值作为时间点阈值范围。可以理解，在确定时间点阈值范围的同时，可以确定峰值阈值范围和时长阈值范围，本公开对此不予赘述。

在步骤s3中，建立所述断路器的仿真模型，根据所述待验证条件设置仿真模型参数，得到仿真结果。

在步骤s4中，在所述仿真结果能够模拟运行异常的变化趋势时，确定目标异常部件；否则排除当前的待验证条件，重复步骤s3-s4，得到下一待验证条件的仿真结果，直至确定出目标异常部件。

在本公开方式中，在仿真模型中，找出异常振动波所对应的断路器位置，修改相关部件参数，模拟缺陷。在仿真结果中，出现振动加速度发生的时间点、峰值、时长及断路器位置的变化趋势与步骤s1采集到的数据的变化趋势相同时，则认为所更改参数的部件很有可能为导致断路器运行异常的目标异常部件。

在本公开方式中，利用仿真模型对根据步骤s2中得到的待验证条件进行逐个验证，以模拟断路器运行异常的变化趋势，能够有效避免对异常部件的误判，提高了检测准确性。

根据本公开的实施例，步骤s3中在根据所述待验证条件设置仿真模型参数，得到仿真结果之前，还包括：

根据断路器的实际使用工况初始化仿真模型参数，并以符合断路器的国标要求为目标，调整仿真模型参数。

在本公开方式中，通过调整仿真模型参数，使仿真模型中的特性曲线符合国标或各公司要求，同时，调整仿真中的振动加速度发生的时间点及断路器位置与相应的阈值范围对应。

根据本公开的实施例，所述检测方法还包括：

s5：更换目标异常部件，重复步骤s1-s5，至断路器无运行异常情况发生。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过分析断路器运动产生的异常振动波，然后对应相同时间点的机械特性仪数据找到产生异常振动波的零部件，接着由异常振动波的数据初步分析出运行异常原因，通过仿真模型进一步验证初步判断的异常部件是否确有缺陷，最后结合仿真结果得到目标异常部件，从而能够在断路器运行的早期就发现并更换缺陷部件，避免了断路器在使用过程出现的安全隐患，保证了断路器的使用安全，也节省了售后成本。

下面通过具体的实例来说明本公开的技术方案。

现以220kv瓷柱式断路器为例说明本公开提供的断路器缺陷部件的检测方法，将该断路器连接机械特性仪以及振动测试仪，采用第二种方式设置时间参考点，也就是将220kv瓷柱式断路器的断口线引出连接在振动测试仪上，在断口得失电的同时触发振动测试仪，设置仪器采集触发前后时长各1s的振动数据。

将振动加速度传感器1布置在油缓冲接头处，图2a示出采集到的油缓冲接头处合闸时的振动测试仪数据示意图，图2b示出采集到的油缓冲接头处分闸时的振动测试仪数据示意图；将振动加速度传感器2布置在合闸保持挚子处，图3a示出采集到的合闸保持挚子处合闸时的振动测试仪数据示意图，图3b示出采集到的合闸保持挚子处分闸时的振动测试仪数据示意图；图4a示出采集到的断路器合闸时的机械特性仪数据示意图，图4b示出采集到的断路器分闸时的机械特性仪数据示意图，其中，图4a以及图4b中断口线位置对应的时间点即为时间参考点；图5示出220kv瓷柱式断路器标准振动数据阈值范围表。

油缓冲接头

将图2a与图2b采集的振动测试仪数据与图5中相应的阈值范围进行比较，从中可以看出：图2a采集的油缓冲接头处合闸时的第一振动波至第四振动波发生的时间点、峰值以及时长均在图5对应的阈值范围内，图4a采集的对应的断路器位置也在图5对应的阈值范围内。图2b采集的油缓冲接头处分闸时第三振动波发生的时间点为1022.2ms超过了图5中对应的1025±2ms，第三振动波的峰值5548g超过了图5中对应的1500±500g，其他分闸时的振动测试仪数据在阈值范围内，因此可以初步判断第三振动波为异常振动波，通过与图4b采集的断路器位置的时间点相对应，第三振动波发生时断路器位置在0.8mm，在图5对应的0-4mm范围内。

由于油缓冲接头处合闸数据正常，分闸第三振动波发生的时间点缩短而峰值增大，第三振动波发生时断路器位置在0.8mm，在分闸末期，得出待验证条件可能是油缓冲接头在分闸缓冲时提供的缓冲力过小，导致断路器运动速度快，撞击力大。

在仿真模型中，修改油缓冲接头参数，减小分闸缓冲力，图6示出修改油缓冲参数后与标准阈值范围内的振动加速度对比示意图，从中可以看出振动加速度发生的时间缩短，峰值增大，更改油缓冲参数后的第三振动波的时长和所对应的断路器位置仍在阈值范围以内，与实际采集的异常振动波变化趋势保持一致，因此可以认为油缓冲接头为目标异常部件，现场更换正常的油缓冲接头后，采集到的数据正常，缺陷消除。

合闸保持挚子

将图3a与图3b采集的振动测试仪数据与图5中相应的阈值范围进行比较，从中可以看出：图3a采集的合闸保持挚子处合闸时第二振动波的峰值为3800g超过了图5中对应的2500±300g，第二振动波的时长为11ms超过了图5中对应的5±2ms，其他合闸时的振动测试仪数据在阈值范围内，因此可以初步判断第二振动波为异常振动波，通过与图4a采集的断路器位置的时间点相对应，第二振动波发生时断路器位置在198mm，在图5对应的198-202mm范围内。图3b采集的合闸保持挚子处分闸时的第一振动波至第二振动波发生的时间点、峰值以及时长均在图5对应的阈值范围内，图4b采集的对应的断路器位置也在图5对应的阈值范围内。

由于合闸保持挚子处分闸数据正常，合闸第二振动波时长增长且峰值增大，第二振动波发生时断路器位置在198mm，在合闸末期，得出待验证条件可能是合闸保持挚子与扣接轴扣接时速度快，碰撞次数多，稳定慢，从而导致第二振动波峰值增大、时长增长。

在仿真模型中，修改合闸保持挚子尺寸，使合闸保持挚子与扣接轴间隙增大，图7示出修改合闸保持挚子尺寸后与标准阈值范围内的振动加速度对比示意图，从中可以看出振动加速度发生的时长增长，峰值增大，振动波发生的时间点较标准有所滞后但仍在阈值范围以内，所对应的断路器位置仍在阈值范围以内，与实际采集的异常振动波变化趋势保持一致，因此可以认为合闸保持挚子为目标异常部件，现场更换正常的合闸保持挚子后，采集到的数据正常，缺陷消除。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。