一种高压断路器状态诊断方法及真空灭弧室结构与流程

1.本发明涉及高压断路器领域，尤其是涉及一种高压断路器状态诊断方法及真空灭弧结构。


背景技术：

2.高压断路器是电力系统中重要的保护和控制设备，高压断路器的性能直接或间接影响着电力系统的可靠性和稳定性。控制是将一部分电气设备或者是线路加入或者退出到运行状态，转为备用或者检修状态，保护作用是在设备发生故障时，通过继电器保护并且自动装置动作断路器，将故障部分从电网中切除，保护电网正常运行，所以一个工作正常的高压断路器在电网中的作用是至关重要的，而诊断高压断路器状态，随时保证高压断路器稳定而正常的工作就显得非常重要。
3.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种基于大数据技术的高压断路器状态检测及故障诊断方法”，其公告号cn111289888a，包括a)通过高压断路器故障模拟装置模拟高压断路器故障，并记录故障发生过程中高压断路器的检测数据，作为参照检测数据；b)对待检测高压断路器进行二次回路检测、回路电阻测试和机械特性试验，获得实时检测数据；c)将实时检测数据与参照检测数据对比，若实时监测数据与参照检测数据差别小于设定阈值，则判断实时检测数据对应的高压断路器存在故障。这种诊断方法需要监测的数据量庞大，监测过程和测试工作量过多。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的监测数据量庞大的问题，提供了一种高压断路器状态诊断方法及真空灭弧室结构，可以通过对动触头行程特性的捕捉，实现高压断路器状态的诊断。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高压断路器状态诊断方法，包括以下步骤：s1：通过仿真软件模拟高压断路器故障时真空灭活室中动触头产生的特征信息；s2：将对应的特征信息与故障相关联，生成故障样本数据库；s3：利用传感器对工作时的高压断路器的动触头定期进行信息采集；s4：将采集数据与故障样本数据库进行匹配对比；s5：通过聚类算法筛选即可诊断高压断路器状态。
6.高压断路器在关合过程中，特别是关合短路电流时，会产生触头熔焊；当动、静触头在操动机构作用下带电分闸时，触头之间的间隙将燃烧真空电弧，并在电流过零时熄灭电弧；电弧的高温作用使触头表面烧损或者变形，造成触头的电磨损，所以通过分析动触头的行程特性变化，可发现较多的机械故障隐患，并预测可能出现故障。
7.作为优选，所述s1中产生的特征主要包括动触头的行程特性和速度、接触电阻的阻值。
8.作为优选，所述动触头的分合动作由操动机构带动，所述操动机构为弹簧操动机构。
9.合闸时，触头表面接触后，操动机构再继续前进一段距离，使得触头之间的接触压力增加，以保证一定的触头间压力和接触电阻。
10.作为优选，所述动触头包括动触头触发电路，所述触发电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电源vcc、光耦合器u1、运算放大器u2、电源vdd和触发开关k1，电阻r1的一端与出发开关k1的触点3相连，电阻r1的另一端与电源vcc相连，触发开关的触点2与光耦合器u1的发射机正极相连，光耦合器u1的发射级负极接地，光耦合器u1的接收端e极与电阻r2的一端和运算放大器u2的输入端负极相连，电阻r2的另一端与电阻r4的一端和地相连，电阻r4的另一端与电阻r3的一端和运算放大器u2的输入端正极相连，耦合器u1的接收端c极与电阻r3的一端、电源vdd和运算放大器u2的正电源端相连，运算放大器u2的负电源端接地，运算放大器的输出端与高压断路器主控板相连。
11.作为优选，所述s5中聚类算法中对于单独的样本i的轮廓系数公式为：式中，s
i
为样本的轮廓系数，a
i
为样本i到同类别其他点的平均距离，b
i
为样本i到最近不同类别中样本的平均距离；扭曲度的计算公式为：式中，x表示所有点的分布，p表示每个点的维度，γ表示x每个维度之间的协方差矩阵，c1,
…
,c
k
表示k个聚类中心，d表示扭曲度。
12.作为优选，所述接触电阻r包括收缩电阻r
s
和薄膜电阻r
v
，薄膜电阻r
v
是接触元器件的接触表面覆盖的薄膜所产生的电阻，收缩电阻r
s
的表达式为：式中，r0为室温下收缩电阻阻值，β为电阻温度系数，u为接触部位的降压，ρ为接触材料电阻系数，τ为接触材料的导热系数，τ为接触部位的维度。
13.三者的关系表达式为：r＝r
s
r
v
式中，r为接触电阻，r
s
为收缩电阻，r
v
为薄膜电阻。
14.所述扭曲度d值通过聚类算法求解大小，与故障样本数据库中的值进行比较，若d≤d0则判定高压断路器正常，若d＞d0则判断高压断路器短路。
15.一种真空灭弧室结构，包括动触头、静触头、绝缘外壳、动导电杆、静导电杆、波纹管和屏蔽罩，绝缘外壳在最外面包裹所有零件，波纹管的一端固定连接在绝缘外壳的一个端面上，另一端连接在动导电杆上，动触头焊在动导电杆的一端，静触头在动触头上面，通过动触头的运动相连，静触头焊在静导电杆的一端，静导电杆的另一端与绝缘外壳连接，屏蔽罩设置在动触头和静触头周围。
16.作为优选，所述动触头为纵向磁场线圈式触头结构。
17.因此，本发明有如下有益效果：1.可以简化数据的监测程序，便于操作和监测；2.可以通过d值的大小预判高压断路器状态进而提高电力系统的安全指数；3.通过聚类算法节省了数据对比的时间，提高了效率。
附图说明
18.图1是本实施例动触头触发电路电路图。
19.图2是本实施例真空灭弧室结构示意图。
20.图中：1、动触头2、静触头3、绝缘外壳4、动导电杆5、静导电杆6、波纹管7、屏蔽罩。
具体实施方式
21.下面结合附图与具体实施方式对本实施例做进一步的描述。
22.图1为动触头触发电路电路图，当高压断路器进行合闸或分闸动作时，下位机开始对以上所述各路信号进行采集，并发送至上位机，触发电路即是产生此控制信号的电路；合闸或分闸时，控制回路中相应的触点会动作，所以，可对控制回路中的一个辅助触点状态进行采样；合闸时，其常开触点闭合，则触发采样电路输出一负脉冲，以此作为采样开始时刻，与高压断路器的故障状态相结合，生成样本数据库d0；对于单独的样本i的轮廓系数公式为：式中，s
i
为样本的轮廓系数，a
i
为样本i到同类别其他点的平均距离，b
i
为样本i到最近不同类别中样本的平均距离；扭曲度的计算公式为：式中，x表示所有点的分布，p表示每个点的维度，γ表示x每个维度之间的协方差矩阵，c1,
…
,c
k
表示k个聚类中心，d表示扭曲度。
23.将扭曲度d与故障样本数据库中d0的值进行比较，若d≤d0则判定高压断路器正常，若d＞d0则判断高压断路器短路；根据过往数据测试系统多次统计，设定d0为1.65。
24.图2为本实施例真空灭弧室结构示意图，包括动触头1、静触头2、绝缘外壳3、动导电杆4、静导电杆5、波纹管6和屏蔽罩7，绝缘外壳3在最外面包裹所有零件，波纹管6的一端固定连接在绝缘外壳3的一个端面上，另一端连接在动导电杆4上，动触头1焊在动导电杆4的一端，静触头2在动触头1上面，通过动触头1的运动相连，静触头2焊在静导电杆5的一端，静导电杆5的另一端与绝缘外壳3连接，屏蔽罩7设置在动触头1和静触头2周围。
25.真空断路器的触头只有简单的动触头和静触头之分。通过测量其接触电阻也可评估断路器活动接触处的劣化状态及其载流状态，判断触头的烧损情况。
26.接触电阻r包括收缩电阻r
s
和薄膜电阻r
v
，薄膜电阻r
v
是接触元器件的接触表面覆盖的薄膜所产生的电阻，收缩电阻r
s
的表达式为：
式中，r0为室温下收缩电阻阻值，β为电阻温度系数，u为接触部位的降压，ρ为接触材料电阻系数，τ为接触材料的导热系数，τ为接触部位的维度。
27.三者的关系表达式为：r＝r
s
r
v
式中，r为接触电阻，r
s
为收缩电阻，r
v
为薄膜电阻。
28.合闸时，触头表面接触后，操动机构再继续前进一段距离，触头弹簧压缩，使触头间的接触压力增加，以保证一定的触头间压力和接触电阻。动、静触头在操动机构触头压力的作用下剧烈碰撞，在破坏触头材质的同时，影响触头的接触电阻。若接触电阻增大，触头间超过规定的烧损量，则正常通流时触头就会发热，在开断短路电流时就会熔焊，甚至爆炸。所以通过计算接触电阻的阻值是评判高压断路器寿命的重要因素。
29.本发明的工作过程如下：通过仿真软件模拟高压断路器故障时真空灭活室中动触头产生的特征信息，将对应的特征信息与故障相关联，生成故障样本数据库，利用传感器对工作时的高压断路器的动触头定期进行信息采集，将采集数据与故障样本数据库进行匹配对比，通过聚类算法将扭曲度d与故障样本数据库中d0的值进行比较，若d≤d0则判定高压断路器正常，若d＞d0则判断高压断路器短路。
30.本发明并不限于上文描述的实施方式，以上所述仅是本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡是依据本发明的技术实质所作的任何修改、等同变换、改进等，均属于本发明所要求的保护范围。