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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(duì)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(cè)斷路器內(nèi)外部信號(hào)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(cè)斷路器機(jī)械特性對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)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(cè)一般包括線圈電流信號(hào)監(jiān)測(cè)、振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)和聲音信號(hào)監(jiān)測(cè)三類。其中，斷路器分合閘線圈中的電流信號(hào)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(duì)分合閘線圈電流信號(hào)的影響，實(shí)現(xiàn)斷路器狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷。

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在利用振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)斷路器性能方面已取得了許多有價(jià)值的成果，在監(jiān)測(cè)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(duì)斷路器操作性能影響機(jī)理的研究較少，且狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的主要研究對(duì)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(cè)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）、河北省電磁場(chǎng)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(cè)方法。

圖1 框架斷路器操作性能監(jiān)測(cè)與評(píng)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(duì)機(jī)構(gòu)性能的影響，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)。

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(duì)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(cè)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(duì)分閘能量和分閘階段斜率的影響，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斜率的變化，完成框架斷路器觸頭超程狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以及操作性能的評(píng)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(cè)方法研究”。本課題得到國(guó)家自然科學(xué)基金和河北省自然科學(xué)基金的支持。