本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)斷路器機械故障診斷方法，尤其是一種基于加速度變量監(jiān)測的斷路器機械故障診斷方法。

背景技術(shù)：
斷路器作為保護電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，它的可靠性與穩(wěn)定性對電網(wǎng)安全具有重要意義。因斷路器機械部分零部件多，加之機械部位動作頻繁，造成故障概率很大。斷路器運動特性主要包括操動機構(gòu)、傳動機構(gòu)等機械部件和控制及電源回路等方面，掌握其運行狀態(tài)是實現(xiàn)斷路器故障診斷的基礎(chǔ)，對斷路器的運動特性狀態(tài)評估方法的研究具有重要的理論和工程意義。現(xiàn)有技術(shù)中，對于高壓斷路器機械故障的診斷中，監(jiān)測的參數(shù)主要有：分合閘線圈電流、觸頭行程、整機振動等信號；相應的故障診斷方法有：行程-時間分析法、分合閘線圈電流分析法、振動信號分析法等。上述診斷方法至少存在以下技術(shù)問題：(1)行程-時間分析法：通常通過計算分閘、合閘過程中間80％行程的平均速度來評估故障情況，應用簡單，但由于采用了簡單的算術(shù)平均，而不是對于斷路器運動特性瞬態(tài)變化進行監(jiān)測，對于某一行程點上出現(xiàn)的卡澀等故障表現(xiàn)不敏感，而且大行程范圍的平均速度不能準確反映具體某段行程上機械故障的嚴重程度，容易漏判故障。(2)分合閘線圈電流分析法：線圈電流波形分析法目前還存在分合閘線圈電流波形測量結(jié)果欠精確、只能在停電例行試驗中同步進行而不能實時監(jiān)測等問題，有待于后續(xù)進一步試驗和研究。目前該方法只能作為判斷斷路器機械缺陷的一個參考，要準確判斷斷路器是否存在缺陷和其缺陷類型還需根據(jù)各種試驗數(shù)據(jù)綜合判斷。(3)振動信號分析法：斷路器操作過程中由于零部件的碰撞或摩擦產(chǎn)生機械振動，這些機械振動經(jīng)過斷路器零部件組成的傳播路徑后傳到振動傳感器的位置，使得測到的信號與振源信號之間存在差別；此外振動信號在實際測量中存在反射，使測得的振動信號在時間上發(fā)生混疊，影響判斷；還有就是振動信號為瞬變、非周期信號，實踐證明振動信號特征事件起始時間點和幅值的分散性較大，可重復性較差；振動模式識別的經(jīng)典算法如小波變換算法等耗時較多，影響機械故障診斷時效。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)方案對于斷路器運動特性并沒有進行直接的瞬態(tài)監(jiān)測，存在難以實現(xiàn)對于機械故障的瞬態(tài)評估和快速診斷識別的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種基于加速度變量監(jiān)測的斷路器機械故障診斷方法，采用本發(fā)明的方法進行基于加速度變量監(jiān)測的斷路器機械故障診斷，可對斷路器運動特性進行直接監(jiān)測，大大提高斷路器機械故障診斷的快速和瞬態(tài)識別效率。解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種基于加速度變量監(jiān)測的斷路器機械故障診斷方法，其特征是包括如下步驟：步驟一：檢測獲取斷路器動觸頭的運動加速度；步驟二：對加速度信號進行濾波消噪；步驟三：一級評估——急動度評估：對急動度即加速度變化的快慢進行監(jiān)測，當急動度超過設(shè)定閾值時，啟動加速度變化量評估；步驟四：二級評估——加速度變化量評估：以急動度超過設(shè)定閾值的時刻為起點，對一定時間內(nèi)的加速度變化量與預先設(shè)定的閾值比較，決定是否診斷為機械故障。所述的步驟一的加速度傳感器具有動態(tài)響應能力并安裝在斷路器動觸頭的絕緣拉桿上。所述的步驟二通過抗混疊濾波器對進行濾波消噪。所述的步驟三具體為：設(shè)加速度信號采樣周期為Δt，取前n個加速度信號采樣周期(譬如n＝5)內(nèi)的加速度變化量平均值為基準值，急動度的高低限閾值設(shè)為基準值的雙向偏差所述的步驟四具體為：以急動度超過設(shè)定閾值后的n個加速度信號采樣周期(譬如n＝5)內(nèi)的加速度變化量平均值進行計算，與預先設(shè)定的閾值比較；優(yōu)選的，可以取急動度超限前n個加速度信號采樣周期(譬如n＝5)內(nèi)的加速度變化量平均值為基準值，設(shè)定加速度變化量的閾值為基準值的±20％偏差；當加速度變化量超限時，可判定為出現(xiàn)了較為嚴重的機械故障。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點：本發(fā)明通過測量斷路器動觸頭的運動加速度，對斷路器運動特性進行直接的瞬態(tài)監(jiān)測；并通過急動度和加速度變化量進行二級遞進評估對故障進行快速識別，提高對于機械故障診斷的快速性和瞬態(tài)識別效率的效果。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例的流程圖；圖2a為斷路器的合閘和分閘過程的運動參數(shù)示意圖之一(行程-時間曲線)；圖2b為斷路器的合閘和分閘過程的運動參數(shù)示意圖之一(速度-時間曲線)；圖2c為斷路器的合閘和分閘過程的運動參數(shù)示意圖之一(加速度-時間曲線)；圖2d為斷路器的合閘和分閘過程的運動參數(shù)示意圖之一(急動度-時間曲線)；圖3a為斷路器合閘過程中間行程機械卡澀故障的診斷評估分析示意圖之一(加速度)；圖3b為斷路器合閘過程中間行程機械卡澀故障的診斷評估分析示意圖之一(急動度)；圖4a為斷路器分閘過程中間行程絕緣拉桿斷裂故障的診斷評估分析示意圖之一(加速度)；圖4b為斷路器分閘過程中間行程絕緣拉桿斷裂故障的診斷評估分析示意圖之二(急動度)。具體實施方式下面結(jié)合附圖用實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的基于加速度變量監(jiān)測的斷路器機械故障診斷方法的實施例，參考圖1，包括如下步驟：步驟S101：檢測獲取斷路器動觸頭的運動加速度優(yōu)選地，可以通過在斷路器動觸頭的絕緣拉桿上加裝具有動態(tài)響應能力的加速度傳感器來測取斷路器動觸頭的運動加速度。步驟S102：對加速度信號進行濾波消噪優(yōu)選地，為了消除斷路器工作現(xiàn)場的電磁干擾等雜波對于加速度信號的影響，可以通過抗混疊濾波器對進行信號處理。步驟S103：一級評估——急動度評估：對急動度即加速度變化的快慢進行監(jiān)測，當急動度超過設(shè)定閾值時，啟動步驟S104加速度變化量評估。從動力學理論分析可知，由于斷路器動觸頭及其絕緣拉桿等部件的運動形式為基本無附加轉(zhuǎn)動的剛體平行移動，在進行動力學分析中可簡化為集中質(zhì)點的直線運動來進行分析。如圖2a、圖2b、圖2c和圖2d所示，斷路器的合閘和分閘過程，均為先加速后減速的變加速運動。根據(jù)牛頓第二定律，當物體受到不為零的恒定合外力時，其受力與運動的關(guān)系為：F＝F驅(qū)-F阻＝ma式中，F(xiàn)是斷路器運動質(zhì)量所受的合外力，m是斷路器運動質(zhì)量，a是運動加速度，F(xiàn)驅(qū)是驅(qū)動力，F(xiàn)阻是阻尼力。根據(jù)經(jīng)典動力學分析，斷路器的運動加速度與驅(qū)動力、和阻尼力的合力大小成正比，與運動質(zhì)量成反比，其受力狀態(tài)和運動質(zhì)量的瞬態(tài)變化會直接反映到加速度的變化上面。對于斷路器而言，合閘和分閘過程中驅(qū)動力一般不會發(fā)生突變，若合力發(fā)生突變則主要反映的是阻尼力或運動質(zhì)量的突變，這可以通過加速度變化的快慢進行監(jiān)測。急動度又稱加加速度，是描述加速度變化快慢的物理量。瞬時急動度的定義為:式中，a(t)為時刻t時刻的瞬時加速度，△t為加速度信號采樣周期，急動度指標反映了受力變化的平滑程度，急動度的值越接近零，表明受力變化越平滑，受力狀態(tài)的穩(wěn)定性越好。因此，通過監(jiān)測急動度的變化，可掌握斷路器動觸頭運動過程瞬態(tài)合外力變化的快慢，可更清楚的識別它的運動特性。當急動度超過設(shè)定閾值時，可初步預判為存在疑似故障，啟動步驟S104加速度變化量評估。優(yōu)選的，可以取前n個加速度信號采樣周期(譬如n＝5)內(nèi)的加速度變化量平均值為基準值，急動度的高低限閾值設(shè)為基準值的雙向偏差步驟S104：二級評估——加速度變化量評估：以急動度超過設(shè)定閾值的時刻為起點，對一定時間內(nèi)的加速度變化量與預先設(shè)定的閾值比較，決定是否診斷為機械故障。為避免加速度信號的雜波干擾造成誤判，同時為了評估故障的嚴重程度，進行二級評估——加速度變化量評估：以急動度超過設(shè)定閾值后的n個加速度信號采樣周期(譬如n＝5)內(nèi)的加速度變化量平均值進行計算，與預先設(shè)定的閾值比較。優(yōu)選的，可以取急動度超限前n個加速度信號采樣周期(譬如n＝5)內(nèi)的加速度變化量平均值為基準值，設(shè)定加速度變化量的閾值為基準值的±20％偏差。當加速度變化量超限時，可判定為出現(xiàn)了較為嚴重的機械故障。參考圖3a和圖3b，以典型機械故障之一的機械卡澀對步驟S103和S104的實施過程進一步說明：在斷路器合閘過程中間行程的某一時刻t，瞬時驅(qū)動力和慣性力基本不變，此時由于突然遭受到機械卡澀阻力，加速度發(fā)生衰減突變，瞬時急動度的數(shù)值為負值，在步驟S103中，當急動度的數(shù)值超過低限閾值，則可初步判定存在動力衰減，進入步驟S104。步驟S104中，當一定時間內(nèi)的加速度變化量的超過加速度變化量的低限閾值時，可判斷為出現(xiàn)了較為嚴重的動力異常衰減機械故障。參考圖4a和圖4b，以典型機械故障之一的絕緣拉桿斷裂對步驟S103和S104的實施過程進一步說明：在斷路器分閘過程中間行程的某一時刻t，瞬時驅(qū)動力和阻尼力基本不變，斷路器受到的瞬時合力也基本不變，此時由于絕緣拉桿突發(fā)斷裂，運動質(zhì)量突然減少，加速度發(fā)生激勵突變，瞬時急動度的數(shù)值為正值，在步驟S103中，當急動度的數(shù)值超過高限閾值，則可初步判定存在質(zhì)量異常，進入步驟S104。步驟S104中，當一定時間內(nèi)的加速度變化量的超過加速度變化量的高限閾值時，可判斷為出現(xiàn)了較為嚴重的質(zhì)量異常機械故障。本發(fā)明至少具有以下有益效果：本發(fā)明通過對斷路器運動加速度進行測量，并通過急動度和加速度變化量進行二級遞進評估，能夠?qū)崿F(xiàn)對斷路器運動特性進行直接監(jiān)測，提高對于機械故障診斷的快速性和瞬態(tài)識別效率。