本發(fā)明涉及電氣設(shè)備狀態(tài)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法。

背景技術(shù)：

敞開式隔離開關(guān)作為電力系統(tǒng)中使用量最大、應(yīng)用范圍最廣的一類開關(guān)設(shè)備，在高電壓、大電流狀態(tài)下運行，其工作可靠性與電網(wǎng)安全有著密切的關(guān)系。由于敞開式隔離開關(guān)安裝在戶外，其的運行條件惡劣，且大部分組件基本裸露，容易出現(xiàn)各種潛在缺陷，導(dǎo)致出現(xiàn)機械或電氣方面的故障，現(xiàn)已成為電力系統(tǒng)中安全運行的短板，因此，急需開展敞開式隔離開關(guān)分合狀態(tài)檢測技術(shù)的應(yīng)用。

目前，對于敞開式隔離開關(guān)的相關(guān)操作后的分合狀態(tài)檢測，常規(guī)做法主要包括目測法、測溫法、測力法、測距法以及光學(xué)法。其中，目測法易受到觀測者的主觀影響，準確性低、效率差；測溫法是對隔離開關(guān)觸頭進行測溫，以溫度的變化間接評估隔離開關(guān)合閘是否到位，但溫度的變化存在滯后性，不能實時檢測隔離開關(guān)到位的狀態(tài)，且該方法受隔離開關(guān)性能、參數(shù)、負荷及外界環(huán)境的影響嚴重，判斷的有效性較差；測力法通過在接觸點附近安裝測力傳感器，測量壓力的變化及大小來判斷隔離開關(guān)的開合狀態(tài)以及異常狀態(tài)，測力傳感器可能影響設(shè)備的正常接觸；測距法是利用測距傳感器或接近傳感器測量動觸頭u型槽兩臂的距離變化來判斷隔離開關(guān)接觸狀態(tài)，由于隔離開關(guān)的工作特點和空間限制，測距或者接近傳感器的安裝點與實際動靜觸頭的接觸點存在不吻合的情況，安裝和維護不方便，且測距或者接近傳感器本身有一定誤差，因此測量也不可靠；光學(xué)法，采用光學(xué)傳感器直接檢測隔離開關(guān)動靜觸頭位置，由光發(fā)射接收裝置的對比判斷電路的輸出端與隔離開關(guān)輔助接點連接判斷出隔離開關(guān)是否分合到位，是一種直接測量的方法，不受強電磁場的干擾，抗干擾能力強，但采用單束光發(fā)射和接收方式時，位置不易保證準確，檢測過程不可靠，而且安裝后調(diào)整困難，測量難度高。

通過上述的描述，敞開式隔離開關(guān)的相關(guān)操作后的分合狀態(tài)檢測，采用常規(guī)的方法，均存在不同的缺陷，是當前急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法，包括目測法、測溫法、測力法、測距法以及光學(xué)法，均存在不同程度缺陷的問題。本發(fā)明的用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)敞開式隔離開關(guān)分合狀態(tài)的準確檢測，而且無需對結(jié)構(gòu)進行任何更改，安全性與可靠性高，滿足現(xiàn)場運行維護的需要，具有良好的應(yīng)用前景。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法，包括以下步驟，

步驟（a），建立敞開式隔離開關(guān)的有限元仿真模型；

步驟（b），校準并驗證有限元仿真模型；

步驟（c），根據(jù)有限元仿真模型，分別在敞開式隔離開關(guān)的支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的表面各選擇至少一處機械振動信號變化最敏感的點作為振動測點位置；

步驟（d），獲取各振動測點位置的機械振動動力學(xué)仿真數(shù)據(jù)，建立振動信號特征指紋庫，訓(xùn)練敞開式隔離開關(guān)的故障診斷分類器，并在后臺主機上編程實現(xiàn)，建立典型機械故障與振動信號之間的對應(yīng)關(guān)系；

步驟（e），在敞開式隔離開關(guān)的支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的振動測點位置，對機械狀態(tài)未知的敞開式隔離開關(guān)開展現(xiàn)場振動檢測，通過分析振動測點的振動信號特征，并根據(jù)故障診斷分類器評估對應(yīng)的機械狀態(tài)。

前述的一種用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法，步驟（a），建立敞開式隔離開關(guān)的有限元仿真模型，包括以下步驟，

（a1）針對敞開式隔離開關(guān)的典型結(jié)構(gòu)，采用三維造型軟件對敞開式隔離開關(guān)的操動機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、導(dǎo)電系統(tǒng)進行繪制并按照實際工況進行裝配，形成敞開式隔離開關(guān)的三維模型；

（a2）對三維模型添加各類運動副及邊界條件，定義模型特性參數(shù)，建立敞開式隔離開關(guān)的有限元仿真模型。

前述的一種用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法，步驟（b），校準并驗證有限元仿真模型，包括以下步驟，

（b1）采用有限元分析軟件，通過改變模型的細部尺寸，改變部件特性參數(shù)，模擬敞開式隔離開關(guān)的典型機械類故障；

（b2）構(gòu)建敞開式隔離開關(guān)的物理試驗平臺，針對有限元仿真模型開展正常分合、典型機械類故障情況下的動力學(xué)仿真計算，同時進行物理模擬試驗；

（b3）將物理模擬試驗與仿真計算結(jié)果進行比對，對仿真參數(shù)進行校準，完成校準并驗證有限元仿真模型。

前述的一種用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法，所述敞開式隔離開關(guān)的典型機械類故障包括機械卡澀、部件變形移位、軸銷斷裂松脫、觸點轉(zhuǎn)換不靈、二次接線故障、電機故障、輔助電源故障。

前述的一種用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法，步驟（d），獲取各振動測點位置的機械振動動力學(xué)仿真數(shù)據(jù)，建立振動信號特征指紋庫，包括對各振動測點位置的機械振動動力學(xué)仿真數(shù)據(jù)的預(yù)處理、特征選擇及特征提取三個步驟，從而建立振動信號特征指紋庫。

前述的一種用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法，步驟（ｅ），在敞開式隔離開關(guān)的支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的振動測點位置，對機械狀態(tài)未知的敞開式隔離開關(guān)開展現(xiàn)場振動檢測，通過分析振動測點的振動信號特征，并根據(jù)故障診斷分類器評估對應(yīng)的機械狀態(tài)，包括以下步驟，

（e1）采用膠粘與夾緊相結(jié)合的安裝方式，將至少三組振動傳感器固定在敞開式隔離開關(guān)的支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的振動測點位置；

（e2）將三組振動傳感器的信號線連接至信號采集裝置，信號采集裝置與后臺主機連接，信號采集裝置采集敞開式隔離開關(guān)操作時各振動測點位置的機械振動波形，并傳送給后臺主機；

（e3）后臺主機對實測的機械振動波形進行預(yù)處理、特征提取與故障分類，實現(xiàn)敞開式隔離開關(guān)機械狀態(tài)的檢測與評估。

前述的一種用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法，（e3）后臺主機對實測的機械振動波形進行預(yù)處理、特征提取與故障分類，所述故障分類根據(jù)故障診斷分類器進行故障分類的。

一種用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測裝置，包括若干組振動傳感器、信號采集裝置和后臺主機，所述若干組振動傳感器分別安裝在敞開式隔離開關(guān)的支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的表面至少一處的各機械振動信號變化敏感處，各振動傳感器的信號線、電源線分別與信號采集裝置相連接，所述信號采集裝置與后臺主機相連接。

前述的一種用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測裝置，所述振動傳感器的數(shù)量為三組，分別安裝在敞開式隔離開關(guān)的支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的表面各機械振動信號變化最敏感處。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)敞開式隔離開關(guān)分合狀態(tài)的準確檢測，而且無需對結(jié)構(gòu)進行任何更改，安全性與可靠性高，滿足現(xiàn)場運行維護的需要，具有良好的應(yīng)用前景，并具有以下優(yōu)點：

（1）能夠準確判斷隔離開關(guān)分合狀態(tài)；（2）可實現(xiàn)帶電檢測，無需斷電操作；（3）無需對敞開式隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)進行改造，安全性與可靠性好；（4）方法簡單，便于編程實現(xiàn)；（5）大量減少物理模擬試驗工作量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標記的含義如下：

1：信號采集裝置；2：后臺主機；3：支架；4：操動機構(gòu)；5：傳動系統(tǒng)；6：信號線；7：電源線；8：第一振動傳感器；9：第二振動傳感器；10：第三振動傳感器。

具體實施方式

下面將結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明的用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法，包括以下步驟，

步驟（a），建立敞開式隔離開關(guān)的有限元仿真模型，包括以下步驟，

（a1）針對敞開式隔離開關(guān)的典型結(jié)構(gòu)，采用三維造型軟件對敞開式隔離開關(guān)的操動機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、導(dǎo)電系統(tǒng)進行繪制并按照實際工況進行裝配，形成敞開式隔離開關(guān)的三維模型；

（a2）對三維模型添加各類運動副及邊界條件，定義模型特性參數(shù)，建立敞開式隔離開關(guān)的有限元仿真模型；

步驟（b），校準并驗證有限元仿真模型，包括以下步驟，

（b1）采用有限元分析軟件，通過改變模型的細部尺寸，改變部件特性參數(shù)，模擬敞開式隔離開關(guān)的典型機械類故障，所述敞開式隔離開關(guān)的典型機械類故障包括機械卡澀、部件變形移位、軸銷斷裂松脫、觸點轉(zhuǎn)換不靈、二次接線故障、電機故障、輔助電源故障，目前，典型機械類故障為描述的幾種，當然也隨著技術(shù)的更新，可發(fā)生擴展；

（b2）構(gòu)建敞開式隔離開關(guān)的物理試驗平臺，針對有限元仿真模型開展正常分合、典型機械類故障情況下的動力學(xué)仿真計算，同時進行物理模擬試驗；

（b3）將物理模擬試驗與仿真計算結(jié)果進行比對，對仿真參數(shù)進行校準，完成校準并驗證有限元仿真模型；

步驟（c），根據(jù)有限元仿真模型，分別在敞開式隔離開關(guān)的支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的表面各選擇至少一處機械振動信號變化最敏感的點作為振動測點位置；

步驟（d），獲取各振動測點位置的機械振動動力學(xué)仿真數(shù)據(jù)，進預(yù)處理、特征選擇及特征提取，建立振動信號特征指紋庫，訓(xùn)練敞開式隔離開關(guān)的故障診斷分類器，并在后臺主機上編程實現(xiàn)，建立典型機械故障與振動信號之間的對應(yīng)關(guān)系；

步驟（e），在敞開式隔離開關(guān)的支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的振動測點位置，對機械狀態(tài)未知的敞開式隔離開關(guān)開展現(xiàn)場振動檢測，通過分析振動測點的振動信號特征，并根據(jù)故障診斷分類器評估對應(yīng)的機械狀態(tài)，包括以下步驟，

（e1）采用膠粘與夾緊相結(jié)合的安裝方式，將至少三組振動傳感器固定在敞開式隔離開關(guān)的支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的振動測點位置；

（e2）將三組振動傳感器的信號線連接至信號采集裝置，信號采集裝置與后臺主機連接，信號采集裝置采集敞開式隔離開關(guān)操作時各振動測點位置的機械振動波形，并傳送給后臺主機；

（e3）后臺主機對實測的機械振動波形進行預(yù)處理、特征提取與故障分類，實現(xiàn)敞開式隔離開關(guān)機械狀態(tài)的檢測與評估。

如圖2所示，本發(fā)明的用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測裝置，包括若干組振動傳感器、信號采集裝置1和后臺主機2，所述若干組振動傳感器分別安裝在敞開式隔離開關(guān)的支架3、操動機構(gòu)4及傳動系統(tǒng)5的表面至少一處的各機械振動信號變化敏感處，各振動傳感器的信號線6、電源線7分別與信號采集裝置1相連接，所述信號采集裝置1與后臺主機2相連接。

所述振動傳感器的數(shù)量為三組，分別安裝在敞開式隔離開關(guān)的支架3、操動機構(gòu)4及傳動系統(tǒng)5的表面各機械振動信號變化最敏感處，其中第一振動傳感器8安裝在支架3的機械振動信號變化最敏感處；第二振動傳感器9安裝在操動機構(gòu)4的機械振動信號變化最敏感處；第三振動傳感器10安裝在操動機構(gòu)5的機械振動信號變化最敏感處。

根據(jù)本發(fā)明的用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法及裝置，具體介紹一實施例，

步驟（1），選擇保有量較大、故障率較高的典型結(jié)構(gòu)的敞開式隔離開關(guān)為監(jiān)測對象，如gw4-252型隔離開關(guān)，采用三維造型軟件solidworks繪制隔離開關(guān)的操動機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、導(dǎo)電系統(tǒng)及支架，并按照實際情況進行裝配，對三維模型添加約束及邊界條件，定義模型特性參數(shù)，建立gw4-252型隔離開關(guān)的有限元仿真模型；

步驟（2），開展gw4-252型隔離開關(guān)正常分合與典型機械類故障情況下的隔離開關(guān)動力學(xué)仿真，通過改變模型細部尺寸，改變部件特性參數(shù)模擬隔離開關(guān)零部件損壞、變形、卡滯的典型機械類故障，構(gòu)建gw4-252型隔離開關(guān)真型物理試驗平臺，開展正常分合與典型機械類故障情況下的物理模擬試驗，并將試驗結(jié)果與仿真計算結(jié)果進行比對，對仿真參數(shù)進行校準，完成有限元仿真模型的校準；

步驟（3），基于正常分合和各類典型機械類故障情況下的gw4-252型隔離開關(guān)有限元動力學(xué)仿真計算結(jié)果，分析隔離開關(guān)表面機械振動信號的分布規(guī)律，分別在支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)表面各選擇一處（可根據(jù)需求，多選擇幾處，包括最敏感、次敏感處）機械振動信號變化最敏感的點作為振動測點位置；

步驟（4），分析正常和不同典型機械類故障情況下，支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)振動測點處的機械振動動力學(xué)仿真數(shù)據(jù)，采用邊緣檢測算法對振動數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，采用快速傅里葉變換等方法提取振動信號頻域特征，建立振動信號時頻特征指紋庫，訓(xùn)練基于支持向量機的故障診斷分類器并在后臺主機上編程實現(xiàn)，建立典型故障與振動信號之間的對應(yīng)關(guān)系；

步驟（5），針對機械狀態(tài)未知的gw4-252型隔離開關(guān)開展現(xiàn)場振動測試，采用膠粘與夾緊相結(jié)合的安裝方式，將三組加速度傳感器（振動傳感器）固定在隔離開關(guān)的支架、操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的測點位置，將加速度傳感器電源線、信號線連接至信號采集裝置，信號采集裝置與后臺主機連接，采集隔離開關(guān)操作時各通道的振動波形，并對實測波形進行預(yù)處理、特征提取與模式分類，最終實現(xiàn)隔離開關(guān)機械狀態(tài)評估。

綜上所述，本發(fā)明的用于敞開式隔離開關(guān)的分合狀態(tài)檢測方法及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)敞開式隔離開關(guān)分合狀態(tài)的準確檢測，而且無需對結(jié)構(gòu)進行任何更改，安全性與可靠性高，滿足現(xiàn)場運行維護的需要，具有良好的應(yīng)用前景，并具有以下優(yōu)點：

（1）能夠準確判斷隔離開關(guān)分合狀態(tài)；（2）可實現(xiàn)帶電檢測，無需斷電操作；（3）無需對敞開式隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)進行改造，安全性與可靠性好；（4）方法簡單，便于編程實現(xiàn)；（5）大量減少物理模擬試驗工作量。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。