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低壓電器故障診斷檢測方法分析

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低壓電器故障診斷檢測方法分析

摘要:文章首先介紹低壓電器故障診斷檢測方法,包括傳統(tǒng)診斷及檢測方法、智能化診斷及檢測方法,然后以斷路器故障診斷為實例,分析智能化故障診斷及檢測方法的應用。

關鍵詞:低壓電器;斷路器;故障診斷;智能化檢測

引言

低壓電器在各種電力系統(tǒng)中廣泛存在,我國是低壓電器制造與應用大國。根據(jù)電力系統(tǒng)實際運行情況,低壓電器的使用可靠性直接關系到系統(tǒng)安全,因此低壓電器一旦出現(xiàn)故障,必須及時診斷、處理,確保系統(tǒng)第一時間恢復正常。

1低壓電器類型

低壓電器主要功能包括通斷、調(diào)節(jié)、保護、控制,根據(jù)用途,可分為配電電器、控制電器;根據(jù)操作方式,可分為自動電器、手動電器;根據(jù)工作原理,可分為電磁式電器、非電量控制電器。各種低壓電器共同組成接觸器控制線路。對于一個較為復雜的電氣控制線路,其故障大多是由低壓電器故障引發(fā)的,有效識別和判斷故障是保證電氣系統(tǒng)可靠運行的重要基礎。

2低壓電器故障診斷及檢測方法

現(xiàn)階段,我國低壓電器故障診斷及檢測方法,主要分為傳統(tǒng)故障診斷方法(包括物理、化學診斷,征兆診斷,閾值診斷等)和人工智能診斷及檢測技術,具體見表1。各種方法均有所應用,傳統(tǒng)方法診斷速度快、操作簡單,但是對診斷人員的經(jīng)驗要求較高,適用于部分常見故障類型;新型智能診斷與檢測技術,更適用于一些復雜故障問題,其診斷效率、準確率均較高,且對操作人員經(jīng)驗無嚴格要求。

3傳統(tǒng)診斷及檢測方法

以斷路器、繼電器、交流接觸器為例,介紹常見故障類型及其傳統(tǒng)診斷方法。

3.1斷路器故障

低壓斷路器工作原理如圖1所示,若無法正常分合與開斷,則表明出現(xiàn)了故障,大部分故障可通過例行檢查排除。斷路器常見故障及診斷方法如下。(1)合閘故障:檢查合閘電磁鐵吸合情況;檢查定位件動作;檢查儲能機構(gòu)。(2)不分閘:檢查控制與二次元件,包括輔助開關、端子排;檢查、檢修斷路器主體。(3)空合:檢查合閘保持;檢查儲能機構(gòu)。

3.2繼電器故障

繼電器是一種電子控制器件,具有自動調(diào)節(jié)、安全保護和轉(zhuǎn)換電路的功能。繼電器主要是通過“通”“斷”完成控制工作。繼電器常見故障及診斷方法如下。(1)觸點過熱:檢查觸點容量、壓力;檢查表面是否存在氧化情況;檢查表明是否清潔。(2)磨損加劇:檢查觸點容量;檢查電弧溫度。(3)觸點熔焊:檢查電弧溫度;檢查觸點是否嚴重跳動。

3.3接觸器故障

以最常見的交流接觸器為例,其具有低電壓(或失壓)釋放保護功能,可實現(xiàn)遠距離控制,常與熔斷器、熱繼電器配合使用。交流接觸器接線圖如圖2所示。交流接觸器故障診斷、排除必須迅速,以免出現(xiàn)安全事故,常見故障及診斷方法如下。(1)線圈過熱:檢查銜鐵與鐵芯端面接觸是否緊密;檢查中柱鐵芯是否氣隙過大;檢查銜鐵安裝是否正確;檢查傳動部分是否卡阻;檢查線圈絕緣是否損壞;檢查線圈匝間是否存在短路。(2)相間短路故障:檢查電氣聯(lián)鎖機構(gòu)、機械連鎖;檢查線圈絕緣性能;檢查是否存在零部件損壞。(3)電磁噪聲過大:檢查鐵芯有銜鐵端面是否存在磨損、灰塵等情況;檢查觸點彈簧壓力;檢查磁系統(tǒng)是否歪斜;檢查短路環(huán)是否斷裂;檢查電壓是否過低;檢查運動部分是否卡阻。(4)線圈通電后無法吸合:檢查電磁線圈兩端是否存在額定電壓,無電壓需對控制回路進行檢查,電壓小于額定電壓應檢查電路是否存在接觸不良的情況,電壓為額定電壓則應檢查線圈是否斷線、自鎖觸點是否接觸不良;檢查動觸點是否卡組;檢查接觸器是否損壞。(5)線圈帶電后鐵芯無法釋放:檢查鐵芯板面是否變形;檢查鐵芯端面是否存在較多污漬;檢查觸點是否熔焊。

4智能化診斷及檢測方法

以低壓斷路器為例,研究智能化故障檢測與診斷程序。

4.1斷路器智能化診斷算法

實現(xiàn)斷路器智能診斷的算法主要有以下幾種。(1)基于解析模型的算法:包括狀態(tài)估計診斷法、一致性檢驗診斷法、參數(shù)估計診斷法,應用較多的是一致性檢驗診斷法。(2)基于信號處理的算法:通過提取特征值的方式進行故障診斷,包括多元統(tǒng)計方法、時域頻域分析方法等。(3)基于知識的方法:包括邏輯推理、機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊理論等多種人工智能算法,主要是通過模擬大腦的方式進行故障診斷,可實現(xiàn)高效、精確分析,是未來智能診斷的主要發(fā)展方向。

4.2斷路器智能化診斷及檢測實例

在斷路器故障診斷中,可通過檢測多種運行參數(shù)完成智能診斷工作。本文以分合閘線圈電流信號為例進行分析。在人工智能算法方面,綜合應用多核學習支持向量機(MKL-SVM)+遺傳算法,此方法不僅可實現(xiàn)故障類型診斷,還可以進行故障程度定量評估。

4.2.1合閘數(shù)據(jù)以DW15-1600低壓萬能式斷路器為例,模擬5種狀態(tài)下的合閘線圈電流信號數(shù)據(jù),包括:①正常狀態(tài);②鐵芯卡澀狀態(tài);③機械結(jié)構(gòu)卡澀狀態(tài);④鐵芯行程不足狀態(tài);⑤線圈匝間短路狀態(tài)。每種狀態(tài)下的信號數(shù)據(jù)采集30組,共采集150組,75組用于訓練、75組用于測試。④、⑤狀態(tài)存在不同程度故障,見表2(故障嚴重程度:d1<d2<d3<d4)。

4.2.2診斷方法采用相應的故障檢修便攜裝置進行診斷,故障診斷流程如圖3所示。4.2.3診斷結(jié)果此故障為隱性故障,常規(guī)檢查不易發(fā)現(xiàn),而檢測系統(tǒng)快速檢測出了故障類型,故障診斷準確率均到90%以上,具備工程實用性。構(gòu)建故障程度與EEMD能量矩相對熵特性曲線,實現(xiàn)定性分析。合閘不同故障下EEMD能量矩相對熵見表3,曲線圖如圖4所示。

5結(jié)語

低壓電器運行情況直接關系到整個系統(tǒng)的使用情況,低壓電器長期使用必然會出現(xiàn)各種故障,快速、精確地診斷、處理故障十分關鍵。隨著時代的發(fā)展和變化,低壓電器的問題也變得更加復雜和新穎,各種診斷與檢測方法得到應用,進一步研究新型智能檢測技術十分重要,有利于實現(xiàn)對各種故障的精確識別,保障低壓設備與相關系統(tǒng)安全運行。

參考文獻

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作者:陳可夫 單位:湖南電器科學研究院有限公司