【摘 要】
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面向双碳国家战略需求,电力系统作为多种能源基础载体迎来新的发展机遇,大功率供电冲击下系统脆弱性与负荷网络复杂性使得电力系统供电质量面临新挑战,这对系统中大量担负承载、开断、控制、隔离与保护作用的断路器可靠性提出了更高的要求。断路器服役过程中技术参数的劣化及耐受应力的不确定性和间歇性导致其故障识别难,其共性关键科学问题的研究是保障其所在电力系统安全、可靠、稳定与高效运维的重要支撑。本文以400 V/
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（52177139）“高压直流真空断路器耐烧蚀与介质快速恢复机理研究”； 中央引导地方科技发展专项（20ZYJDJC00060）“现代电工装备电磁综合效应与智能化”； 河北省省级科技计划资助项目（E2021202186）“直流供用电系统串联电弧故障机理与保护研究”；
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面向双碳国家战略需求,电力系统作为多种能源基础载体迎来新的发展机遇,大功率供电冲击下系统脆弱性与负荷网络复杂性使得电力系统供电质量面临新挑战,这对系统中大量担负承载、开断、控制、隔离与保护作用的断路器可靠性提出了更高的要求。断路器服役过程中技术参数的劣化及耐受应力的不确定性和间歇性导致其故障识别难,其共性关键科学问题的研究是保障其所在电力系统安全、可靠、稳定与高效运维的重要支撑。本文以400 V/25 k A直流真空断路器永磁斥力机构为研究对象,设计直流真空断路器动态机械特性在线监测系统、开展基于有限元数值分析的斥力机构关键元件退化演化失效机理研究、采用相空间重构法构建故障特征库以及斥力机构故障分类与识别。主要研究内容包括以下三个方面:一是以真空断路器永磁斥力机构为研究对象,采用光耦隔离技术实现分/合闸线圈电压模拟信号的采集,采用传感技术和二阶滤波方式实现电流信号与位移信号的降噪采集;并基于C#平台自主开发斥力机构机械特性实时监测系统,实现短行程快速操动机构多参数的实时动态显示与分析;将监测系统所采集的数据与高精度电流传感器、机械特性测试仪监测的参数结果进行比对分析,误差小于3.5%。二是建立真空断路器永磁斥力机构电磁力有限元数值分析模型,进行运动特性数值模拟,并与实际工况下样机分闸试验结果进行比对分析,验证了所建模型的准确性。在上述研究基础上,基于所建立的低失真永磁斥力机构有限元模型,研究永磁斥力机构卡涩、驱动电容失效、分/合闸弹跳故障、油压缓冲器失效及绝缘拉杆失效等故障下操动机构运动变化规律,为真空断路器运行状态检测与各类故障定量化诊断提供了理论依据。三是以永磁斥力机构分/合闸过程中典型故障下的振动信号为分析对象,采用混沌理论相空间重构方法和Wolf算法,求得最大Lyapunov指数,证明斥力机构振动信号具有明显的混沌特性,通过三维相图定性分析振动信号混沌吸引子演变规律;引入混沌吸引子矩理论,提取4种二维吸引子矩,利用最小二乘法线性回归计算第一区域曲线斜率为吸引子形态特征量,同时提取时域信号共同组成特征向量库;比对分析支持向量机算法与粒子群优化-支持向量机组合算法的故障识别准确率,以验证所提出方法对斥力机构机械故障类型的精准识别能力。
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