行動(dòng)力學(xué)分析中可簡(jiǎn)化為集中質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行 分析。
[0040] 如圖2a、圖2b、圖2c和圖2d所示，斷路器的合閘和分閘過(guò)程，均為先加速后減速的 變加速運(yùn)動(dòng)。
[0041] 根據(jù)牛頓第二定律，當(dāng)物體受到不為零的恒定合外力時(shí)，其受力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系為：
[0042] F=F§g-Fpi=ma
[0043] 式中，F(xiàn)是斷路器運(yùn)動(dòng)質(zhì)量所受的合外力，m是斷路器運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，a是運(yùn)動(dòng)加速度，F(xiàn)驅(qū) 是驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)h是阻尼力。
[0044]根據(jù)經(jīng)典動(dòng)力學(xué)分析，斷路器的運(yùn)動(dòng)加速度與驅(qū)動(dòng)力、和阻尼力的合力大小成正 比，與運(yùn)動(dòng)質(zhì)量成反比，其受力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的瞬態(tài)變化會(huì)直接反映到加速度的變化上 面。
[0045]對(duì)于斷路器而言，合閘和分閘過(guò)程中驅(qū)動(dòng)力一般不會(huì)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(yùn)動(dòng)質(zhì)量的突變，這可以通過(guò)加速度變化的快慢進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0046] 急動(dòng)度又稱加加速度，是描述加速度變化快慢的物理量。
[0047] 瞬時(shí)急動(dòng)度的定義為：
[0048]
[0049 ]式中，a (t)為時(shí)刻t時(shí)刻的瞬時(shí)加速度，At為加速度信號(hào)采樣周期，
[0050]急動(dòng)度指標(biāo)反映了受力變化的平滑程度，急動(dòng)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(guò)監(jiān)測(cè)急動(dòng)度的變化，可掌握斷路器動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)過(guò) 程瞬態(tài)合外力變化的快慢，可更清楚的識(shí)別它的運(yùn)動(dòng)特性。
[0051 ]當(dāng)急動(dòng)度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，可初步預(yù)判為存在疑似故障，啟動(dòng)步驟S104加速度變 化量評(píng)估。優(yōu)選的，可以取前η個(gè)加速度信號(hào)采樣周期(譬如n = 5)內(nèi)的加速度變化量平均值
為基準(zhǔn)值，急動(dòng)度的高低限閾值設(shè)為基準(zhǔn)值的雙向偏差：7<3 ±50m/s3。
[0052]步驟S104:二級(jí)評(píng)估一一加速度變化量評(píng)估：以急動(dòng)度超過(guò)設(shè)定閾值的時(shí)刻為起 點(diǎn)，對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的加速度變化量與預(yù)先設(shè)定的閾值比較，決定是否診斷為機(jī)械故障。 [0053]為避免加速度信號(hào)的雜波干擾造成誤判，同時(shí)為了評(píng)估故障的嚴(yán)重程度，進(jìn)行二 級(jí)評(píng)估一一加速度變化量評(píng)估:以急動(dòng)度超過(guò)設(shè)定閾值后的η個(gè)加速度信號(hào)采樣周期(譬如 η = 5)內(nèi)的加速度變化量平均彳：
進(jìn)行計(jì)算，與預(yù)先設(shè)定的閾值比較。優(yōu) 選的，可以取急動(dòng)度超限前η個(gè)加速度信號(hào)采樣周期（譬如η = 5)內(nèi)的加速度變化量平均值
勺基準(zhǔn)值，設(shè)定加速度變化量的閾值為基準(zhǔn)值的± 20 %偏差。當(dāng)加速度變 化量超限時(shí)，可判定為出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的機(jī)械故障。
[0054] 參考圖3a和圖3b，以典型機(jī)械故障之一的機(jī)械卡澀對(duì)步驟S103和S104的實(shí)施過(guò)程 進(jìn)一步說(shuō)明：在斷路器合閘過(guò)程中間行程的某一時(shí)刻t，瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)力和慣性力基本不變，此 時(shí)由于突然遭受到機(jī)械卡澀阻力，加速度發(fā)生衰減突變，瞬時(shí)急動(dòng)度的數(shù)值為負(fù)值，在步驟 S103中，當(dāng)急動(dòng)度的數(shù)值超過(guò)低限閾值，則可初步判定存在動(dòng)力衰減，進(jìn)入步驟S104。步驟 S104中，當(dāng)一定時(shí)間內(nèi)的加速度變化量的超過(guò)加速度變化量的低限閾值時(shí)，可判斷為出現(xiàn) 了較為嚴(yán)重的動(dòng)力異常衰減機(jī)械故障。
[0055] 參考圖4a和圖4b，以典型機(jī)械故障之一的絕緣拉桿斷裂對(duì)步驟S103和S104的實(shí)施 過(guò)程進(jìn)一步說(shuō)明：在斷路器分閘過(guò)程中間行程的某一時(shí)刻t，瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)力和阻尼力基本不 變，斷路器受到的瞬時(shí)合力也基本不變，此時(shí)由于絕緣拉桿突發(fā)斷裂，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量突然減少， 加速度發(fā)生激勵(lì)突變，瞬時(shí)急動(dòng)度的數(shù)值為正值，在步驟S103中，當(dāng)急動(dòng)度的數(shù)值超過(guò)高限 閾值，則可初步判定存在質(zhì)量異常，進(jìn)入步驟S104。步驟S104中，當(dāng)一定時(shí)間內(nèi)的加速度變 化量的超過(guò)加速度變化量的高限閾值時(shí)，可判斷為出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的質(zhì)量異常機(jī)械故障。 [0056]本發(fā)明至少具有以下有益效果：
[0057] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)斷路器運(yùn)動(dòng)加速度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)急動(dòng)度和加速度變化量進(jìn)行二 級(jí)遞進(jìn)評(píng)估，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)斷路器運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行直接監(jiān)測(cè)，提高對(duì)于機(jī)械故障診斷的快速性 和瞬態(tài)識(shí)別效率D
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于加速度變量監(jiān)測(cè)的斷路器機(jī)械故障診斷方法，其特征是包括如下步驟： 步驟一:檢測(cè)獲取斷路器動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)加速度； 步驟二:對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行濾波消噪； 步驟一級(jí)評(píng)估一-急動(dòng)度評(píng)估:對(duì)急動(dòng)度即加速度變化的快慢進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)急動(dòng)度 高低超過(guò)設(shè)定高低限闊值時(shí)，啟動(dòng)加速度變化量評(píng)估； 步驟四：二級(jí)評(píng)估一-加速度變化量評(píng)估：W急動(dòng)度超過(guò)設(shè)定闊值的時(shí)刻為起點(diǎn)，對(duì)一 定時(shí)間內(nèi)的加速度變化量與預(yù)先設(shè)定的加速度變化量闊值比較，決定是否診斷為機(jī)械故 障。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加速度變量監(jiān)測(cè)的斷路器機(jī)械故障診斷方法，其特征是： 所述的步驟=具體為:設(shè)加速度信號(hào)采樣周期為A t，取前n個(gè)加速度信號(hào)采樣周期內(nèi)的加 速度變化量平均值^=；￡乃《-心0為基準(zhǔn)值，急動(dòng)度的高低限闊值設(shè)為基準(zhǔn)值的雙向偏差 Jo ±5^0m/ s^^3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加速度變量監(jiān)測(cè)的斷路器機(jī)械故障診斷方法，其特征是： 所述的步驟四具體為：W急動(dòng)度超過(guò)設(shè)定闊值后的n個(gè)加速度信號(hào)采樣周期內(nèi)的平均值 。1 =芝;"(7 + (/ -1 作為加速度變化量. 封 取急動(dòng)度超限前n個(gè)加速度信號(hào)采樣周期內(nèi)的加速度變化量平均值Se= 貧為 基準(zhǔn)值，設(shè)定加速度變化量闊值為基準(zhǔn)值的± 20 %偏差； 當(dāng)加速度變化量超限時(shí)，判定為出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的機(jī)械故障。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加速度變量監(jiān)測(cè)的斷路器機(jī)械故障診斷方法，其特征是： 所述的步驟一的加速度傳感器為具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的傳感器并安裝在斷路器動(dòng)觸頭的絕 緣拉桿上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加速度變量監(jiān)測(cè)的斷路器機(jī)械故障診斷方法，其特征是： 所述的步驟二通過(guò)抗混疊濾波器對(duì)進(jìn)行濾波消噪。
【專利摘要】一種基于加速度變量監(jiān)測(cè)的斷路器機(jī)械故障診斷方法，包括：步驟一：檢測(cè)獲取斷路器動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)加速度；步驟二：對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行濾波消噪；步驟三：一級(jí)評(píng)估——急動(dòng)度評(píng)估：對(duì)急動(dòng)度即加速度變化的快慢進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)急動(dòng)度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，啟動(dòng)加速度變化量評(píng)估；步驟四：二級(jí)評(píng)估——加速度變化量評(píng)估：以急動(dòng)度超過(guò)設(shè)定閾值的時(shí)刻為起點(diǎn)，對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的加速度變化量與預(yù)先設(shè)定的閾值比較，決定是否診斷為機(jī)械故障。本發(fā)明通過(guò)測(cè)量斷路器動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)加速度，對(duì)斷路器運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行直接的瞬態(tài)監(jiān)測(cè)；并通過(guò)急動(dòng)度和加速度變化量進(jìn)行二級(jí)遞進(jìn)評(píng)估對(duì)故障進(jìn)行快速識(shí)別，提高對(duì)于機(jī)械故障診斷的快速性和瞬態(tài)識(shí)別效率的效果。
【IPC分類】G01M13/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105651503
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】譚金, 劉石, 蔡筍, 張楚, 楊毅, 朱譽(yù), 陳哲, 徐廣文, 姚澤, 金格, 杜勝磊, 李力
【申請(qǐng)人】廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年1月7日