申请/专利权人：国网江苏省电力有限公司检修分公司;重庆大学

申请日：2018-01-15

公开（公告）日：2020-10-20

公开（公告）号：CN108362485B

主分类号：G01M13/00(20190101)

分类号：G01M13/00(20190101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.20#授权;2018.08.28#实质审查的生效;2018.08.03#公开

摘要：一种换流变分接开关典型机械故障模拟系统及故障模拟方法，本申请的核心是针对油浸式换流变分接开关的特点并联搭建的故障模拟系统。模拟换流变分接开关设备多种典型机械故障，如传动轴齿轮磨损、弹簧故障、凸轮机构磨损、选择触头松动等，也可以对并联运行时振动信号的传播规律进行研究。将分接开关故障模拟结构置于分接开关绝缘油中，并在油箱侧壁进行了开窗处理，配备了油泵和储油罐。此外，还在底部加装了模拟换流变压器本体振动的振动台。本申请同时提出了相关故障模拟方法的步骤。本申请的技术方案可以方便科研人员进行换流变分接开关的故障模拟，为换流变分接开关的在线监测提供数据支撑。

主权项：1.一种换流变分接开关典型机械故障模拟系统，包括加速度传感器1、分接开关故障模拟结构2、分接开关油箱3、振动平台4、控制单元5、储油罐8；其特征在于：所述分接开关故障模拟结构2置于分接开关油箱3内，油箱3设置在用于模拟换流变压器本体振动的振动平台4上；所述分接开关故障模拟结构2包括：驱动电机21、转动轴伞齿轮22、转动轴23、涡轮24、弓形板25、曲柄26、弹簧27、槽轮机构28、主通断触头29、凸轮机构210、选择触头211；驱动电机21的输出杆通过传动轴的齿轮22与转动轴23相连，转动轴23通过涡轮24带动弓形板25，弓形板在转动过程中推动曲柄26，使拉力弹簧27逐步拉伸储能，当曲柄26超过零点后，弹簧27储能释放，使曲柄26快速拨动槽轮机构28，带动凸轮机构210和选择触头211动作，凸轮机构210带动主通断触头29开断；其中涡轮24、弓形板25、曲柄26、弹簧27、槽轮机构28、主通断触头29、凸轮机构210、选择触头211均为两支，两支涡轮设置转动轴23的前后两端，构成了两组相同的模拟分接开关；分接开关油箱3通过油道7和储油罐8相连；控制单元5分别与加速度传感器1、分接开关故障模拟结构2和振动平台4相连，向分接开关故障模拟结构2输出模拟分接开关动作的控制信号，向振动平台4输出用于模拟换流变分接开关本体振动的控制信号，接受来自加速度传感器1的振动信号；加速度传感器1安装在分接开关油箱3外壁用于检测分接开关故障模拟结构2的振动信号。

全文数据：一种换流变分接开关典型机械故障模拟系统及故障模拟方法技术领域[0001]本申请属于换流变分接开关振动监测与诊断领域，具体涉及一种换流变分接开关典型机械故障模拟系统及方法，本申请可以客观、方便地模拟换流变分接开关设备多种典型机械故障。背景技术[0002]换流变压器是直流输电工程中换流和逆变两端接口的核心设备，它的运行状态直接关系到整个电网的安全可靠运行。分接开关是在换流变压器运行过程中，通过改变绕组的匝数比，维持阀侧直流电压恒定不变，补偿电压波动的设备，它的安全运行是换流变压器可靠运行的关键。与交流变压器分接开关相比，换流变分接开关的调压范围更大，档距更小，切换电流陡度和恢复电压都比同等电流和级电压参数的交流变压器大。因此，换流变压器分接开关的技术难度和可靠性要求都大于交流变压器分接开关。实现换流变分接开关运行状态的准确检测对于保障直流输电系统的安全运行具有重要意义。[0003]目前，换流变分接开关的在线监测技术主要是通过监测换流变分接开关的振动信号，当分接开关存在故障隐患时，由于分接开关动作而引起的振动信号与正常状态时相比会有所不同，测录分接开关的振动信号，并对其进行分析就可以初步反映换流变分接开关的运行状态。[0004]然而，目前实际工程中的换流变分接开关故障状态下的振动信号样本极少，难以为振动信号分析和故障识别算法的研发提供数据支持。同时，换流变分接开关的故障数据属于制造商和运营商的商业机密，高校等科研单位一般难以获得真实的故障数据。因此，本申请针对上述情况提出了一种用于模拟真实换流变分接开关典型故障模拟系统及模拟方法，为换流变分接开关的振动信号分析和故障诊断提供真实有效的原始数据。发明内容[0005]本申请之目的在于提供一种换流变分接开关典型机械故障模拟系统及模拟方法，旨在解决目前换流变分接开关振动监测与诊断技术开发缺乏典型机械故障振动信号样本的问题。[0006]本申请采用以下技术方案以实现上述发明目的。[0007]一种换流变分接开关典型机械故障模拟系统，包括加速度传感器1、分接开关故障模拟结构2、分接开关油箱3、振动平台4、控制单元5、储油罐8;其特征在于：[0008]所述分接开关故障模拟结构2置于分接开关油箱3内，油箱3设置在用于模拟换流变压器本体振动的振动平台4上；[0009]分接开关油箱3通过油道7和储油罐8相连；[0010]控制单元5分别与加速度传感器1、分接开关故障模拟结构2和振动平台4相连，向分接开关故障模拟结构2输出模拟分接开关动作的控制信号，向振动平台4输出用于模拟换流变分接开关本体振动的控制信号，接受来自加速度传感器1的振动信号；[0011]加速度传感器1安装在分接开关油箱3外壁用于检测分接开关故障模拟结构2的振动信号。[0012]本发明进一步包括以下优选方案：[0013]在分接开关油箱3的侧壁开设四周密封的可打开式窗口，方便更换分接开关故障模拟结构2。[0014]在油道7上安装油泵6,所述油泵6与控制单元5相连，更换分接开关故障模拟结构2时，控制单元5控制油栗将油箱3中绝缘油抽空，更换完成后向油箱3中注油。[0015]所述换流变分接开关典型机械故障模拟系统还包括基座9，将所述储油罐8安装在基座9上。[0016]所述分接开关故障模拟结构2包括:驱动电机21、转动轴伞齿轮22、转动轴23、祸轮24、弓形板25、曲柄26、弹簧27、槽轮机构28、主通断触头29、凸轮机构210、选择触头211;驱动电机21的输出杆通过转动轴伞齿轮22与转动轴23相连，转动轴23通过涡轮24带动弓形板25，弓形板在转动过程中推动曲柄26，使拉力弹簧27逐步拉伸储能，当曲柄26超过零点后，弹簧27储能释放，使曲柄26快速拨动槽轮机构28,带动凸轮机构210和选择触头211动作，凸轮机构210带动主通断触头29开断;其中涡轮24、弓形板25、曲柄26、弹簧27、槽轮机构28、主通断触头29、凸轮机构210、选择触头211均为两支，两支涡轮设置转动轴23的前后两端，构成了两组相同的模拟分接开关。[0017]其中，所述选择触头211包括多个沿圆周等间隔设置的触头。将转动轴伞齿轮22经电火花处理后t旲拟分接开关中的故障齿轮，电火花处理包括点蚀和剥落两种方式；[0018]采用故障弹簧代替快速切换机构的正常弹簧27用于模拟分接开关中的弹簧故障；[0019]将凸轮结构210表面经电火花处理至点蚀或表面裂纹状态模拟分接开关中的凸轮疲劳故障；[0020]松动用于固定选择触头211的螺丝，模拟触头松动状态。[0021]本申请还同时公开了一种基于前述换流变分接开关典型机械故障模拟方法，其特征在于，所述机械故障模拟方法包括以下步骤：[0022]步骤i:通过控制单元5向振动平台4发出指令，模拟换流变压器本体振动；[0023]步骤2:通过加速度传感器1采集分接开关故障模拟结构2正常动作的波形，并与换流变分接开关实际的振动波形进行比较，依据比较结果设计模拟机构的动作参数；[0024]步骤3:操作分接开关故障模拟结构2，模拟换流变分接开关多种故障形式；[0025]步骤4:通过加速度传感器1采集不同故障模拟状态下的振动信号，由控制单元5上传至后台主机进行分析。[0026]本发明进一步包括以下优选方案：[0027]在步骤3中，通过操作分接开关故障模拟结构2模拟换流变分接开关故障包括以下内容：[0028]步骤3-1:用经电火花处理的故障伞齿轮代替正常的传动轴伞齿轮，电火花处理包括点蚀和剥落两种方式；[0029]步骤3—2:将传动轴的齿轮还原为正常状态，用故障的弹簧代替快速切换机构的正常弹簧，故障弹簧经拉伸处理，使其处于疲劳状态；[0030]步骤3—3:将快速切换机构的弹簧还原为正常状态，用故障的凸轮机构代替正常的凸轮机构，故障凸轮结构表面经电火花处理，模拟点蚀或表面裂纹；[0031]步骤3_4:将凸轮机构的还原为正常状态，松动用于固定选择触头的螺丝，模拟触头松动状态。[0032]在步骤3中，故障模拟包括以下三种情况，即单独模拟第一台分接开关存在故障，单独模拟第二台分接开关存在故障，模拟两台分接开关同时存在故障。[0033]本申请具有以下有益的技术效果：[0034]1基于本发明的技术方案可以实现换流变分接开关内部故障的模拟，有利于掌握换流变分接开关的故障特征；[0035]2基于本发明的技术方案，可以方便的实现故障模型的跟换，有利于研究人员开展故障模拟试验；[0036]3基于本发明的技术方案，能够对换流变分接开关并联运行时，振动信号的传播规律开展研究。附图说明[0037]图1所示为本发明较佳实施例的换流变分接开关典型机械故障模拟系统结构示意图；[0038]图2所示为本发明较佳实施例的模拟系统中分接开关故障模拟结构示意图；[0039]图3所示为本发明换流变分接开关典型机械故障模拟方法流程图。具体实施方式[0040]以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明不限于以下的实施方式。[0041]请参考附图1，图1为本发明较佳实施例的换流变分接开关典型机械故障模拟系统结构示意图，包括加速度传感器1、分接开关故障模拟结构2、分接开关油箱3、振动平台4、控制单元5、储油罐8;其特征在于：[0042]所述分接开关故障模拟结构2置于分接开关油箱3内，油箱3设置在用于模拟换流变压器本体振动的振动平台4上。其中振动平台4输出频率为50Hz与100Hz复合的幅值可调的振动信号。[0043]分接开关油箱3通过油道7和储油罐8相连;储油罐8的大小较分接开关油箱3稍小。[0044]控制单元5分别与加速度传感器1、分接开关故障模拟结构2和振动平台4相连，图中的箭头代表了数据的传送方向，如图所示，控制平台5向分接开关故障模拟结构2输出模拟分接开关动作的控制信号，向振动平台4输出用于模拟换流变分接开关本体振动的控制信号，并接受加速度传感器1输出的振动信号。加速度传感器带宽在2〇kHz左右、量程为50mVg的ICP加速度传感器，在本发明实例中选用AC102-1A。控制平台5中集成了数据采集卡和计算机，在本发明实例中数据采集卡选用IOtechDSAModel652u。[0045]加速度传感器1安装在分接开关油箱3外壁用于检测分接开关故障模拟结构2的振动信号。采用磁座安装的方式进行安装。[0046]本发明进一步包括以下优选方案：[0047]在分接开关油箱3的侧壁开设四周密封的可打开式窗口，方便更换分接开关故障模拟结构2。窗口处加装了耐绝缘油腐蚀的胶圈。[0048]在油道7上安装油泵6,所述油泵6与控制单元5相连，更换分接开关故障模拟结构2时，控制单元5控制油泵将油箱3中绝缘油抽空，更换完成后向油箱3中注油。[0049]所述换流变分接开关典型机械故障模拟系统还包括基座9,将所述储油罐8安装在基座9上。方便取出储油罐底部的绝缘油。[0050]请参考附图2,图2为本发明较佳实施例的模拟系统中分接开关故障模拟结构示意图，包括:驱动电机21、转动轴伞齿轮22、转动轴23、涡轮24、弓形板25、曲柄26、弹簧27、槽轮机构28、主通断触头29、凸轮机构210、选择触头211。该机构的动作过程如下:驱动电机21的输出杆通过转动轴伞齿轮22与转动轴23相连，转动轴23通过涡轮24带动弓形板25，弓形板25在转动过程中推动曲柄26，使弹簧27逐步拉伸储能，当曲柄26超过零点后，弹簧27储能释放，使曲柄26快速拨动槽轮机构28，带动凸轮机构210和选择触头211动作，凸轮机构210带动主通断触头29开断。其中涡轮24、弓形板25、曲柄26、弹簧27、槽轮机构28、主通断触头29、凸轮机构210、选择触头211均为两支，两支涡轮设置转动轴23的前后两端，构成了两组相同的模拟分接开关。[0051]请参考附图3,图3为本发明较佳实施例的换流变分接开关典型机械故障模拟方法流程图，包括如下步骤：[0052]步骤1:通过控制单元5向振动平台4发出指令，模拟换流变压器本体振动；[0053]步骤2:通过加速度传感器1采集分接开关故障模拟结构2正常动作的波形，并与换流变分接开关实际的振动波形进行比较，依据比较结果设计模拟机构的动作参数，包括驱动电机的转速、弹簧的预紧力、振动平台的幅值等；[0054]步骤3:操作分接开关故障模拟结构2,模拟换流变分接开关多种故障形式；[0055]如图3所示在步骤3中，通过操作分接开关故障模拟结构2模拟换流变分接开关故障包括以下内容：[0056]步骤3_1:用经电火花处理的故障伞齿轮代替正常的传动轴伞齿轮，电火花处理包括点蚀和剥落两种方式；[0057]步骤3_2:将传动轴的齿轮还原为正常状态，用故障的弹簧代替快速切换机构的正常弹簧，故障弹簧经拉伸处理，使其处于疲劳状态；[0058]步骤3-3:将快速切换机构的弹簧还原为正常状态，用故障的凸轮机构代替正常的凸轮机构，故障凸轮结构表面经电火花处理，模拟点蚀或表面裂纹；[0059]步骤3—4:将凸轮机构的还原为正常状态，松动用于固定选择触头的螺丝，模拟触头松动状态D[0060]在步骤3中，故障模拟包括以下三种情况，即单独模拟第一台分接开关存在故障，单独模拟第二台分接开关存在故障，模拟两台分接开关同时存在故障。[0061]步骤4:通过加速度传感器1采集不同故障模拟状态下的振动信号，传输至控制平台进行分析。[0062]申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种换流变分接开关典型机械故障模拟系统，包括加速度传感器（1、分接开关故障模拟结构2、分接开关油箱3、振动平台⑷、控制单元5、储油罐⑻；其特征在于：所述分接开关故障模拟结构（2置于分接开关油箱3内，油箱（3设置在用于模拟换流变压器本体振动的振动平台4上；分接开关油箱⑶通过油道⑺和储油罐⑻相连；控制单元5分别与加速度传感器（1、分接开关故障模拟结构（2和振动平台（4相连，向分接开关故障模拟结构2输出模拟分接开关动作的控制信号，向振动平台4输出用于模拟换流变分接开关本体振动的控制信号，接受来自加速度传感器1的振动信号。加速度传感器（1安装在分接开关油箱⑶外壁用于检测分接开关故障模拟结构2的振动信号。2.根据权利要求1所述的换流变分接开关典型机械故障模拟系统，其特征在于：在分接开关油箱3的侧壁开设四周密封的可打开式窗口，方便更换分接开关故障模拟结构2。3.根据权利要求1所述的换流变分接开关典型机械故障模拟系统，其特征在于：在油道⑺上安装油泵¢，所述油栗6与控制单元⑸相连，更换分接开关故障模拟结构⑵时，控制单元⑸控制油泵将油箱⑶中绝缘油抽空，更换完成后向油箱⑶中注油。4.根据权利要求1或3所述的换流变分接开关典型机械故障模拟系统，其特征在于：所述换流变分接开关典型机械故障模拟系统还包括基座9，将所述储油罐8安装在基座⑼上。5.根据权利要求4所述的换流变分接开关典型机械故障模拟系统，其特征在于：所述分接开关故障模拟结构⑵包括:驱动电机21、转动轴伞齿轮22、转动轴23、涡轮（24、弓形板（25、曲柄（26、弹簧（27、槽轮机构（28、主通断触头（29、凸轮机构210、选择触头211;驱动电机21的输出杆通过转动轴伞齿轮22与转动轴23相连，转动轴23通过涡轮24带动弓形板25，弓形板在转动过程中推动曲柄26，使拉力弹簧27逐步拉伸储能，当曲柄26超过零点后，弹簧27储能释放，使曲柄26快速拨动槽轮机构（28，带动凸轮机构（210和选择触头（211动作，凸轮机构（210带动主通断触头29开断；其中涡轮24、弓形板25、曲柄（26、弹簧（27、槽轮机构（28、主通断触头29、凸轮机构（210、选择触头211均为两支，两支涡轮设置转动轴23的前后两端，构成了两组相同的模拟分接开关。6.根据权利要求5所述的换流变分接开关典型机械故障模拟系统，其特征在于：其中，所述选择触头211包括多个沿圆周等间隔设置的触头。7.根据权利要求5或6所述的换流变分接开关典型机械故障模拟系统，其特征在于：将转动轴伞齿轮22经电火花处理后模拟分接开关中的故障齿轮，电火花处理包括点蚀和剥落两种方式；采用故障弹簧代替快速切换机构的正常弹簧27用于模拟分接开关中的弹簧故障；将凸轮结构210表面经电火花处理至点蚀或表面裂纹状态模拟分接开关中的凸轮疲劳故障；松动用于固定选择触头211的螺丝，模拟触头松动状态。8.—种基于权利要求1-7任一权利要求所述的换流变分接开关典型机械故障模拟方法，其特征在于，所述机械故障模拟方法包括以下步骤：步骤1:通过控制单元⑸向振动平台⑷发出指令，模拟换流变压器本体振动；步骤2:通过加速度传感器（1采集分接开关故障模拟结构2正常动作的波形，并与换流变分接开关实际的振动波形进行比较，依据比较结果设计模拟机构的动作参数；步骤3:操作分接开关故障模拟结构⑵，模拟换流变分接开关多种故障形式；步骤4:通过加速度传感器（1采集不同故障模拟状态下的振动信号，由控制单元5上传至后台主机进行分析。9.根据权利要求8所述的换流变分接开关典型机械故障模拟方法，其特征在于：在步骤3中，通过操作分接开关故障模拟结构2模拟换流变分接开关故障包括以下内容：步骤3-1:用经电火花处理的故障伞齿轮代替正常的传动轴伞齿轮，电火花处理包括点蚀和剥落两种方式；步骤3-2:将传动轴的齿轮还原为正常状态，用故障的弹簧代替快速切换机构的正常弹簧，故障弹簧经拉伸处理，使其处于疲劳状态；步骤3-3:将快速切换机构的弹簧还原为正常状态，用故障的凸轮机构代替正常的凸轮机构，故障凸轮结构表面经电火花处理，模拟点蚀或表面裂纹；nil骤3—4:将凸轮机构的还原为正常状态，松动用于固定选择触头的螺丝，模拟触头松动状态。=•根据权利要求8或9所述的换流变分接开关典型机械故障模拟方法，其特征在于：•步骤3中，故障模拟包括以下三种情况，即单独模拟第一台分接开关存在故障，单独惧?i第一台分接开关存在故障，模拟两台分接开关同时存在故障。

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