弹簧操动机构在线监测技术

图5-24　直流电动机的正常电流波形

对操动机构的监测可通过分析电气参数、波形或机械信号来实现。

对于储能电动机，合、分闸电磁铁在异常状态时，可从它们的电流波形中分析出有参考价值的许多信息。将采集的波形或有关的电气参数输入微处理器与正常波形或参数进行比较分析，能够检测出一定的缺陷提供在线诊断。例如图5-24～图5-27所示为根据大量分析研究欧洲设计的真空断路器测试记录和对照检修实践总结的波形示例[49]。

图5-25　直流电动机的几种电流波形及对应异常部位

（a）锯齿状，减速器齿轮异常；（b）三角形，曲柄异常；（c）两个尖峰，在储能时凸轮异常；（d）平滑波，合闸时，凸轮拒动

图5-26　直流电磁铁线圈正常工作的电流波形

（a）合闸电磁铁；（b）分闸电磁铁

用微机型继电器（综合保护装置）监测断路器的跳闸回路和分闸电磁铁线圈，以确保可靠脱扣切除短路故障是一些国外公司采取的有效在线监测方式。如Siemens公司的7SJ60微机型继电器采取二进位比较逻辑电路监测分闸电磁铁（线圈），是这种监测方式的一个实例。图5-28所示为一种较简单的接线方式。图中，一个信号输入回路BI1的两根线与继电器本身跳闸保护触点TR（也可是线路中其他保护继电器的触点）并联，另一信号输入回路BI2的两根线接在辅助开关的两个触点上。其中触点Aux1是控制分闸电磁铁TC线圈的，它在断路器跳闸后闭合，将TC与继电器触点连接接通断路器跳闸回路；另一触点Aux2是为提供参考信号设置的，它在断路器跳闸后闭合。当信号输入回路（BI1、BI2的线圈）有电流流过时，规定为高电平信号H；无电流则规定为低电平信号L。图5-28中显示的是断路器在合闸时的连接状态。对应断路器和继电器跳闸触点TR分、合状态的不同，逻辑比较回路的信号可排列出表5-4中的4种。

图5-27　直流电磁铁异常工作电流波形对应的异常原因(www.xing528.com)

（a）、（b）脱扣器扣接量过大时，合、分闸电磁铁的电流；（c）脱扣器扣接量过小时，分闸电磁铁的电流；（d）辅助开关或防跳跃继电器有故障时，分闸电磁铁的电流

表5-4　二进位逻辑比较回路的信号分析

表5-4中线路状态分别对应的是：

“1”是断路器已经合闸后的状态：随断路器合闸Aux1闭合、Aux2断开，TR与TC接通。这时有一小电流从电源正极经BI1线圈、Aux1和TC流至电源负极而不经过BI2，因而BI1、BI2的电平分别为H和L。

“2”是断路器已经跳闸后的状态：随断路器分闸Aux1断开、Aux2闭合，因而小电流从电源正极经BI1、BI2和TC流至电源负极，BI1、BI2的电平均为H。

“4”是断路器正在跳闸的过程：继电器触点TR闭合使TC受电、断路器跳闸，随之Aux1断开、Aux2闭合，但TR还没有复位（未断开）之际的状态。这时小电流从电源正极经闭合的TR、BI2和TC流至电源负极而不经过BI1，因而BI1、BI2的电平分别为L和H。

在以上1、2、4状态中，均有小电流流经TC，信号电平输入继电器逻辑比较电路后，经判断显示分闸线圈和控制回路工作正常。

分析表5-4的接线状态3，它可对应两种情况：一种是在处于合闸状态的断路器（这时Aux1是闭合的）接到跳闸指令时TR闭合，TC被接通到电源正极，如TC线圈损坏，则因跳闸回路不通，电源正、负极间没有小电流流经BI1和BI2，因而两者的电平均为L，这是故障状态；另一种是在断路器跳闸过程中、辅助开关触点还没有旋转到位的过渡状态，即断路器触头瞬时仍在闭合而即将分离、随之Aux1即将断开而瞬时仍在闭合、Aux2即将闭合而瞬时仍在断开之际，虽然TC线圈完好、跳闸回路接线正常，但Aux1和Aux2无电流通过也使之电平均为L。

为加以鉴别，继电器的运算模块以每200ms的间隔进行不断的探测。在断路器跳闸过程结束后，Aux2随之闭合，如TC完好则BI2有小电流通过，运算模块可探测到BI1和BI2的电平为L和H而不再都是L，逻辑比较电路因此也做出分闸线圈和控制回路工作正常的判断结果。但当连续有3次探测到仍为两个低电平L，则确定跳闸回路存在故障。这时继电器立即发信、报警。

图5-28　一种用微机型继电器在线监测真空断路器跳闸回路的原理示例

在合闸过程中，操动机构主要机件运动和撞击都会引起表面振动响应。和上述的电信号一样，振动的强弱和频谱也反映相关零件一定的状况。通常的方法是用压电式加速度传感器将振动转变为电信号，经放大、A/D转换后再用共振解调器对照常规的振动参数和电量信息加以综合分析，可进行诊断。图5-29所示为一种根据这些综合信息的真空断路器机械系统在线监测系统结构示意图[50]。