开关状态范文

开关状态范文（精选8篇）

开关状态 第1篇

目前开关柜上的状态指示装置有很多种类, 本文主要就其中的2种进行论述, 分别是圆盘旋转型开关和闪灯型故障指示器。圆盘旋转型开关是一种国内应用较多的开关, 主要有导通、接地、悬空3种状态, 在图像形态上表现为开关指向线条的方向不同, 分别对应为垂直方向、与垂直方向呈-45°、与垂直方向呈45°。华中科技大学现已经研究出较为先进的电力开关柜圆盘旋转型开关状态图像识别装置。顾名思义, 闪灯型故障指示器就是利用灯的亮灭来提示工作状态的一种指示器, 通常来说暗的时候表示正常工作状态, 而急促的闪烁则表明出现故障。本文着重通过硬件资源改造现有软件处理识别算法, 对开关柜状态指示装置特征进行快速提取, 从而迅速高效地捕捉识别出开关柜的当前状态。

1 开关柜状态高速识别流程

在进行开关柜状态识别时, 第一步要做的工作就是图像数据的预处理, 再把预处理后的数据信息转入开关柜的计算模块。这一步工作的目的主要是为了对图像数据进行降噪处理, 从而得到更为平滑的图像, 避免了干扰。之后再根据所使用开关柜类型的不同, 采取不同的计算方法。在滤波处理之后对图像进行二值化处理, 为识别过程提供黑白图像, 使识别过程简化。

过去我们所采用的图像处理方法主要是先对图像进行预处理并采集相关数据, 只有全部图像数据采集完毕之后才能进行识别, 这个过程相对来讲比较慢, 有一定的延迟, 故在时间上无法满足我们对高速处理的要求。现在我们采用的是流水线技术, 可以对图形直接进行流水线化操作。图1为流水线化图像处理流程示意图, 整个流水线数据采用串行接收方式, 通过分别预处理并进行识别, 大大提高了图像的数据采集速度, 使得高速处理有了可能。从整个流程来看, 所有的图像都进入一个不间断的处理与识别过程, 可以实现流水线化操作。

2 开关柜状态识别算法加速

为了提高图像识别速度, 笔者决定用硬件优化软件算法匹配过程, 主要对象为前面所提到的圆盘旋转型开关和闪灯型故障指示器。通过优化可以大大提高识别速度, 满足我们对高速识别的要求。优化方法主要是根据2种状态指示装置的状态特征, 进行特征模板的硬件逻辑匹配。与一般算法相比, 这无疑会大大提高效率, 其优势非常明显。

2.1 圆盘旋转型开关识别

图2为圆盘旋转型开关的二值化图像, 要判断开关的3种状态情况, 只需识别出中心细条的方向, 从图中可以看出, 这种形态开关的白色区域分布与垂直方向呈近45°角。

图像识别的方法很多, 比如应用灰度行程统计的算法, 它与应用膨胀腐蚀的形态学方法相比也有不错的效果。利用灰度行程统计算法时, 需要从左到右、从上到下, 依次遍历每个像素点, 分别统计沿垂直、与垂直呈45°、与垂直呈-45°这3个方向连续N个灰度值为1的行程个数, 这里的N由用户根据采集到的图像情况设定, 一般取略大于图像开关条宽的整数值。

纵观整个图像处理过程, 经过仔细甄选可以发现, 最耗时的部分就是图像识别算法, 相对于我们平时所使用的一般软件, 其弊端还是很明显的, 尤其是在图像信息比较大的情况下, 它对硬件的要求也非常苛刻。对于电力系统来说, 由于图像多、数据量大, 需要逐帧处理, 其反应速度往往不能满足需求。

由于FPGA (现场可编程门阵列) 中拥有丰富的逻辑并行运算资源, 非常适合作组合逻辑运算, 且处理速度非常快, 所以这里用硬件将软件算法的匹配过程优化成逻辑的门运算过程。算法原理为, 按图3 (a) 、 (b) 、 (c) 3种模板对图像进行逻辑匹配, 统计各模板自匹配的数量, 3个模板分别对应图像中的3种状态, 匹配量最大的即为对应状态。

2.2 闪灯型故障指示器识别

在闪灯型故障指示器的识别中, 除了应用膨胀腐蚀的形态学方法外, 也可以使用统计的方式, 统计闪灯区域内白点的个数。该处理方式虽然简单, 但不适用于噪音点很多的情况。如果统计具有一定面积的白色色块的个数, 效果会有所优化, 但通过软件来实现该算法需要较繁琐的遍历过程, 比较费时, 不符合快速识别的要求。

这里, 同样利用FPGA中丰富的逻辑并行运算资源, 用硬件将软件算法的匹配过程优化成逻辑的门运算, 统计比较图像中的亮模板个数, 大于阈值判定为亮态, 小于阈值则判定为暗态。

3 高速识别算法仿真与测试

本文的算法基于FPGA平台, 被作为一个自定义组件集成到SOPC (可编程片上系统) 中, 实现对开关柜图像处理识别算法的加速。以下对该算法进行硬件的仿真与测试。

开关柜的高速图像处理识别过程由图像预处理与图像识别2种算法并行流水线运行。

图4为圆盘旋转型开关预处理结果, 其中 (a) 为采集后灰度化的图像, (b) 为中值滤波后的图像, (c) 为对中值滤波图像进行二值化处理后数据还原的结果。闪灯型故障指示器的预处理同理。

以下分别对圆盘旋转型开关和闪灯型故障指示器识别加速算法进行仿真, 加速算法的核心思想是采用滑动窗口与门逻辑单元相结合的运算方式。

将该算法应用到搭建的测试环境中, 测得实际条件下圆盘旋转型开关的选择区域为6456, 闪灯型故障指示器的选择区域为6411。高速视频捕捉模块使用逻辑单元 (Logic Elements) 330个, 能够满足系统对高数据率的要求。通过硬件的高速捕捉、高速识别, 能很好地做到处理与捕捉同步进行, 相比其他软件耗时更短, 全部处理过程可以包含在一帧图像的扫描输入过程中, 且不会出现漏帧的情况, 完全满足系统对图像处理的高速要求。

4 结语

本文以圆盘旋转型开关和闪灯型故障指示器为例, 介绍了如何从有效视频流中对图像对应的开关柜状态进行高速图像处理识别。对开关柜其他状态指示装置的识别, 可以采用与这2种方式相似的方法来进行。实现对开关柜状态的高速识别, 对于实时指示电力线路运行状态, 及时发现电力运行故障, 精确判断具体故障位置节省人力, 提高效率具有重要意义。

摘要：主要介绍了如何从有效视频流中对图像对应的开关柜状态进行高速图像处理识别。对算法的合理性及性能进行了仿真测试, 并对其结果进行了分析, 能够满足当前开关柜状态识别的需求。

关键词：开关柜,状态,识别

参考文献

[1]梅鲁海.电力系统无人值守视频监控系统应用研究.电力系统装备, 2004 (2) :81～83

[2]李红俊, 韩冀皖.数字像处理技术及其应用.计算机测量与控制, 2002, 10 (9) :620～622

[3]胡志军, 王仲.PC/104嵌入式系统在控制微机系统中的应用.科技创新导报, 2008 (4) :26～27

固体燃气阀开关状态内流场分析 第2篇

摘 要：固体燃气阀技术是姿轨控发动机控制的关键技术之一。通过数值模拟对固体燃气阀 开关状态进行内流场分析，结果表明：燃气阀两侧存在有效驱动力，能够实现阀的开启和关闭， 并确定了影响驱动力的主要构型参数；同时考虑燃气阀周向间隙影响，需设法增大阀尾腔出口面 积、减小间隙和增大ds/dr，以增大燃气阀开启力；最后对确定阀芯移动距离的原则予以说明。研 究结果为后期燃气阀机理分析、设计和优化提供参考和支撑。

关键词：固体燃气发生器；燃气阀；姿轨控；内流场分析

中图分类号：TJ763 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2014）03-0036-04

AnalysisofInternalFlowFieldofaSolidPropellant HotGasValveinItsOpenandClosed

JINWei，HUANGShaobo

（ChinaAirborneMissileAcademy，Luoyang471009，China）

Abstract：Thesolidpropellanthotgasvalveisthekeytechnologyofdiverattitudecontrol.Thein ternalflowfieldofsolidpropellanthotgasvalveinitsopenedandclosedconditionisanalyzedbasedon numericalsimulation.Itisshownthatthereisavailabledrivingforceonbothsidesofthehotgasvalveto openandclosethevalve，andthemainstructureparametersofchangingthedrivingforcearegotten；The largerexportandsmallergapshouldbemadetogetgreateropeningforce.Then，themethodcalculates themovingdistanceofvalve.Itproposesareferenceandsupportforthefutureanalyses，designandopti mizationofthehotgasvalve.

Keywords：solidpropellantgasgenerator；hotgasvalve；divertattitudecontrol；analysisofinter nalflowfield

0 引 言

导弹的发展主要着眼于机动性、精确性和可 靠性。固体燃气阀技术作为高可靠性、高精确性、 快速响应的动力控制系统[1-3]，广泛应用于防空导 弹和反导导弹的姿轨控系统。国内外对固体燃气 阀进行了研究，美国的“海神”潜地导弹及动能拦 截弹中的固体KKV，都应用到固体燃气阀技术；法国SEP于20世纪70年代启动燃气阀技术，前 苏联也开展了相关研究[4-5]；其中美国研制的一种 固体姿轨控系统，对姿控和轨控系统分别应用针 栓和二级放大的固体燃气阀。国内方面近几年在 不断研究针栓形式的燃气阀[6]；这种单独采用针 阀形式的燃气阀需要电磁力驱动，其驱动力极为 有限，而要增加电磁力，则体积和质量会大幅增 加，得不偿失[7]。因而对于承受较大压力的调控机 构，二级放大形式的固体燃气阀是一种较优选择。

本文介绍一种以先导阀控制的固体燃气阀。 整个燃气阀通过先导阀控制放大的活塞体移动，再由活塞体控制喷喉开关，它能够以较小的控制 力实现对喷管的开启和关闭。利用数值模拟对燃 气阀的开启和关闭典型位置状态进行分析，研究 燃气阀喷管开启和关闭内流场特性，分析影响阀 体开启和关闭的主要问题。

1 固体燃气阀原理

燃气阀结构如图1所示，其主要由燃气阀阀 芯、先导阀和喷管组成。燃气阀工作原理是以阀芯 前后压差驱动阀芯移动；当先导阀关闭，先导阀自 身受来自燃气充气孔气压而被逆时针推回，燃气 充入燃气阀阀芯尾腔，此时尾腔内可视为滞止燃 气，相比之下阀头流速高、压强低，阀芯因前后压 差被推动，使喷管处于关闭状态，如图1（a）所示； 当先导阀开启，因受外力驱动，先导阀便顺时针旋 转封堵燃气充气孔，如图1（b）所示，燃气阀尾腔 和大气相通，阀头的燃气压力推动阀芯向尾部移 动，最终燃气阀被完全打开，喷管完全开启，如图 1（c）所示。

为了进一步对燃气阀开启和关闭的两个典型 状态进行分析，研究影响其正常开启和关闭的问 题，借助数值模拟对开启和关闭状态进行稳态内 流场计算。

数值模拟在Fluent6.3中完成，假设流动过程 无化学反应，壁面为绝热无滑移固壁，采用可压流 N-S方程，湍流K-erealize模型。

边界条件：燃气入口均采用压力入口，总压 15MPa，总温3000K；喷管出口采用压力出口， 总温300K，压强101325Pa。

如图3所示，燃气总压为15MPa，wall-1和 wall-2面上平均压强约为13MPa。

一般情况P0Pa，所以燃气阀此时也存在有 效的开启驱动力。例如，燃气总压15MPa时，此 时开启驱动力约2000N。在喷管确定后，dc受到 限制，此时ds和dr成为影响开启驱动力两个主要 阀体尺寸。

综上所述，先导阀运动后，燃气阀两侧存在实 现其开启和关闭所需的有效驱动力，并能够保持 其状态稳定。

3.2 周向间隙对阀芯受力影响

实际情况中，阀身周向和腔体存在间隙，燃气 中含有凝相颗粒，不采取密封措施，一定的间隙可 以减小因凝相粒子堵塞引起的阀芯卡滞风险，但 同时需要分析间隙的存在对阀芯受力的影响。endprint

先导阀关闭瞬间，阀芯尾腔充入燃气，阀芯两 侧受力面积相等，无论是否有间隙，阀尾压强总大 于阀头压强，并不影响阀正常关闭。因此以下分析 先导阀开启瞬间，间隙对燃气阀开启力的影响。

图4为Case3工况的流场压力分布云图，间隙 会影响到阀尾压强。表1为间隙大小对阀芯受力影 响，随着间隙不断减小，阀尾压强不断降低，阀尾 受力不断减小；表2为出口直径对阀芯受力影响，随着出口直径增加，阀尾腔压强不断降低，阀尾受 力不断减小，但同时要求先导阀驱动力也越大；因 此必须在先导阀可承压前提下，尽可能扩大出口 面积；同时，阀身间隙形成的环向面积小于出口面 积，阀芯更容易形成指向阀尾方向的合力。如表3 所示，ds/dr越大，阀的开启力越大；但ds越大， 周向间隙面积会越大，不利于降低尾腔压强，对于 一定的出口面积，ds存在上限，同时dr需大于dc。

表中阀芯受力指向阀头为正，指向阀尾为负。 综上所述，为降低凝相粒子引起阀芯堵塞的风险， 采取无密封形式，但必须根据先导阀可承受压力， 尽可能扩大出口面积；在工艺可实现下，减小间隙 大小，才能进一步降低阀芯尾腔压强，尽可能增大 ds/dr，阀芯才能形成更大的开启力。

3.3 阀芯相对位置对喷管性能的影响

根据总体对性能和体积的要求，燃气阀阀芯 会采用不同布局方式，同时为实现大的驱动力和 快速的响应，会尽可能缩短阀芯移动距离，但这样 可能对喷管性能造成影响。

燃气阀阀头和壁面形成的面积必须大于喷管入口面积，目前构型喷管入口dc=14mm，则阀芯 行程最小移动距离约为4.4mm，分别对不同状态 进行数值模拟，见表4。

从表4数据可以看到，仅考察布局方式的影 响，燃气阀阀芯轴线和发动机轴线平行的布局相 比垂直布局，其实际喉径减小，流量、推力、比冲 和出口总压都更小，推力损失较大，所以在体积允 许情况下，垂直布局会较大程度减小推力损失。

从无阀到阀芯移动距离的减小，实际喉径逐 步减小，推力、比冲和出口总压也会进一步下降， 推力损失加剧；阀芯最小移动确定是以其对应流 道面积不小于喷管入口面积为原则，但此时计算 的实际喉径仍然比无阀状态有所减小，推力损失 更大，所以在设计中，应增加约1～2mm余量作为 设计移动距离。以实现尽可能小的移动距离，足够 的开启力，同时减小对喷管性能损失。

4 结 论

（1）先导阀作动后，阀芯两侧存在有效驱动力。燃气阀的关闭主要受构型参数dr和La影响。 燃气阀开启主要受构型参数ds和dr影响。

（2）燃气阀周向间隙的存在会影响尾腔压强， 必须在先导阀承力限制下，尽可能扩大出口面积， 根据工艺可实现性，减小间隙大小，降低阀尾压 强；尽可能增大ds/dr，使阀芯形成更大的开启力。

（3）体积允许下，垂直布局会较大程度减小 推力损失；阀芯位置，需以短的移动距离和小的喷 管性能损失为约束；初步以阀头流道面积不小于 喷管入口面积为基准，确定阀芯最小移动距离，增 加1～2mm余量作为设计行程。

参考文献：

[1]CoonJ，YashaharaW.SolidPropulsionApproachesfor TerminalSteering[R].AIAA93-2641.

[2]李哲，魏志军，张平.高温燃气阀在导弹上的应用[C]// 固体火箭推进第22届年会论文集（发动机分册）， 2005：209-213.

[3]雍晓轩.轨、姿控固体燃气发生器式动力系统研究 [J].现代防御技术，1999，27（4）：30-33.

[4]杨威，王宏伟，牛禄.燃气阀技术在固体发动机推力控 制中的应用和发展[C]//第24届学术会议论文集：43 -49.

[5]刘真.动能杀伤拦截器KKV[J].地面防空武器，2004

（3）：10-12.

[6]李娟，李江，王毅林，等.喉栓式变推力发动机性能研究 [J].固体火箭技术，2007，30（6）：505-509.

[7]李世鹏，张平.固体燃气控制阀内流场参数计算[J]. 固体火箭技术，2003，26（3）：25-27.endprint

先导阀关闭瞬间，阀芯尾腔充入燃气，阀芯两 侧受力面积相等，无论是否有间隙，阀尾压强总大 于阀头压强，并不影响阀正常关闭。因此以下分析 先导阀开启瞬间，间隙对燃气阀开启力的影响。

图4为Case3工况的流场压力分布云图，间隙 会影响到阀尾压强。表1为间隙大小对阀芯受力影 响，随着间隙不断减小，阀尾压强不断降低，阀尾 受力不断减小；表2为出口直径对阀芯受力影响，随着出口直径增加，阀尾腔压强不断降低，阀尾受 力不断减小，但同时要求先导阀驱动力也越大；因 此必须在先导阀可承压前提下，尽可能扩大出口 面积；同时，阀身间隙形成的环向面积小于出口面 积，阀芯更容易形成指向阀尾方向的合力。如表3 所示，ds/dr越大，阀的开启力越大；但ds越大， 周向间隙面积会越大，不利于降低尾腔压强，对于 一定的出口面积，ds存在上限，同时dr需大于dc。

表中阀芯受力指向阀头为正，指向阀尾为负。 综上所述，为降低凝相粒子引起阀芯堵塞的风险， 采取无密封形式，但必须根据先导阀可承受压力， 尽可能扩大出口面积；在工艺可实现下，减小间隙 大小，才能进一步降低阀芯尾腔压强，尽可能增大 ds/dr，阀芯才能形成更大的开启力。

3.3 阀芯相对位置对喷管性能的影响

根据总体对性能和体积的要求，燃气阀阀芯 会采用不同布局方式，同时为实现大的驱动力和 快速的响应，会尽可能缩短阀芯移动距离，但这样 可能对喷管性能造成影响。

燃气阀阀头和壁面形成的面积必须大于喷管入口面积，目前构型喷管入口dc=14mm，则阀芯 行程最小移动距离约为4.4mm，分别对不同状态 进行数值模拟，见表4。

从表4数据可以看到，仅考察布局方式的影 响，燃气阀阀芯轴线和发动机轴线平行的布局相 比垂直布局，其实际喉径减小，流量、推力、比冲 和出口总压都更小，推力损失较大，所以在体积允 许情况下，垂直布局会较大程度减小推力损失。

从无阀到阀芯移动距离的减小，实际喉径逐 步减小，推力、比冲和出口总压也会进一步下降， 推力损失加剧；阀芯最小移动确定是以其对应流 道面积不小于喷管入口面积为原则，但此时计算 的实际喉径仍然比无阀状态有所减小，推力损失 更大，所以在设计中，应增加约1～2mm余量作为 设计移动距离。以实现尽可能小的移动距离，足够 的开启力，同时减小对喷管性能损失。

4 结 论

（1）先导阀作动后，阀芯两侧存在有效驱动力。燃气阀的关闭主要受构型参数dr和La影响。 燃气阀开启主要受构型参数ds和dr影响。

（2）燃气阀周向间隙的存在会影响尾腔压强， 必须在先导阀承力限制下，尽可能扩大出口面积， 根据工艺可实现性，减小间隙大小，降低阀尾压 强；尽可能增大ds/dr，使阀芯形成更大的开启力。

（3）体积允许下，垂直布局会较大程度减小 推力损失；阀芯位置，需以短的移动距离和小的喷 管性能损失为约束；初步以阀头流道面积不小于 喷管入口面积为基准，确定阀芯最小移动距离，增 加1～2mm余量作为设计行程。

参考文献：

[1]CoonJ，YashaharaW.SolidPropulsionApproachesfor TerminalSteering[R].AIAA93-2641.

[2]李哲，魏志军，张平.高温燃气阀在导弹上的应用[C]// 固体火箭推进第22届年会论文集（发动机分册）， 2005：209-213.

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[5]刘真.动能杀伤拦截器KKV[J].地面防空武器，2004

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[6]李娟，李江，王毅林，等.喉栓式变推力发动机性能研究 [J].固体火箭技术，2007，30（6）：505-509.

[7]李世鹏，张平.固体燃气控制阀内流场参数计算[J]. 固体火箭技术，2003，26（3）：25-27.endprint

先导阀关闭瞬间，阀芯尾腔充入燃气，阀芯两 侧受力面积相等，无论是否有间隙，阀尾压强总大 于阀头压强，并不影响阀正常关闭。因此以下分析 先导阀开启瞬间，间隙对燃气阀开启力的影响。

图4为Case3工况的流场压力分布云图，间隙 会影响到阀尾压强。表1为间隙大小对阀芯受力影 响，随着间隙不断减小，阀尾压强不断降低，阀尾 受力不断减小；表2为出口直径对阀芯受力影响，随着出口直径增加，阀尾腔压强不断降低，阀尾受 力不断减小，但同时要求先导阀驱动力也越大；因 此必须在先导阀可承压前提下，尽可能扩大出口 面积；同时，阀身间隙形成的环向面积小于出口面 积，阀芯更容易形成指向阀尾方向的合力。如表3 所示，ds/dr越大，阀的开启力越大；但ds越大， 周向间隙面积会越大，不利于降低尾腔压强，对于 一定的出口面积，ds存在上限，同时dr需大于dc。

表中阀芯受力指向阀头为正，指向阀尾为负。 综上所述，为降低凝相粒子引起阀芯堵塞的风险， 采取无密封形式，但必须根据先导阀可承受压力， 尽可能扩大出口面积；在工艺可实现下，减小间隙 大小，才能进一步降低阀芯尾腔压强，尽可能增大 ds/dr，阀芯才能形成更大的开启力。

3.3 阀芯相对位置对喷管性能的影响

根据总体对性能和体积的要求，燃气阀阀芯 会采用不同布局方式，同时为实现大的驱动力和 快速的响应，会尽可能缩短阀芯移动距离，但这样 可能对喷管性能造成影响。

燃气阀阀头和壁面形成的面积必须大于喷管入口面积，目前构型喷管入口dc=14mm，则阀芯 行程最小移动距离约为4.4mm，分别对不同状态 进行数值模拟，见表4。

从表4数据可以看到，仅考察布局方式的影 响，燃气阀阀芯轴线和发动机轴线平行的布局相 比垂直布局，其实际喉径减小，流量、推力、比冲 和出口总压都更小，推力损失较大，所以在体积允 许情况下，垂直布局会较大程度减小推力损失。

从无阀到阀芯移动距离的减小，实际喉径逐 步减小，推力、比冲和出口总压也会进一步下降， 推力损失加剧；阀芯最小移动确定是以其对应流 道面积不小于喷管入口面积为原则，但此时计算 的实际喉径仍然比无阀状态有所减小，推力损失 更大，所以在设计中，应增加约1～2mm余量作为 设计移动距离。以实现尽可能小的移动距离，足够 的开启力，同时减小对喷管性能损失。

4 结 论

（1）先导阀作动后，阀芯两侧存在有效驱动力。燃气阀的关闭主要受构型参数dr和La影响。 燃气阀开启主要受构型参数ds和dr影响。

（2）燃气阀周向间隙的存在会影响尾腔压强， 必须在先导阀承力限制下，尽可能扩大出口面积， 根据工艺可实现性，减小间隙大小，降低阀尾压 强；尽可能增大ds/dr，使阀芯形成更大的开启力。

（3）体积允许下，垂直布局会较大程度减小 推力损失；阀芯位置，需以短的移动距离和小的喷 管性能损失为约束；初步以阀头流道面积不小于 喷管入口面积为基准，确定阀芯最小移动距离，增 加1～2mm余量作为设计行程。

参考文献：

[1]CoonJ，YashaharaW.SolidPropulsionApproachesfor TerminalSteering[R].AIAA93-2641.

[2]李哲，魏志军，张平.高温燃气阀在导弹上的应用[C]// 固体火箭推进第22届年会论文集（发动机分册）， 2005：209-213.

[3]雍晓轩.轨、姿控固体燃气发生器式动力系统研究 [J].现代防御技术，1999，27（4）：30-33.

[4]杨威，王宏伟，牛禄.燃气阀技术在固体发动机推力控 制中的应用和发展[C]//第24届学术会议论文集：43 -49.

[5]刘真.动能杀伤拦截器KKV[J].地面防空武器，2004

（3）：10-12.

[6]李娟，李江，王毅林，等.喉栓式变推力发动机性能研究 [J].固体火箭技术，2007，30（6）：505-509.

高压开关柜状态检修的研究 第3篇

关键词：高压开关柜,状态检修,局部放电

0 引言

高压开关柜是电力系统中的重要配电设备,是保证终端客户可靠供电的主要设备。但近年来,高压开关柜故障频发,不容小视。根据2005~2010年间全国电力系统6~10k V开关柜事故统计,绝缘和载流引起的故障占总数的40.2%,其中由于绝缘部分的闪络造成的事故占绝缘事故总数的79.0%。而由于隔离插头接触不良造成的事故占载流事故总数的71.1%。可见,由绝缘和接触不良导致的故障所占比率是很高的。在上述情况下,在事故潜伏期都可能产生局部放电现象,故可以通过局部对放电的监测得到相关的信息。

传统的预防性实验体系是根据规程定期进行检测,存在两个弊端:一是设备存在潜在的不安全因素时,因未到预试时间而不能及时排除隐患;二是设备状态良好,但已到预试时间,就必须停电预试,存在很大的盲目性,造成人力、物力的浪费,而且预试效果也不好。为克服预防性检修体系的局限性,减少停电,应对高压开关柜进行设备状态检测,从而开展状态检修。

本文从高压开关柜的局部放电检测技术入手,提出开展高压开关柜状态检修的技术方法,建立高压开关柜状态检修体系,达到状态检修的目的。

1 高压开关柜局部放电的检测技术

高压开关柜绝缘性能的劣化会导致局部放电的产生,局部放电是指电气设备绝缘结构中某个区域内出现的放电现象,这种放电只是绝缘结构在该区域内被破坏,主绝缘并未发生贯穿性击穿,但若局部放电长期存在,在一定条件下可造成设备主绝缘电气强度的下降和损坏。开关柜内的局部放电一般为两种:表面放电和内部放电。表面放电会产生热、光、声音、电磁辐射、臭氧和氮气等;内部放电会产生热、光、化学气体、声和电磁波。这些是检测高压开关柜局部放电的主要信号。

1.1 超声波检测

局部放电是一种快速的电荷释放或迁移过程,当发生局部放电时,放电点周围的电场应力、机械应力与粒子力失去平衡状态而产生振荡变化,机械应力与粒子力的快速振荡变化导致放电点周围介质的振动,从而产生声波信号。

声能与放电释放的能量成比例。虽然在实际中各种因素的影响会使这个比例不确定,但从统计角度看,二者之间的比例关系是确定的。根据球面波的声能量式可知,在不考虑空气密度和声速的变化时,声能量与声压的平方成正比。根据放电释放的能量与声能之间的关系,用超声波信号声压的变化代表局部放电所释放能量的变化,通过测量超声波信号的声压就可以推测出放电的强弱。

1.2 暂态对地电压(TEV)检测

当局部放电活动出现在高压开关柜绝缘层中时,它会产生无线电频率范围内的电磁波,这些电磁脉冲的频率在甚高频段(几十兆赫),幅值在0.1毫伏到几伏之间。对于内部放电,放电电量聚集在接地屏蔽内表面。因此如果屏蔽层是连续的,则无法在外部检测到放电信号。但实际上它可以通过金属外壳、密封垫圈或其它绝缘部件周围的间隙,从开关柜内泄漏到外表面。当电磁波传播到开关柜外面时,它会在接地的金属外壳上产生暂态对地电压(Transient Earth Voltage,TEV)。

TEV的检测原理如图一所示。高压电气设备的对地绝缘部分发生局部放电时,导电系统对接地金属壳之间有少量电容性放电电量,通常只有几兆分之一库仑,放电持续时间一般只有几纳秒。因为电量等于电流乘以时间,一次放电1000p C,持续10ns,就产生100 m A的电流。对于持续时间那么短的放电脉冲,被测设备就不能看作是个整体,而应看作是传输线,其电气特性由分布电容和电感决定。此时,可以将地看成一个金属板,缝隙所处的位置看成另一个金属板,缝隙与地之间的距离为传输线。脉冲在金属壳的内表面传播,最终从开口、接头、盖板等的缝隙处传出,然后沿着金属壳外表传到大地。这样,使用电容耦合式传感器就可检测到放电信号。

局部放电产生的TEV信号的大小与局部放电的激烈程度及放电点的远近有直接关系,可以利用专门的探测器进行检测。通过检测局部放电产生的TEV信号,不仅可以对运行中开关柜内设备局部放电状况进行定量测试,而且可以通过同一放电源到不同探测器的时间差,对局部放电点进行定位。

2 高压开关柜状态检测的技术管理

超声波法和TEV法这两种检测技术在原理上是一种比较性的检测技术。某个开关柜上的检测结果应与其以前的检测数据或其它同类型的开关柜所检测的数据进行比较,如果检测数据大于其它同型号开关柜或以前的结果,说明该开关柜存在放电活动,进而推断故障的可能性。因此,需要有相当的设备运行经验,才能根据技术检测结果分析设备绝缘材料还能维持运行的时间。

为推动高压开关柜状态检修,收集足够的高压开关柜局部放电的数据,在高压柜巡检项目中加入高压柜局部放电检测项目。

2.1 高压开关柜局部放电的数据采集

目前使用的超声波检测仪器和TEV检测仪器在检测方法上比较成熟,为了使得每次检测的数据具有可比性,每个高压开关柜的测试点应每次保持不变,即每次测量点基本上都是在开关柜的某个固定点。这样,使得每次测量受到的环境干扰基本一致,在后期的分析中就可排除环境干扰。

2.2 高压开关柜局部放电的数据分析

统计分析法是在同一开关室内开关柜局部放电检测时,对相关条件下的TEV检测数值和超声波检测数值进行分类统计,从而得出初步判断依据。现场影响局部放电测量结果的因素有很多,如工作电压、放电种类、绝缘材料、负载、机械运动、环境条件、干扰、开关柜制造厂家及类型等,所有因素都可能造成检测结果的误判,在现场测试时必须加以考虑。

趋势分析是对同一开关柜不同时间的测试结果进行分析,按月、季、年从统计分析中得出开关柜局部放电的趋势。在分析过程中,还应分析影响局部放电的细微波动对TEV检测数值和超声波检测数值的变化,主要分析内容有负载的变化、环境因素波动、干扰波动、时间变化等。

3 高压开关柜状态检测的判据

结合统计分析、趋势分析和初步判断依据,可以对开关柜局部放电进行动态的判断分析,具体步骤如下:

(1)初始判据的判断。对当地所有N面开关柜的故障情况进行统计,按照统计结果计算出故障率为a%。

(2)统计分析。对当地所有N面开关柜局部放电情况进行普测,取其中检测数值最大的Na%面开关柜,然后再取这Na%面开关柜中数值最小的作为比较值A。

(3)趋势分析。在一段时间间隔(一个月、一个季度或一年),再次对所有N面开关柜进行普测,取其中检测数值最大的Na%面开关柜,然后再取这Na%面开关柜中数值最小的作为比较值B,将B与A进行比较。

(4)比较分析。对于B与A的比较,可分为以下几种情况:

若B

若B>A,有以下几种因素可以考虑:开关柜负荷可能有所增加;背景干扰严重程度进一步加重;温度、湿度状况进一步恶化;开关柜的污秽情况进一步恶化。

若B=A,主要是开关柜负荷、背景干扰、温度、湿度状况、开关柜的污秽情况大体相同,开关柜运行状况比较平稳。

(5)确定判据值。最终根据开关柜常年运行的情况确定A或B值为判断依据,由于开关柜周围环境等因素对局部放电都有影响,因此,在确定判断值时要考虑±2d B的误差。继续按照步骤一到步骤五的顺序进行判断数据的确定,最后经过长时间的比较,建立起开关柜检测的数据库,最终确定一个作为指导性的判断数值。

综上所述,动态判据诊断是一个长期的过程,需要根据实际情况进行纵向和横向的对比分析,以做出正确的判断,动态判据图如图二所示。

4 结束语

通过一年多的实践,应用局放测试技术的高压开关柜状态检修改变了高压开关柜传统的预试模式,为其他电力设备的状态检修积累了经验。同时通过应用高压开关柜的状态检修,提高了供电可靠性,获得了较好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]牛晓光.声发射技术的发展及其在电力工业中的应用[J].河北电力技术,1998,17(3):28-32.

[2]岳桂芳.局部放电产生原因及分析[J].机械丁程与自动化,2005,(4):105-105.

[3]袁大陆.全国电力系统高压开关设备十年运行状况述评[J].高压开关行业通讯,2009,(5).

发电厂高压开关状态检修研究讨论 第4篇

1 高压开关在发电厂的检修内容

我国所有的发电厂对于高压开关检修的方面要求的都是定期的检修, 定期检修顾名思义就是在固定的时间之后对高压开关的整体进行大规模的检修工作, 因为在检修的过程中要将高压开关全部的元件拆卸下来, 同时, 很多的零部件要进行定期的更换, 所以一部分的发电机器或者是设备要停止运作, 这就在很大的程度上影响了发电厂的工作效率, 更为重要的是, 在设备停止工作时, 因为受到的热量、机器运转的状态有所改变等一系列的客观因素的影响, 高压开关的状态也会有所改变, 一些已经破坏或者出现的问题难以发现等, 都为发电厂高压开关的检修工作带来了一定的难度。

2 方案的制定

方案的制定首先应当在给予方案完整性的基础之上, 同时检验的技术是否符合检验的标准以及发电厂高压下开关检修的具体的情况也是十分重要的, 检验过程往往是很多的检修人员最为注意的一部分, 也是整个检修过程的主体部分, 在检修过程中应当对出现的问题做出准确的快速的判断和给出准确的解决方案, 因为时间很重要, 在较短的时间内完成工作就能更好的节约时间和提高工作的效率。而要做到过程的完善应当从状态的检测, 对于故障的准确判断以及现代化的管理三个方面来入手。第一点, 状态的检测, 这一环节是基础的环节, 状态监测是否正确直接关系到后续的故障排除的环节的效率以及高压开关检测的成功性。第二点是故障的排除, 这一环节需要一些该技术人员对于故障进行一个彻底的解决, 它直接关系到整个高压开关还能否正确的运转。第三点是现代化管理, 相较于之前的两个概念, 现代化管理可能让我们更加陌生一点, 但是现代化的管理可以为故障的检修和处理提供强大的资金支持和资金来源, 最为重要的是, 它是整个的高压开关检修的过程处于一个系统的体系之中, 有利于工作人员在日后的检修的过程中进行进一步的总结并得到一个良好的资料来源。在高压开关的检修的过程中, 这三者之间的关系是紧密相连不可分割的, 也正是因为它的不可分割性, 才会使得它在整个检修的过程中处于一个完整的状态或者是体系过程中, 才能保证整个检修的过程高效, 完整, 顺利的进行。

3 机械信号与电气开关的分析

对发电厂高压开关状态下的电气开关和机械信号进行分析具体的还以是指对发电厂内所安装的中国的高压开关进行一个及时的并且是连续的稳定的检测。这种分析与检测的最大的特点在于他的预防性或者是前瞻性, 他辅助高压开关进行工作, 并在高压开关出现问题或者是故障之前就能检测出来, 这就避免了一系列的不必要的麻烦, 也减少了很多的直接的经济损失, 也正是有这样的检测技术, 才使得高压开关的稳定性和可靠性得以更好的实现。

当然这种检测系统也不是单一的, 它主要包括了三个部分, 他们分别是磨损监测系统、误动作故障检测系统、细微故障检测系统, 这三种故障检测系统是在根据故障发生的不同阶段和不同的程度进行的划分, 并且能够协助相关人员和设备对不同故障额分类做出具体的事宜的技术检测和故障排除。

4 诊断异常现象

我们大家都知道, 发电厂高压开关状态下检修技术的诊断异常现象大概分为三种类型, 他们分别是开关特性、绝缘特性以及温度特性。首先就绝缘特性来说, 要做到有效的抑制绝缘特性就要首先做到在进行工频的相位角的同时有效的提升信噪比。第二, 在间歇或者是突发的状况下如果设定值超过或者低于通电时间, 就说明需要电力系统运行正常, 相反如果在设定值之内就证明我们要对于高压开关进行一个具体的密切的监视。最后是温度, 温度特性是十分重要的一个部分, 它所影响的范围比较广, 主要是电阻部分的发热现象, 当电阻所承载的电流超过他能承受的最大的负荷的时候就会容易出现发热的现象, 在这种状况下

我们应该安装检测传感器, 当电阻或者是部分的电路温度过高的时候可以技术做出相应的措施, 避免不必要的损失。

5 检修建议

除了以上的两点之外, 发电厂高压开关状态检修还包括了其他的的主要的内容, 例如检测的程序以及开关特性方面的掌握, 可以说发电厂高压开关状态检修是一个极为复杂且繁琐的过程, 要在掌握好基础性的知识和相关技能的基础上进行进一步的检修, 对于高压开关来讲, 能够充分的发挥它的稳定性以及节能性是十分重要的, 因而还要加强相关方面的技能的培训尽快提高我国相关层面的技术水平。

6 结语

随着发电厂在我国的进一步的发展及壮大, 高压开关在我国的发电厂中的使用也越来越普遍, 这在一定程度上提高了我国发电厂的工作效率, 更好的使发电厂满足社会经济发展的需要。同时, 高压开关自身所具有的稳定性以及高效性, 节能性还有待进一步的发挥, 这就需要相关的技术人员把握好每一个状态检修的环节, 更好的配合, 同时也不断的提高自身的技能, 这样才能真正的促进发电厂高压开关状态检修的发展。

摘要：随着我国国民经济的飞速发展, 第二产业也得到了进一步的发展和大幅度的提高。在工业化的今天, 第二产业在我国占有最大的比重, 工业的发展自然而然离不开能源的供应, 而我国电力能源的稳步发展有利于我国第二产业的稳步提升, 甚至可以说, 发电产业的发展与人们的生产生活息息相关。近几年来, 随着一些先进的发电技术的引进和研发以及新型的一些机械的应用, 我国的发电技术及工艺的到了极大的提高, 特别是高压开关的使用大大的提高了发电效率, 节省了一系列的人力和物力资源的浪费。但是我们不能否认的是, 我国的发电厂在高压开关检修的过程中仍然存在着一些不足, 如何弥补这些不足, 改善和正确引导发电厂高压开关状态检修是我们应当考虑的关键问题。

关键词：发电厂,高压开关,状态检修,研究,建议

参考文献

[1]于勇.基于局部放电监测的高压开关柜状态检修的应用与研究[D].华北电力大学, 2013.

一种新型开关状态显示仪的研制 第5篇

高压开关柜是一种广泛应用于变配电中的高压成套装置。随着工业的发展及配电网的大规模建设, 使其需求量猛增。传统开关状态显示设备多采用分立装置, 可靠性差、集成度低、接线复杂, 难以保证开关柜长期安全运行。开关柜状态显示仪是针对当前开关柜开发的一种新型多功能模拟状态显示的自动化装置。它以一体化布局配套于开关柜, 简化了面板结构设计, 美化了面板布局, 广泛应用于3 ~35 k V户内开关柜, 如中置柜、手车柜、固定柜、环网柜等。它集一次回路模拟图、开关状态、断路器位置、接地闸刀位置、弹簧储能状态、高压带电显示、闭锁及温湿度控制等多种功能于一体, 大大提高了装置集成度及自动化水平, 采用面板式安装, 用户选用时只要提供一次方案图即可[1]。

1 工作原理

开关状态显示仪工作原理框图如图1 所示。整机电路由开关电源、开关状态显示、高压带电显示及温湿度控制等单元模块构成。电源部分采用以TOP222Y芯片为核心设计的开关电源, 输出端配以MC78M05CG (3) 三端稳压器, 使其既具有开关电源体积小、效率高、输入电压范围广, 又具有线性电源稳定性好、纹波电压低等优点, 满足了装置对电源的要求。开关状态显示电路的输入信号取自开关柜中的一次元件的辅助触点, 经光电隔离后直接驱动数码管显示开关的分/合状态。高压带电显示电路的输入信号取自与高压母线相连的高压带电传感器, 经光电隔离、调理运算后输出高压带电闭锁信号并以高亮LED显示高压带电相别、闭锁/解除状态。温湿度控制电路配用具有折线特性的湿敏电阻型凝露传感器和NTC型温度传感器, 信号经调理放大与逻辑比较后输出加热器控制信号, 可启动/停止加热器工作, 以预设控制范围调节开关柜环境温湿度。另外, 装置上还附设了手自动加热转换电路, 可用来对温湿度控制电路进行手动与自动转换。加热器启停及手自动状态均以高亮LED进行显示。

2 电源电路

考虑到开关状态显示仪为面板式安装, 对体积要求较高, 并且3 ~ 35 k V开关站中多采用DC 220 V或DC 110 V作为操控电源, 故电源电路采用开关电源。图2 为以TOP222Y芯片为核心设计的输出为12 V/15 W的小型开关电源电路图。

电路主要有输入整流滤波、钳位保护、高频变压、输出整流滤波、反馈电路五部分组成。市电经输入滤波之后送桥式整流器变成直流, 再通过TOP222Y控制高频变压器工作, 次级绕组感应出脉动直流, 再经过D1整流和C3、L2、C4滤波变成直流电压。反馈绕组经D4整流和C8滤波之后产生TOP222Y的偏置电压。输出电压经R2进光耦PC817A的输入端作为取样信号, 再通过光耦接收端流入TOP222Y的控制端直接输出占空比。C5及R1组成输入钳位保护电路, 抑制漏感产生的尖峰电压。C7为安全电容, 用以滤除初次级耦合电容产生的共模失真[2]。

另外考虑到温湿度控制电路中同相输入滞回比较器参考电压要求较高, 以及凝露传感器工作电压的要求, 在图2 中输出端增加一个三端稳压器MC78M05CG (3) , 进一步降低纹波电压, 提高稳压精度。

3 开关状态显示电路

开关状态显示电路主要完成对一次设备运行状态进行监控及显示, 包括断路器状态显示、手车位置 ( 上、下隔离) 显示、接地刀状态显示、弹簧储能显示四部分。表1 为需要显示的开关状态类型[3]。电路原理图如图3 所示。LED为“十”字或“V”字发光二极管, 用以显示一次设备运行状态。端口8与地之间接一次触头的辅助触点, 当8为低电位时, LED1导通发出红光, 三极管Q1基极为低电位, Q1截止, LED2截止。反之, 当8为高电位时, LED1截止, Q1基极为高电位, Q1导通, LED2也导通发出绿光。

4 高压带电显示电路

高压带电显示器作为显示一次线路是否带有高电压的器件, 对开关柜运行及人员安全尤为重要。传统高压带电显示器使用氖灯作为显示设备, 亮度低、显示性能较差、工作寿命短, 并且仅仅提供显示功能, 无强制闭锁功能。本设计从高压组合传感器中提取隔离交流小信号作为带电显示器部分的工作电源, 驱动高亮度LED显示, 之后经过整流并通过光耦控制继电器输出闭锁信号。图4 为高压带电显示部分原理图。

A接高压带电传感器, 当母线电压超过额定电压的0.15 倍时, 传感器信号经R14后流入LED3, LED显示灯亮, 表明该相带电。此时传感器输出信号过小, 整流后不足以驱动光耦TIL113, 运放LM358 1脚输出低电位, 三极管Q3截止, Q2导通, 继电器J1得电动作, 输出解锁信号, 此时可以打开柜门。LED1为解锁显示灯, 显示解锁信号。当母线电压超过额定电压的0.65 倍时, 经传感器得到的交流小信号一方面驱动LED3, 提示该相带电。另一方面经桥式整流、滤波, 驱动Q1导通, 光耦TIL113 也导通。LM358 1脚输出高电位, 三极管Q3导通, Q2截止, 继电器J1失电释放, 输出闭锁信号, 此时不能打开柜门。LED2为闭锁显示灯, 显示闭锁信号。YM1 为压敏电阻, 起过压保护作用。运放LM358 U1B接成电压跟随器, 提高输入电阻, U1A接成同相滞回比较器。电阻R1、R2组成分压回路, 为滞回比较器提供参考电压[4,5]。

5 温湿度控制电路

根据开关柜运行需求, 本装置设计了两路温湿度控制电路, 当湿度大于或等于88%RH, 或将形成凝露时加热;当温度小于或等于5 ℃时, 启动加热, 大于或等于15 ℃时停止加热。另外, 为满足手动与自动加热切换, 还设计了手动自动转换电路。图5为温湿度控制电路的原理图。

R19为NTC热敏电阻 ( 或凝露传感器) , 与R6、R11、R17、R20组成单臂电桥, 为实现温度小于或等于5 ℃时启动加热, 大于或等于15 ℃时停止加热的要求, 运放LM324 U1A部分接成差动放大电路, 放大输入信号;U1B接成同相滞回比较电路, 控制温控范围。电桥输出的信号经放大电路放大后输出电压Uo1, 与反相输入端的参考电压UR相比较。当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压信号时, U1B输出高电平, 三极管Q1导通, 继电器J1得电动作, 加热器工作。反之, 当同相输入端小于反向输入端电压时, U1B输出低电平, 三极管Q1截止, 继电器J1失电, 加热器不工作。调节R21可以改变参考电平, 也改变了滞回比较器的滞回宽度, 从而改变控温的范围。LED3用以显示加热器工作状态。

考虑到手动加热与自动加热转换的需要, 本电路还利用IC (555) 定时器设计了一种单键双稳态电路。系统刚上电时, 由于C1的存在, 使IC (555) 6脚获得一正脉冲, 其3脚输出低电平, LED1导通发光, 对应自动状态, 此时C3上无电压。按一下轻触键SW1, C3上“0”电平作用于IC (555) 的2脚, 3脚翻转为高电平, 通过R12对C3充电, LED2导通发光, 对应手动状态。SW1释放后, C3充电到VCC, 而IC (555) 的2、6脚被R1、R5偏置于1/2VCC, 3脚高电平状态保持不变。再按一下SW1, C3上电压使IC (555) 6脚电压大于2/3VCC, 3脚又翻转为低电平。SW1释放后, C3上电压通过R12、IC (555) 3脚放电, 2、6脚的电压仍为1/2VCC, 3脚低电平的状态可维持不变。由此可见, 每按SW1一次, IC (555) 3脚高、低电平就变换一次。

6 结语

本文所设计的装置已经通过了杭州电子信息检验所检验, 结果表明该装置满足开关柜状态显示技术要求, 功能完备, 抗干扰能力强。产品已经应用于江西宝华山实业集团公司水泥生产线工程等项目。运行结果表明, 本装置具有功能完善、结构紧凑、显示直观、反应灵敏、实用性强、安装方便等优点, 并且长期运行稳定, 具有广阔的市场前景。

摘要：针对传统开关柜状态显示设备可靠性差、接线复杂、集成度低、难以保证开关柜安全运行的缺陷, 设计了一种适用于335kV高压开关柜的开关状态显示仪, 用于一次设备的模拟显示、高压带电显示及柜门闭锁、柜内的防凝露温湿度控制。给出了该显示仪的工作原理及硬件配置电路设计。实际运行结果表明, 该装置硬件结构简单、集成度高、可靠性好, 具有较高的实用性。

关键词：开关柜,开关状态,温湿度控制,高压带电显示

参考文献

[1]孙兴丽, 刘曙光.一种开关柜智能操控装置的设计与实现[J].高压电器, 2009, 45 (1) :76-80.

[2]黄涛, 付胜波.基于TOP221Y构成的单片开关电源[J].通信电源技术, 2007, 24 (1) :73-75.

[3]方严, 张晓忠.基于MC9S08AW32芯片的开关柜智能测控装置的设计及应用[J].电气传动自动化, 2010, 32 (2) :45-48.

[4]廉世军, 武建文.节电型自适应10~20kV系统的高压带电显示器的研制[J].电工电气, 2010 (3) :38-41.

开关状态 第6篇

关键词：变电设备,状态检修,策略

电力系统中绝大多数断路器的操作次数都比较少, 开断短路故障的机会不多, 开断额定短路电流的机会非常少见。而操作和开断次数往往远低于断路器自身的寿命指标, 每次开断的短路电流不可能相同, 要进行正确统计非常困难。过去, 对于油断路器规定短路电流允许开断次数只有2-3次, 正常负荷电流的允许开断次数约200次, 检修周期较短, 检修频繁。但是, 对于可靠性大大提高的现代高压SF6断路器, 如果按照第1类指标来决定检修周期, 检修周期必然会相当长。因此, 只能按照第2类指标来进行决策, 即长期以来推行的周期性检修, 执行所谓“到期必修”。这种按运行时间制定的检修周期, 只能根据长期的运行经验来决定, 但会带有很大的随机性和盲目性。按照这种决策, 很多性能良好的开关设备增加了不必要的检修次数, 甚至可能因检修而留下隐患。

1变电开关设备的缺陷分析

电力局的开关装备水平其近十年的高压开关缺陷进行统计。

得出以下结论:

(1) 油开关缺陷所占比例较高, 主要集中在油异常与跳闸达限两方面。

(2) 开关机构缺陷比例较高, 且主要集中在液压机构。

(3) SF6开关运行整体稳定, 但气压低报警缺陷较频繁。

(4) 真空开关运行整体稳定, 缺陷主要集中在开关机构部分。

2变电开关设备故障规律分析

根据电力局开关设备经过的几个不同阶段, 结合近五年开关设备缺陷分类统计和典型故障分析结果看:

(1) 由于油断路器的开断能力的限制和其密封性能的不足, 使得其开关本体的渗油、不检修开断次数达限等规律性故障占据了主导, 达到此类开关故障总数的96%左右。

(2) SF6开关总体性能稳定, 故障少。特别是以ABB、西门子、阿尔斯通为主的110kV SF6开关设备, 其科技含量高, 开断能力和防污闪能力明显提高, 同时灭弧自能化使得机构功小故障少, 设备相对稳定。而仅有的两台LW6-110型和35kV部分的LW 8-35型国产SF6开关相对故障率较高, 主要表现在SF6低气压报警。但从缺陷与典型事故可以看出SF6低气压报警是一个渐变的过程, 且开关自身能检测, 可以控制发展。

(3) 真空开关设备的总体运行状况良好, 开关本体故障较少, 相对在机械引起的附件故障较多, 特别是在无油化改造中采取机构沿用的做法, 使ZN-10系列真空开关与CD10电磁机构之间出现配合未达到最佳状态, 使得其机械故障发生率有所提高, 主要表现在动作频繁或连续动作的开关其传动机械易出现变形、脱销, 辅助开关出现变换不到位等故障。这也是使得统计表中电磁机构故障率和二次回路故障率高的主要原因之一。机构性能不稳定, 也主要是一些连续动作中突发性的过程。

(4) 国产液压机构 (CY) 的渗油、打压、暴压故障率较高。总体上看应该说SF6开关、真空开关的本体性能稳定, 故障极少, 即使国产LW8系列有一些问题, 主要也是年泄漏率超标, 其具备发展缓慢、运行中可以得到有效控制的条件。油开关本体的故障则具备明显的规律性和发展缓慢的特性。国产液压机构运行极不稳定, 既具有明显的规律性的渗油, 又具有突发性的暴压故障, 国产弹簧操动机构则相对稳定。断路器的关合与开断故障、绝缘故障、载流故障远少于二次、机构故障。

3变电开关设备状态检修对策

根据上面的综合分析, 提出采取的开关设备开展状态检修的总体策略是:

(1) SF6断路器由于其技术较先进、性能稳定、开断能力强、防污闪能力高。为此, 其应完全依据:①开关触头的电寿命, 既开关开断故障电流次数达到产品技术要求时进行大修;②开关机械动作次数达到产品的机械寿命时进行机构的大修;③当开关存在影响正常运行的缺陷时进行针对性消缺检修;④当开关防污能力不满足所在地的要求时进行清扫性检修或外施防污措施;⑤每三年进行一次回路电阻和微水测试。

(2) 6-35kV真空断路器由于其故障基本上是由机械引起, 特别是国产和无油化改造的真空开关的机构故障大多数是发生在连续动作过程中, 小修对它的控制能力并不强。为此, 其应完全依据:①严格控制机械动作次数, 动作达限时必须及时进行检修、测试、调整;②加强对发生过连续动作开关的管理仁如出现后加速动作的开关, 及时进行机械状况的检查;③加强控制回路器件的检查和调整;④加强对真空泡真空度的测试;⑤不论试验与否至少每三年应进行一次机构的检查调试, 每年雷雨前有选择性的进行转动模拟试验;⑥每三年进行一次绝缘电阻、回路电阻、交流耐压测试。

(3) 油断路器由于其故障有明显的规律性、普遍性和渐变性。为此, 应采用①周期性小修和维护方式;②控制开关本体的开断次数, 及时进行解体检查;③控制大修周期确保开关油密封性能和电气性能;④运行中每二年进行一次绝缘电阻、回路电阻、泄漏电流测试, 每年进行一次绝缘油耐压试验。

(4) 对于配国产液压机构, 由于液压机构性能不稳定渗漏油严重维护工作量大, 我们建议仍延续一年一次的小修制度和二年一次的解体检修。

(5) 加强巡检及开关传动模拟试验, 强化检修人员的设备状态巡检和消缺工作。首先工作重点做了调整, 特别强调开关的实际动作模拟、控制回路的检查、转动部件的检查、设备附件的维护。通过每年的春季、夏季两次针对性巡检, 一方面更全面掌握了设备的真实状态, 做到心中有底, 另一方面通过检查、维护, 控制回路、转动部件的缺陷检出率明显提高, 起到了提高整体状况的作用。

(6) 由于开展状态检修的根本目的是降低成本、提高供电可靠性。所以, 我们在进行设备个体状态评估的同时结合设备组结构、电网结构进行间隔综合评估, 以实现成本最低化、供电效益最大化的目的。具体原则是:①加强户内母线设备的防污能力仁加绝缘热缩;②逐步提高电缆的绝缘等级 (由8.7kV提高到12kV ) ;③间隔工作坚持“以小靠大”原则, 统一时间减少重复停电;④对变电站一、二次设备进行综合评估, 根据评估结果制定检修策略。

4结语

实施状态检修是对检修制度的一次重大改革, 也是企业实现利润最大化的重要手段。供电企业在开展输变电状态检修的各方条件日益具备时, 状态检修必将成为变电设备检修的主流。本文结合电力局的运行实际, 深入分析开关设备的故障规律, 提出了设备状态检修的整体策略, 并依此制定状态检修应用导则, 在实际中得到很好的应用, 指导了变电设备状态检修工作的开展。

参考文献

[1]张金萍, 刘国贤等.变电设备健康状态评估系统的设计与实现[J].现代电力, 2004, 21 (4) :45-49.

[2]陈维荣, 宋永华, 孙锦鑫.电力系统设备状态监测的概念及现状[J].电网技术, 2000, 24 (11) :12-17.

多状态节油开关在某商用车上的应用 第7篇

目前我国物流市场双高现象明显,即高油耗和高空载率。无论何时油耗都是用户买车关注的主要问题之一,尤其是货运用途的商用车。多状态节油开关在车辆空载或半载时,通过调节发动机的输出扭矩和转速,降低汽车燃油消耗。多状态节油开关解决了用户在空载、半载、满载三种状态下的节油问题,用户只需要根据自己货物的重量选择相应的状态,就可以达到省油效果,为用户节省了大量的开支,顺应市场需求。

1、多状态节油开关内部原理

图1是某种多状态节油开关内部原理,开关内部有三个电阻R1、R2、R3和1、2、3三个开关。当开关在1位置时,多状态节油开关输出端4、5之间是R1的电阻值,当开关在2位置时,多状态节油开关输出端4、5之间是R1和R2两个电阻串联的电阻值,当开关在3位置时,多状态节油开关输出端4、5之间是R1、R2和R3三个电阻串联的电阻值。而开关1、2、3对应的就是多状态节油开关外部满载、半载及空载三个档位。

2、多状态节油开关的工作原理

多状态节油开关是发动机电控系统提供的一种功能,通过开关的不同档位调节选择不同的发动机功率,需要配合发动机电控系统才能工作。当发动机电控系统接收到来自多状态节油开关所标示的节油开关信号后,发动机电控系统根据不同的输入信号自动对发动机的扭矩和转速加以限制,使发动机运行在指定的扭矩和转速区域内,减少额外的功率消耗,从而达到节省车辆油耗的目的。在某发动机的万有特性曲线中,图中面积最小区域代表发动机工作的最经济区域,如图2所示。车辆在空载、半载或满载状态下,相同车速下所需要的发动机功率不同,载重量越小,需要的扭矩也越小,载重量的变化使发动机的工作区域改变,随着载重量的下降,发动机的实际工作区域不断在偏离最经济区域,也就是说对一般的发动机来讲,在某一固定的载质量下,其燃油经济性可以最佳,但不可能将满载、半载以及空载全部兼顾。

A为车辆满载时发动机的工作点B为车辆半载时发动机的工作点C为车辆空载时发动机的工作点

发动机电控系统中标定了发动机在空载、半载、满载三种状态的扭矩、转速区域,发动机的最经济区域与不同状态下的工作区域都非常接近,而这三个载重状态与多状态节油开关的三个开关档位相对应。多状态节油开关与发动机电控系统的连接见图3。

多状态节油开关在发动机电控系统上可用于扭矩限制,扭矩限制功能为电控系统数据中设置三个不同的MAP曲线来限制扭矩,每档MAP曲线通过选择对应开关状态实现同一发动机不同功率档次,使柴油机始终处于最佳经济区域内运转,达到节约燃油消耗的目的。

当多状态节油开关在满载档位时,发动机电控系统接收到R1的电阻值,使发动机在满载状态下运行。当多状态节油开关在半载档位时,发动机电控系统接收到R1+R2的电阻值,使发动机在半载状态下运行。当多状态节油开关在空载档位时,发动机电控系统接收到R1+R2+R3的电阻值,使发动机在空载状态下运行。

图4为发动机在三种载荷下的万有特性曲线,根据车辆载重情况,选择相应的状态开关(空载-半载-满载),实现同一发动机不同功率转换,使柴油机始终处于最佳经济区域内运转,实现节油降耗。

3、总结

多状态节油开关的应用,增加了空载、半载、满载三级发动机功率转换功能,用户可以根据车辆实际使用情况自行并实时设定发动机工作状况,使车辆始终工作在最佳状态,提高车辆使用经济性。节油开关的应用解决了动力性和节油性的矛盾,司机可以根据车辆的载荷选择合适的功率,达到最经济的油耗。

参考文献

[1]邓璘,张俊峰,杜子学.牵引汽车省油开关优化设计.黑龙江科技信息.2011,(26):33-33.

[2]蒋晶,毛萍.让汽车省油节能措施浅析.中国科技信息.2013,(20):107-110.

[3]杨沿平,郝夏艳,唐杰.我国汽车节油现状及对策分析.2008,(02):68-71.

开关状态 第8篇

国内外对断路器事故的统计分析表示, 高达70%~80%的断路器故障源于机械原因, 因此加强断路器机械状态和诊断对保障断路器安全具有重要意义, 断路器机械状态的监测方法主要有触头行程和速度的监测、合分闸线圈电流的监测和操作过程中振动信号的监测。断路器机械状态的改变将导致振动信号的改变, 这是利用振动信号作为故障诊断依据的理论基础。测量振动信号可选测量位移、速度或加速度参数, 一般根据振动的频率来确定测量哪个参数。其中表明断路操作机构信号的频率高达几千赫兹, 因此, 在断路器操作振动监测中选取测量加速度信号, 而且, 加速度传感器是二阶导数型传感器, 灵敏度高。在断路器适当位置 (如具有较大振动强度、较大信噪比的部位) 安装加速度传感器, 当断路器进行合、分闸操作时, 在传感器处测到的是一系列衰减的冲击加速度波形。

2 操作线圈电流信号

由于振动信号的一些关键理论尚未解决, 以及一些理论成果实现起来上有一定的技术困难, 单靠监测振动信号来诊断断路器的健康状况和进行故障诊断是并不合适的。所以本文同时监测了断路器的合、分闸线圈电流, 使二者结合起来判断断路器的状态。

2.1 操作线圈的作用与工作机理

断路器的基本结构由导电回路、灭弧装置、绝缘部件、操动结构和附属部件构成, 电磁铁及合分闸是操动机构中重要组成部件, 控制断路器动作的关键元件。当线圈通过电流时, 在电磁铁内部产生磁通, 动铁心受磁力吸动使断路器分闸或合闸。

2.2 操作线圈电流信号反映的状态

直流电磁线圈的电流随时间变化, 此变化波形中蕴藏着极为重要的信息。线圈电流波形可以反映的状态有铁芯行程、铁芯卡滞、摩擦情况、线圈状态 (如是否有短路) 、与铁芯预杆连续的铁门和阀门的状态, 合、分线圈的辅助接点的状态与转换时间, 从而可以诊断出断路器机械故障状态, 对断路器中发生几率危害最大的拒动、误动故障的诊断尤为有效。

2.3 开路电流信号

在电力系统运行中, 作为开合电流设备的高压断路器, 其电寿命一般比高压断路器整体寿命短。可通过对高压断路器电寿命的线监测, 确定在其性能下降时及时检修或更换, 可延长高压断路器的使用寿命;另一方面。也可以避免盲目检修, 延长设备的使用期。所以计算断路器的电寿命也是对高压短路的在线监测的一和重要方面。

3 SF6气体微水含量的监测分析

1955年美国西星公司制造出一台SF6断路器[1], 至今已四十余年。SF6断路器技术不断完善, 市场占有速度扩大。在高压领域取代油断路器与空气断路器已成定局, 在中压领域与空气断路器的角逐几乎是平分秋色。

3.1 微水含量及其对断路器的影响

对于SF6断路器, SF6气体即是断路器的灭弧介质, 又是断路器的主绝缘, 因此依据检测到的SF6气体微水含量可以判断其主要绝缘与灭弧性能的好坏。

3.2 SF6气体湿度在线监测原理

上述的湿度检测的方法, 虽然现在仍然被广泛的应用, 但是其缺点十分的明显。这些离线的测量方法, 耗气量大, 测试复杂, 费时费力, 对环境温度和工作人员的技术熟练程度和经验要求高。采用灵敏高度的传感器[2], 将SF6气体的微水信号转换成可以实时采集的电信号, 在线监测SF6高压断路器中SF6气体湿度, 对危险情况进行报警, 对SF6断路器的安全运行十分重要, 为发展智能化断路器提供了基础, 同时也是电站管理自动化的一部分。

3.3 RBF神经网络法在温度测量中的应用

本文应用湿敏电容传感器在线监测SF6气体温度。当采用单个传感器测量气体湿度时, 使用硬件的方法几乎无法补偿温度变化带来的影响, 即使采用双差法也存在不可忽视的测量误差, 所以需要从软件上进行补偿。

3.3.1 温度监测硬件实现原理

应用湿敏电容传感器测量湿度的原路, 采用应用电容-频率变换电路, 通过测取频率来监测这种微小的电容值的变化以获得与其对应的相对湿度, 进而经过最终的数据处理得到较为准确的湿度值。

3.3.2 RBF神经网络原理

神经网络模式识别技术具有很强的非线行处理能力和容错能力而德到广泛的应用。1985年, Powell提出了多变量插值的径向基函数 (Radial-Basis Function, RBF) 方法。输入层仅起到数据信息的传递作用, 对输入信息不进行任何变换[4]。而此处隐层神经元的核函数 (或称作用函数) 取为高斯函数, 构成隐含层空间将输入向量直接隐射到隐层空间, 对输入信息进行空间变换。输出层神经元的作用函数为线性函数, 对隐层神经元输出的信息进行线性加权后输出, 作为网络的输出结果。

3.3.3 在湿度测量中应用RBF方法

基于上述所讲的RBF网络的特性, 同时它有具有良好的范化特性 (即插值特性) , 用这种方法用于本课题中几可以进行曲线拟合、温度补偿, 又可以进行插值。极大的方便了数据处理过程。本文应用径向基函数神经网络两个功能;实现在相同温度下, 对实验所测得的参数进行曲线拟合;实现对温度进行补偿。在实际测量中, 我们不可能测量出SF6气体任意一点的湿度, 对于有些点要根据传感器的局部特性, 应用适当的方法寻找规律, 计算出它的湿度值, 作为储备数据。对于又湿度引起的湿度测量出的误差也要适当的方法加以解决。基于本文的需要, 参考了RBF神经网络的特性, 使用这一方法可以很好的解决以上的问题。

4 结论

断路器的工作状态和寿命可以通过它的一些特性参数近似的表示和判断。其中, 振动信号、合分闸线圈电流信号和断口电流信号对于状态检测和故障诊断起着极其重要的作用。而对于SF6高压断电器来说, 它的绝缘特性也是在线监测的重要方面。其中, 绝缘特性与气体中的水分含量有直接的关系。因此在SF6断路器中要对水分含量进行有效的监测。本文分析了用于SF6高压断路器状态监测和故障诊断的特征量;振动信号、分合闸线圈电流信号、开断电流信号和湿度信号的特征;重点阐述了湿度测量中的应用径向神经网络进行处理方法。

参考文献

[1]何振亚.数字信号处理的理论与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2003.

[2]沈兰荪.数据采集技术[M].北京:中国科学技术大学出版社, 2005.

[3]刘延刚.基于计算机的多速数据采集方法的实现[J].国外电子测量技术, 2000.