zw20分闸弹簧故障，针对分闸弹簧刚度系数过大、过小线圈电路故障
发布时间：2019-02-12
zw20分闸弹簧故障，针对分闸弹簧刚度系数过大、过小线圈电路故障
2.2分闸弹簧故障针对分闸弹簧刚度系数过大、过小以及一相障有永磁机构的线圈电路故障、分闸弹簧故障、油缓冲器失效故障等。笔者针对这些故障，通过仿真求取故障状态下线圈电流波形与分合闸过程中的主轴角位移行程曲线，与正常情况进行对比，为机械状态的智能诊断提供依据。分闸弹簧脱落的故障类型，进行仿真研究。分闸弹簧的刚度系数标准值为34N/mm。研究发现，当分闸弹簧刚度系数增加到正常至120%以上时(K=40.8N/mm)，不能可靠合闸；当分闸弹簧刚度系统减小到正常值的60%以下时(K=20.4N/mm)，不能可靠分闸。刚度系数分别为20.4、34、40.8N/mm时的合闸与分闸主轴角位移曲线对比图见图6。
2.1永磁机构的线圈电路故障永磁机构的线圈电路故障主要反映为电流过小/过大、通流时间过短/过长几种类型。线圈电流过大与通流时间过长会导致线圈烧坏，产品中有明确的阈值规定。对于线圈电流过小和通流时间过短，产品则缺乏定量指标。为此，笔者仿真研究了电流的下限阈值。zw20-12合闸线圈的标准电流为30A(平均值)，分闸线路的标准电流为2A。仿真发现，当合闸线圈电流低于标准电流80%(即24A)时，zw20-12不能完成合闸操作；当分闸线圈电流低于标准电流60%(即1.2A)时，zw20-12不能完成分闸操作。考虑到实际应用中zw20-12摩擦力参数的不确定性，比如产品相互之间的差异，长期静置后摩擦力增大等，分合闸线圈电流的下限阈值应设置得更高，以留足裕量。标准电流与下限电流时分合闸角位移行程曲线对比见图5。图6分闸弹簧刚度系数对角位移曲线影响一相分闸弹簧脱落后，对合闸而言少了反力，对分闸而言少了动力，因此合闸速度会增大，分闸速度会降低。角位移行程曲线见图7。 2.3油缓冲器故障油缓冲器漏油过多导致液压缓冲力严重不足，视为油缓冲器失效。这时，在分闸后期由于没有足够的缓冲力，会使得分闸结束时动触头运动速度过大，分闸弹跳程度和次数会增加。油缓冲失效时的分闸角位移行程曲线见图8。图5正常与下限电流时的角位移曲线3基于主轴角位移曲线的zw20-12故障诊断从图5-8可以看出，正常与故障情况下角位移行程曲线具有明显的差异，甚至对不同故障类型也有所不同。虽然如此，如何通过在线监测系统判别故障，并区分故障类型，仍然是当前zw20-12智能化研究的重要课题。 合闸过程中的驱动力主要是动铁心电磁力，而分闸过程中的驱动力包括动铁心电磁力和分闸弹簧力。仿真得到的分闸电动力最大值为4700N，分 研究与分析王帮田，姜亚军，张杰，等.zw20-12的仿真建模与故障分析·39·器发生漏油导致分闸回弹较大的情况下，第4阶段将有一定斜率[23]。合闸过程与分闸过程的力作用时序基本相反，因此同理可将合闸过程也分为4个阶段。在此基础上，可将分合闸角位移行程曲线按照上述4个阶段进行参数化描述，见图9。对标准分合闸角位移曲线的4个阶段分别求取斜率，得到4个阶段的平均角速度(v1-v4)，作为故障识别的关键参数。图7一相分闸弹簧脱落下的角位移曲线图94参数法分析图Fig.9图8油缓冲失效故障分闸角位移曲线Schematicdiagramof4parametersmethod针对正常与故障情况下的合闸与分闸角位移行程曲线，用四参数法得到的关键参数见表1、2。表根据受力情况的不同，把分闸过程分为4个阶段：第1阶段为从主轴开始运动到三相触头都断开为止，这一阶段操动机构运动过程主要受触头弹簧分闸动力、分闸弹簧分闸动力、动铁心电磁力和摩擦阻力的作用；第2阶段为三相触头断开时刻到主轴上的缓冲拐臂跟油缓冲器刚接触1、2中数据说明，可以在一定监测误差的条件下，通过四参数法对分合闸角位移行程曲线进行分析，在线诊断zw20-12的机械状态，识别zw20-12故障。比如：对于油缓冲器失效故障，在分闸曲线中得出的参数v4=-0.43，与正常情况及其他故障类型有明显差异，可用于准确识别此类故障。(油缓冲器尚未起作用)，这一阶段只有分闸弹簧的分闸动力、动铁心的电磁力和摩擦阻力作用；第3阶段为从油缓冲器被压缩时刻到油缓冲器被压缩到最大行程位置为止。油缓冲器受压缩后产生一个反力，以减缓主轴的转动速度，油缓冲器被压缩到最大行程时，分闸锁扣装置已经将zw20-12分闸位置锁住。该部分包括了分闸弹簧分闸动力、动铁心电磁力、油缓冲器阻力和摩擦阻力；第4结语zw20-12作为中压配电网的关键设备，在线获取它的运行状态对于提高配电网安全性非常重要[27]。笔者采用ADAMS和ANSOFT软件相结合，对zw20-12的电特性、力特性和机构运动特性进行了系统的仿真分析，得出了这些特性的相互关系。根据在线监测获得的永磁线圈电流波形和主轴角位移曲线，笔者提出了4参数法等机械故障诊断方法，并给出了关键的故障判据。利用这些判断方法和判据，可以对永磁线圈电流过小、分闸弹簧弹4阶段为从油缓冲器被压缩到最大行程时刻到zw20-12分闸过程终止时刻。在zw20-12正常工作状态下，第4阶段斜率可以忽略不计，在油缓冲 ·40·2014年5月第50卷第5期表1合闸角位移行程曲线的4参数法分析结果一相分闸弹簧脱落合闸电流分闸电流Tab.1平均角速度分闸弹簧刚度系分闸弹簧刚度系数40.4N/mm数20.4N/mm油缓冲失效正常情况分闸角位移行程曲线的4参数法分析结果一相分闸弹簧脱落合闸电流分闸电流平均角速度·/(°ms-1)正常情况分闸弹簧刚度系分闸弹簧刚度系数40.4N/mm数20.4N/mm油缓冲失效24A
