一种高压断路器紧固螺栓松动检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种高压断路器紧固螺栓松动检测装置及检测方法，属于电力系统故障检测领域。包括布设在高压断路器上待监测的紧固螺栓上的振动加速度传感器，还包括与所述振动加速度传感器的输出端相连的信号采集模块，信号采集模块的输出端连接至信号处理模块。由于传感器体积小、重量轻，相较于其他智能检测手段，可以不受断路器内部空间狭小缺陷的限制，保证设备的安全可靠运行。该方法利用断路器分合闸过程中剧烈振动激励，使用振动加速度传感器采集目标螺栓附近的振动信号，通过对振动信号进行敏感振动波形提取、小波降噪处理、盲源分离及小波包能量熵分析，对照建立的螺栓松动检测数据库，从而判断出高压断路器紧固螺栓是否发生松动缺陷。

A fastening bolt loosening detection device and detection method for high voltage circuit breaker

The invention discloses a high voltage circuit breaker fastening bolt loosening detection device and a detection method, belonging to the field of power system fault detection. It includes a vibration acceleration sensor installed on the fastening bolt to be monitored on the high voltage circuit breaker, and a signal acquisition module connected with the output terminal of the vibration acceleration sensor, and the output terminal of the signal acquisition module connected with the signal processing module. Compared with other intelligent detection methods, the sensor is small in volume and light in weight, which can be free from the limitation of the small internal space of the circuit breaker and ensure the safe and reliable operation of the equipment. In this method, the vibration signal near the target bolt is collected by the vibration acceleration sensor, and the vibration signal is extracted by the sensitive vibration waveform, wavelet denoising, blind source separation and wavelet packet energy entropy analysis. Thus judging whether the fastening bolt of the high voltage circuit breaker is loose.

【技术实现步骤摘要】
一种高压断路器紧固螺栓松动检测装置及检测方法
本专利技术属于电力系统故障检测领域，具体涉及一种高压断路器紧固螺栓松动检测装置及检测方法。
技术介绍
高压断路器是电力系统中重要的组成部分，具有控制和保护的作用。当电力系统发生故障时，要求高压断路器能够迅速而准确地切断故障电流，防止事故进一步扩大，从而保证系统的安全运行。因此，目前对高压断路器运行的可靠性要求越来越高，而相关统计表明，机械故障是高压断路器的主要故障形式。螺栓连接由于具有结构简单、装配方便等优点，在工程实践中被广泛应用于各个领域。在振动的条件下，螺栓连接的自松动现象时有发生，轻则影响连接结构的稳定，重则会引发严重的安全事故。高压断路器中广泛使用螺栓紧固件，而断路器在分合闸过程中会产生剧烈的振动。因此，在安全检修中经常发现断路器紧固螺栓松动的缺陷，甚至对高压断路器的正常操作产生影响。从高压断路器分合闸过程产生的振动加速度波形可以看出，分合闸过程包括多个振源。对于某一确定型号的高压断路器而言，其各个振动事件发生的先后顺序基本不变，因此基于振动信号的紧固螺栓状态检测方法对同一类型的高压断路器具有通用性。然而，加速度传感器采集到的振动信号可能是多个振源的振动波的叠加，这时采集到的振动波形为多个振源的共同作用，不利于对振动信号的分析与处理。目前，人工巡检是紧固件检测的常规方法。然而，在高压断路器中螺栓使用众多，并且很多螺栓连接所处位置不便于手工检测，因此，人工巡检费时费力。高压断路器内部结构紧凑，空间狭小，使得一些智能检测手段(如图像分析技术)无法使用。因此，亟需发展一种新的方法来实现对高压断路器紧固螺栓松动缺陷的检测。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高压断路器紧固螺栓松动检测装置及检测方法，该装置结构设计合理，使用简单，能够有效检测出螺栓松动缺陷，保证设备可靠运行；该方法能够实现高压断路器紧固螺栓状态的在线监测，省时省力，节约人工。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种高压断路器紧固螺栓松动检测装置，包括布设在高压断路器上待监测的紧固螺栓上的振动加速度传感器，还包括与所述振动加速度传感器的输出端相连的信号采集模块，信号采集模块的输出端连接至信号处理模块。优选地，振动加速度传感器采用压电式振动加速度传感器。优选地，振动加速度传感器根据待监测的紧固螺栓附近的振源数目设计，若目标紧固螺栓附近仅存在一个振源，则在靠近目标紧固螺栓布置一个振动加速度传感器；若目标紧固螺栓附近存在多个振源，则在靠近目标紧固螺栓布置多个传感器，且要求振动加速度传感器的数目不少于振源数目。进一步优选地，当布置多个振动加速度传感器时，数目至少为3个。优选地，信号采集模块包括信号调理模块和AD采集卡，信号调理模块的输入端与振动加速度传感器的输出端相连，输出端与AD采集卡的输入端相连，AD采集卡的输出端连接至信号处理模块。进一步优选地，AD采集卡为多通道数据采集卡，采用ISA总线插槽形式，各通道并行采样。优选地，振动加速度传感器、信号采集模块及信号处理模块通过屏蔽传输线依次相连。本专利技术还公开了基于上述的高压断路器紧固螺栓松动检测装置的检测方法，包括以下步骤：1)将振动加速度传感器布置在高压断路器待监测的目标紧固螺栓附近；2)通过信号采集模块采集在断路器分合闸过程中各个振动加速度传感器的振动信号；3)将振动信号输送到信号处理模块分析处理，经处理后对比螺栓松动检测数据库，进行螺栓松紧状态诊断；4)显示高压断路器紧固螺栓状态诊断结果。优选地，步骤3)中，具体操作包括以下步骤：步骤1：根据振动加速度传感器所处位置，提取振动信号中的敏感振动事件信号，即振动加速度传感器附近的振源所激励的振动波形；步骤2：对敏感振动事件信号进行小波软阈值降噪处理；步骤3：判断目标紧固螺栓附近是否为单振源，若是，直接跳至步骤4处理；若不是，则目标紧固螺栓对应的振动加速度传感器提取到的敏感振动事件信号是由多个振源共同激励产生，采用独立分量分析对多元信号进行盲源分离，提取出相互独立的单个振源信号；步骤4：针对不同位置的振动加速度传感器，采用小波包能量熵法对提取到的敏感振动事件信号进行处理，得到敏感频段总能量；步骤5：对照螺栓松动检测数据库，判断该振动加速度传感器采集到的信号的敏感频段总能量是否超过相应的阈值，从而确定螺栓松紧状态。优选地，所述螺栓松动检测数据库按照以下步骤建立：Step1：分别对目标紧固螺栓施加额定力矩、3/4额定力矩、1/2额定力矩、0力矩；Step2：在高压断路器分合闸过程中，采集上述四种状态下目标紧固螺栓附近的振动加速度传感器得到的振动信号；Step3：采用信号处理模块对得到的振动信号进行处理，确定该目标紧固螺栓振动信号的敏感频段，并记录四种不同状态下分别对应的总能量阈值；Step4：针对同一型号的高压断路器，采集各个目标紧固螺栓振动信号的敏感频段和能量阈值，建立得到该型号高压断路器的螺栓松动检测数据库。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的高压断路器紧固螺栓松动检测装置，包括布设在高压断路器待检测紧固螺栓附近的多个振动加速度传感器，以及信号采集模块和信号处理模块。由于加速度传感器体积小、重量轻，相较于其他智能检测手段，可以不受断路器内部空间狭小缺陷的限制，准确度高，能够有效地检测出螺栓松动缺陷，保证设备的安全可靠运行。本专利技术公开的检测方法利用断路器分合闸过程中剧烈的振动激励，使用振动加速度传感器采集目标紧固螺栓附近的振动信号，通过对振动信号进行敏感振动波形提取、小波降噪处理、盲源分离及小波包能量熵分析，对照所建立的螺栓松动检测数据库，从而判断出高压断路器紧固螺栓是否发生了松动缺陷。本专利技术方法能够实现高压断路器紧固螺栓状态的在线监测，避免了人工检测的费时费力。附图说明图1为本专利技术提出的高压断路器紧固螺栓松动检测装置示意图；图中：高压断路器1，振动加速度传感器2，信号采集模块3，信号处理模块4，信号调理模块5，AD采集卡6，屏蔽传输线7，绝缘筒紧固螺栓8。图2为本专利技术提出的高压断路器紧固螺栓松动检测方法的流程框图；图3为本专利技术中高压断路器合闸过程中加速度传感器采集到的振动加速度曲线；图4为本专利技术中高压断路器合闸过程中两种典型的振动事件波形图；图5为本专利技术提出的采用独立分量分析方法对断路器振动混合信号进行分解的波形图；其中，(a)为混合信号，(b)为解混信号；图6为本专利技术中高压断路器紧固螺栓的小波包能量谱图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术提出的一种高压断路器紧固螺栓松动检测装置，其装置结构示意图如图1所示，包括高压断路器1、振动加速度传感器2、信号采集模块3和信号处理模块4。其中，信号采集模块3包括信号调理模块5和AD采集卡6，并通过屏蔽传输线7连接到信号处理模块4。在高压断路器1的绝缘筒紧固螺栓8附近布设振动加速度传感器2。优选地，所述的加速度传感器2为压电式振动加速度传感器，具有较宽的频响范围，并且数量不少于三个，以实现多振动传感器联合诊断，能够将采集到的振动加速度信号传输到AD采集卡6中。优选地，所述的AD采集卡6为多通道数据采集卡，ISA总线插槽形式，各通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压断路器紧固螺栓松动检测装置，其特征在于，包括布设在高压断路器(1)上待监测的紧固螺栓上的振动加速度传感器(2)，还包括与所述振动加速度传感器(2)的输出端相连的信号采集模块(3)，信号采集模块(3)的输出端连接至信号处理模块(4)。

【技术特征摘要】
1.一种高压断路器紧固螺栓松动检测装置，其特征在于，包括布设在高压断路器(1)上待监测的紧固螺栓上的振动加速度传感器(2)，还包括与所述振动加速度传感器(2)的输出端相连的信号采集模块(3)，信号采集模块(3)的输出端连接至信号处理模块(4)。2.根据权利要求1所述的高压断路器紧固螺栓松动检测装置，其特征在于，振动加速度传感器(2)采用压电式振动加速度传感器。3.根据权利要求1所述的高压断路器紧固螺栓松动检测装置，其特征在于，振动加速度传感器(2)根据待监测的紧固螺栓附近的振源数目设计，若目标紧固螺栓附近仅存在一个振源，则在靠近目标紧固螺栓布置一个振动加速度传感器；若目标紧固螺栓附近存在多个振源，则在靠近目标紧固螺栓布置多个传感器，且要求振动加速度传感器的数目不少于振源数目。4.根据权利要求3所述的高压断路器紧固螺栓松动检测装置，其特征在于，当布置多个振动加速度传感器(2)时，数目至少为3个。5.根据权利要求1所述的高压断路器紧固螺栓松动检测装置，其特征在于，信号采集模块(3)包括信号调理模块(5)和AD采集卡(6)，信号调理模块(5)的输入端与振动加速度传感器(2)的输出端相连，信号调理模块(5)的输出端与AD采集卡(6)的输入端相连，AD采集卡(6)的输出端连接至信号处理模块(4)。6.根据权利要求5所述的高压断路器紧固螺栓松动检测装置，其特征在于，AD采集卡(6)为多通道数据采集卡，采用ISA总线插槽形式，各通道并行采样。7.根据权利要求1～6中任意一项所述的高压断路器紧固螺栓松动检测装置，其特征在于，振动加速度传感器(2)、信号采集模块(3)及信号处理模块(4)通过屏蔽传输线(7)依次相连。8.基于权利要求1～7中任意一项所述的高压断路器紧固螺栓松动检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将振动加速度传感器(2)布置在高压断路器(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨韧，刘光伟，王立军，贾申利，齐卫东，汪金星，薛军，盛勇，耿波，杨博，李旭，丁彬，左坤，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司电力科学研究院，西安交通大学，陕西中试电力科技有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61