低压电器故障诊断检测方法分析

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摘要：文章首先介绍低压电器故障诊断及检测方法，包括传统诊断及检测方法、智能化诊断及检测方法，然后以断路器故障诊断为实例，分析智能化故障诊断及检测方法的应用。

关键词：低压电器；断路器；故障诊断；智能化检测

引言

低压电器在各种电力系统中广泛存在，我国是低压电器制造与应用大国。根据电力系统实际运行情况，低压电器的使用可靠性直接关系到系统安全，因此低压电器一旦出现故障，必须及时诊断、处理，确保系统第一时间恢复正常。

1低压电器类型

低压电器主要功能包括通断、调节、保护、控制，根据用途，可分为配电电器、控制电器；根据操作方式，可分为自动电器、手动电器；根据工作原理，可分为电磁式电器、非电量控制电器。各种低压电器共同组成接触器控制线路。对于一个较为复杂的电气控制线路，其故障大多是由低压电器故障引发的，有效识别和判断故障是保证电气系统可靠运行的重要基础。

2低压电器故障诊断及检测方法

现阶段，我国低压电器故障诊断及检测方法，主要分为传统故障诊断方法（包括物理、化学诊断，征兆诊断，阈值诊断等）和人工智能诊断及检测技术，具体见表1。各种方法均有所应用，传统方法诊断速度快、操作简单，但是对诊断人员的经验要求较高，适用于部分常见故障类型；新型智能诊断与检测技术，更适用于一些复杂故障问题，其诊断效率、准确率均较高，且对操作人员经验无严格要求。

3传统诊断及检测方法

以断路器、继电器、交流接触器为例，介绍常见故障类型及其传统诊断方法。

3．1断路器故障

低压断路器工作原理如图1所示，若无法正常分合与开断，则表明出现了故障，大部分故障可通过例行检查排除。断路器常见故障及诊断方法如下。（1）合闸故障：检查合闸电磁铁吸合情况；检查定位件动作；检查储能机构。（2）不分闸：检查控制与二次元件，包括辅助开关、端子排；检查、检修断路器主体。（3）空合：检查合闸保持；检查储能机构。

3．2继电器故障

继电器是一种电子控制器件，具有自动调节、安全保护和转换电路的功能。继电器主要是通过“通”“断”完成控制工作。继电器常见故障及诊断方法如下。（1）触点过热：检查触点容量、压力；检查表面是否存在氧化情况；检查表明是否清洁。（2）磨损加剧：检查触点容量；检查电弧温度。（3）触点熔焊：检查电弧温度；检查触点是否严重跳动。

3．3接触器故障

以最常见的交流接触器为例，其具有低电压（或失压）释放保护功能，可实现远距离控制，常与熔断器、热继电器配合使用。交流接触器接线图如图2所示。交流接触器故障诊断、排除必须迅速，以免出现安全事故，常见故障及诊断方法如下。（1）线圈过热：检查衔铁与铁芯端面接触是否紧密；检查中柱铁芯是否气隙过大；检查衔铁安装是否正确；检查传动部分是否卡阻；检查线圈绝缘是否损坏；检查线圈匝间是否存在短路。（2）相间短路故障：检查电气联锁机构、机械连锁；检查线圈绝缘性能；检查是否存在零部件损坏。（3）电磁噪声过大：检查铁芯有衔铁端面是否存在磨损、灰尘等情况；检查触点弹簧压力；检查磁系统是否歪斜；检查短路环是否断裂；检查电压是否过低；检查运动部分是否卡阻。（4）线圈通电后无法吸合：检查电磁线圈两端是否存在额定电压，无电压需对控制回路进行检查，电压小于额定电压应检查电路是否存在接触不良的情况，电压为额定电压则应检查线圈是否断线、自锁触点是否接触不良；检查动触点是否卡组；检查接触器是否损坏。（5）线圈带电后铁芯无法释放：检查铁芯板面是否变形；检查铁芯端面是否存在较多污渍；检查触点是否熔焊。

4智能化诊断及检测方法

以低压断路器为例，研究智能化故障检测与诊断程序。

4．1断路器智能化诊断算法

实现断路器智能诊断的算法主要有以下几种。（1）基于解析模型的算法：包括状态估计诊断法、一致性检验诊断法、参数估计诊断法，应用较多的是一致性检验诊断法。（2）基于信号处理的算法：通过提取特征值的方式进行故障诊断，包括多元统计方法、时域频域分析方法等。（3）基于知识的方法：包括逻辑推理、机器学习、神经网络、模糊理论等多种人工智能算法，主要是通过模拟大脑的方式进行故障诊断，可实现高效、精确分析，是未来智能诊断的主要发展方向。

4．2断路器智能化诊断及检测实例

在断路器故障诊断中，可通过检测多种运行参数完成智能诊断工作。本文以分合闸线圈电流信号为例进行分析。在人工智能算法方面，综合应用多核学习支持向量机（MKL－SVM）＋遗传算法，此方法不仅可实现故障类型诊断，还可以进行故障程度定量评估。

4．2．1合闸数据以DW15－1600低压万能式断路器为例，模拟5种状态下的合闸线圈电流信号数据，包括：①正常状态；②铁芯卡涩状态；③机械结构卡涩状态；④铁芯行程不足状态；⑤线圈匝间短路状态。每种状态下的信号数据采集30组，共采集150组，75组用于训练、75组用于测试。④、⑤状态存在不同程度故障，见表2（故障严重程度：d1＜d2＜d3＜d4）。

4．2．2诊断方法采用相应的故障检修便携装置进行诊断，故障诊断流程如图3所示。4．2．3诊断结果此故障为隐性故障，常规检查不易发现，而检测系统快速检测出了故障类型，故障诊断准确率均到90％以上，具备工程实用性。构建故障程度与EEMD能量矩相对熵特性曲线，实现定性分析。合闸不同故障下EEMD能量矩相对熵见表3，曲线图如图4所示。

5结语

低压电器运行情况直接关系到整个系统的使用情况，低压电器长期使用必然会出现各种故障，快速、精确地诊断、处理故障十分关键。随着时代的发展和变化，低压电器的问题也变得更加复杂和新颖，各种诊断与检测方法得到应用，进一步研究新型智能检测技术十分重要，有利于实现对各种故障的精确识别，保障低压设备与相关系统安全运行。

参考文献

［1］张丽萍，石敦义，缪希仁．低压断路器振动特性分析及其故障诊断研究［J］．电机与控制学报，2016，20（10）：82－87．

［2］刘晓玲．继电器故障分析及处理方法［J］．黑龙江科学，2018，9（12）：78－79．

［3］林抒毅，许志红．晃电故障下交流接触器的工作特性分析［J］．中国电机工程学报，2011，31（24）：131－137．

［4］聂俊岚，李勇征．基于模糊评判的低压开关控制柜的故障预测［J］．计算机工程与设计，2009，30（16）：3906－3909．

作者：陈可夫 单位：湖南电器科学研究院有限公司