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隨著國家電網(wǎng)有限公司提出“三型兩網(wǎng)”（“三型”即樞紐型、平臺型和共享型，“兩網(wǎng)”即堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)）的戰(zhàn)略目標(biāo)以及南方電網(wǎng)公司提出的“透明電網(wǎng)”建設(shè)目標(biāo)，越來越多的研究者開始投入到建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)/“透明電網(wǎng)”的相關(guān)工作中。

然而，目前的電力基礎(chǔ)設(shè)施（如電力設(shè)備）最初并不是按照泛在電力物聯(lián)網(wǎng)/“透明電網(wǎng)”的要求進(jìn)行規(guī)劃的（或者說不能滿足建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)/“透明電網(wǎng)”的要求）：①所有相關(guān)設(shè)備與電力用戶、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、電工裝備企業(yè)等連接；②設(shè)備信息廣泛交互和充分共享；③以數(shù)字化管理大幅提高裝備制造的安全、質(zhì)量、先進(jìn)、效益效率水平；④通過智能傳感器，讓設(shè)備狀態(tài)透明、運(yùn)行狀態(tài)透明；⑤設(shè)備具有自我感知能力。

高壓斷路器是電網(wǎng)中具有保護(hù)和控制功能的重要電力設(shè)備，在上述大背景下，對高壓斷路器的智能化和運(yùn)行可靠性的要求越來越高，科學(xué)地評估高壓斷路器的運(yùn)行狀態(tài)，不僅能夠?yàn)殡娏\(yùn)維部門制定檢修策略提供依據(jù)，也可以為制造企業(yè)提供改進(jìn)方向。

對于高壓斷路器，常見的故障類型大致可以分為電氣故障和機(jī)械故障兩類。其中，機(jī)械零部件故障是一種常見的機(jī)械故障，包括零部件異常磨損、異常變形、斷裂等故障。零部件故障可能是由于加工工藝、裝配等因素造成的，也可能是在其運(yùn)行過程中（受到內(nèi)外環(huán)境的綜合作用）性能不斷退化造成的。零部件故障會(huì)導(dǎo)致斷路器動(dòng)作性能不符合要求（如動(dòng)作速度、動(dòng)作時(shí)間不符合要求），嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓴嗦菲鏖_斷、關(guān)合失敗等事故。

當(dāng)機(jī)械零部件發(fā)生早期故障時(shí)，斷路器仍可繼續(xù)運(yùn)行，但若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致故障程度不斷加劇，將會(huì)引起斷路器機(jī)械傳動(dòng)異常，影響機(jī)械特性，最終破壞動(dòng)觸頭的正常運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而引起開斷、關(guān)合失敗，甚至對電力系統(tǒng)造成影響。因此，有效判斷斷路器機(jī)械零部件的故障程度對提高斷路器的可靠性具有重要的意義。

采用斷路器分、合動(dòng)作過程中產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)信號對斷路器進(jìn)行故障診斷一直是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。自1988年M. L. Lai等首次提出利用振動(dòng)信號診斷斷路器故障的優(yōu)點(diǎn)及有效性以來，已經(jīng)取得了一系列有價(jià)值的研究成果。然而，目前的研究主要集中在對故障部位和故障類型的區(qū)分識別，而對故障嚴(yán)重程度的研究較少。實(shí)際上，斷路器機(jī)械零部件故障是一個(gè)從輕微到嚴(yán)重的演變過程，準(zhǔn)確識別故障演變過程對保證斷路器安全運(yùn)行有著重要的意義。

在有關(guān)學(xué)者的研究基礎(chǔ)上，福建工程學(xué)院、河南省電力公司電力科學(xué)研究院的研究人員提出了基于振動(dòng)信號混沌吸引子形態(tài)特性的斷路器機(jī)械零部件故障程度識別方法，能夠有效地判斷零部件的故障程度，克服了相關(guān)研究的不足，研究結(jié)果有助于更加合理地安排檢修計(jì)劃。

圖1 斷路器零部件故障模擬試驗(yàn)平臺

圖2 試驗(yàn)系統(tǒng)及加速度傳感器固定位置

首先，針對現(xiàn)有信號分解方法——變分模態(tài)分解方法存在的不足進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種譜形態(tài)變分模態(tài)分解（Variational Mode Decomposition, VMD）方法，以對斷路器振動(dòng)信號進(jìn)行參數(shù)自適應(yīng)分解；其次，介紹了不同動(dòng)力系統(tǒng)的吸引子特點(diǎn)，從中得出吸引子對系統(tǒng)狀態(tài)的變化較敏感，并將其應(yīng)用到斷路器機(jī)械零部件故障程度的識別中；最后，對所提出的故障程度識別方法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。研究表明，所提出的故障程度識別方法能夠直觀有效地反映斷路器機(jī)械零部件故障嚴(yán)重程度。

研究人員最后總結(jié)指出：

表1 斷路器故障程度診斷方法對比

1）對斷路器振動(dòng)信號進(jìn)行分時(shí)分割、特征模態(tài)提取以及重構(gòu)混沌吸引子等處理后，可將斷路器零部件早期故障的微弱故障特征顯現(xiàn)出來。

其中，①信號分時(shí)分割是以斷路器正常狀態(tài)時(shí)的振動(dòng)信號為參考依據(jù)，結(jié)合斷路器動(dòng)作特點(diǎn)，將振動(dòng)信號分割為脫扣、解列、傳動(dòng)及制動(dòng)階段，該方法有利于故障零部件的有效定位；②提出的SSVMD可以對振動(dòng)信號進(jìn)行參數(shù)自適應(yīng)分解，該算法能夠根據(jù)斷路器振動(dòng)信號自身特點(diǎn)，自動(dòng)選擇分解層數(shù)，避免目前VMD方法存在參數(shù)選擇困難等不足。

2）斷路器制動(dòng)階段的振動(dòng)信號混沌吸引子能夠有效反映分閘緩沖器的故障程度，可以以吸引子軌道突然開始逃離吸引域作為緩沖器開始出現(xiàn)故障的判據(jù)；而傳動(dòng)階段的振動(dòng)信號混沌吸引子能夠有效反映傳動(dòng)連桿孔軸的磨損程度，軸銷脫落前一次的混沌吸引子明顯異于正常狀態(tài)的吸引子，因此，可以以該吸引子的形態(tài)作為軸銷脫落的預(yù)警判據(jù)。

3）通過對一臺12kV真空斷路器開展零部件故障程度模擬試驗(yàn)，以及通過分析一臺252kV SF6高壓斷路器傳動(dòng)連桿孔軸磨損的演化過程，驗(yàn)證了所提方法的有效性和一定的普適性。所提方法能夠有效識別斷路器零部件的故障程度，特別是對于早期故障的微弱故障信息，能夠以比較直觀的方式呈現(xiàn)出來，有利于提高故障程度識別的準(zhǔn)確性。

4）后續(xù)工作可根據(jù)斷路器零部件不同故障程度的混沌吸引子形態(tài)特征，提出合適的量化形態(tài)特征的指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)故障程度的定量評估。

以上研究成果發(fā)表在2021年第13期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于振動(dòng)信號的斷路器機(jī)械零部件故障程度識別”，作者為楊秋玉、王棟 等。