Методи та засоби діагностування технічного стану вакуумних вимикачів

Abstract

Дисертаційна робота присвячена підвищенню надійності роботи вакуумних вимикачів шляхом вдосконалення методів і засобів діагностування електромагнітного приводу та контактної системи вакуумного вимикача. З цією метою в роботі виконано аналіз методів та засобів діагностування технічного стану комутаційних апаратів, розроблено математичну модель діагностування електромагнітного приводу на основі аналізу вебер-амперних характеристик. Синтезовано математичні моделі системи виявлення зносу та оцінки роботоздатності контактної системи вакуумного вимикача. Розроблено необхідні структури пристроїв на основі запропонованих математичних моделей, а також алгоритми їх роботи. Створено комп’ютерну модель електромагнітного привода вакуумного вимикача у програмі FEMM. Проведено розрахунок його магнітної системи. Отримані результати моделювання сили утримання якоря електромагніту у програмі FEMM відповідають паспортним даним на вимикач. Розроблено у ППП Matlab Simulink комп’ютерну модель виявлення та попередження зносу контактної системи вакуумного вимикача, яка дозволяє при ввімкненні та вимкненні вимикача отримати сигнал про зношення контактів вимикача. Комп’ютерна модель дозволяє імітувати ввімкнення/вимкнення вакуумного вимикача при різних струмах, змінювати технічні параметри контактної системи та інформувати про зношення контактної системи. Проведено натурний експеримент із імітацією несправності вимикача для перевірки адекватності роботи запропонованого методу діагностування електромагнітного приводу вакуумного вимикача ВР0- 10-12,5/630 У2. Отримані результати потокозчеплення для обмоток електромагніту вакуумного вимикача підтверджуються моделюванням у програмі FEMM. Наведений спосіб отримання вебер–амперної характеристики може бути використаний для діагностування електромагнітного приводу вакуумного вимикача на основі аналізу вебер–амперних характеристик обмоток. Здійснено оцінку похибок помилок першого і другого роду при визначенні часу неодночасності комутації полюсів вимикача та з врахуванням вартості цін для відповідних помилок розраховано середній ризик.

The dissertation work is devoted to increase of reliability of work of vacuum switches by improvement of methods and means of diagnostics of the electromagnetic drive and contact system of the vacuum switch. For this purpose, the analysis of methods and means of diagnosing the technical condition of switching devices is performed, a mathematical model of diagnosing the electromagnetic drive based on the analysis of weber-ampere characteristics is developed. Mathematical models of the system for detecting wear and evaluating the efficiency of the contact system of a vacuum switch have been synthesized. Necessary structures of devices on the basis of the offered mathematical models, and also algorithms of their work are developed. A computer model of the electromagnetic drive of the vacuum switch in the FEMM program has been created. The calculation of its magnetic system is carried out. The obtained results of modeling the retention force of the armature of the electromagnet in the FEMM program correspond to the passport data on the switch. In program Matlab Simulink developed a computer model for detecting and preventing the wear of a vacuum circuit breaker contact system, which allows you to receive a signal about the wear of the circuit breaker contacts when you turn on and off the circuit breaker. The computer model allows to simulate switching on / off of the vacuum switch at various currents, to change technical parameters of contact system and to inform on wear of contact system. An experiment with simulation of circuit breaker failure to verify the adequacy of the proposed method of diagnosing the electromagnetic drive of the vacuum circuit breaker ВР0-10-12,5/630 У2. The obtained results of the calculation of the flux coupling for the electromagnet windings of the vacuum switch are confirmed by simulation in the FEMM program. The above method of obtaining the Weber-ampere characteristic can be used to diagnose the electromagnetic drive of the vacuum switch based on the analysis of the weber-ampere characteristics of the windings. The estimation of errors of errors of the first and second kind for time of nonsimultaneous switching of poles of the switch is calculated and the average risk taking into account cost of prices for the corresponding errors is calculated.

В диссертации предложены методы диагностирования контактной системы и электромагнитного привода на основе анализа вебер-амперных характеристик вакуумного выключателя. Выполнен анализ методов и средств диагностирования технического состояния коммутационных аппаратов. В работе разработана математическая модель диагностирования технического состояния электромагнитного привода вакуумного выключателя на основе сравнения эталонной вебер-амперной характеристики с текущей и определении коэффициента отклонения, который позволяет оценить текущее техническое состояние электромагнита выключателя в процессе эксплуатации. Предложенная математическая модель позволяющая определять износ контактной системы, вызванный дуговыми процессами и механическими перенапряжениями, при включении и выключении вакуумного выключателя, позволяет определить степень приближения технического состояния контактной системы выключателя к аварийному. На основе математической модели сравнения вебер-амперных характеристик электромагнитного привода разработан алгоритм и микропроцессорное устройство, которое имеет расширенные функциональные возможности и может легко интегрироваться в общую систему диагностирования коммутационного оборудования и обеспечивает достаточное быстродействие в процессе его эксплуатации. Осуществлена оценка погрешностей ошибок первого и второго рода при определении времени неодновременности коммутации полюсов выключателя и проведена оценка точности синтезированных устройств по критерию минимального риска.