高压断路器在变电站和发电厂有着广泛的应用,具有保护与控制输电线路的作用。高压断路器弹簧操作机构为断路器的分合闸提供动力,在实际运行中会出现卡涩、拒动等故障,且在所有故障中占有相当大的比例。开展断路器弹簧操作机构故障研究,对保证电力系统的安全稳定运行具有重要意义。本文以断路器弹簧操作机构为研究对象,开展了故障机理、时间特性参数提取及诊断方法的研究及应用,主要内容如下:(1)对断路器弹簧操作机构故障进行了仿真分析与试验研究。首先根据断路器实际尺寸建立准确的动力学分析模型,通过调节ADAMS中相应的参数,分别模拟了弹簧操作机构在正常状态、合闸弹簧疲劳、缓冲弹簧无效、传动机构故障等弹簧操作机构故障运动过程,得出了断路器动触头的合闸速度和最大行程的变化规律。然后分别实测了 LW42A-40.5型断路器在正常和故障工况下的动触头行程规律,验证了仿真分析的正确性。(2)提出了一种利用振动信号在线提取断路器时间特性参数的新方法,解决了传统方法只能在断路器停电检修的状态下进行,无法在线测量的问题。首先通过对断路器振动测点的选择与关联分析,结合断路器弹簧操作机构的运动过程中的零件的碰撞时序,将断路器的时间特性参数和振动信号之间一一对应的关系进行了梳理。然后采取VMD去噪以及基于短时能熵比的双门限法从多路振动信号中提取断路器在分闸过程和合闸过程中的时间特性参数,并通过实验验证了测量误差在允许范围之内,为高压断路器时间特性参数在线检测提供了一种新的思路。(3)提出了利用振动事件的时间参数作为特征向量诊断高压断路器的故障类型,并取得了较好的分类识别效果。首先对断路器不同运行状态下的振动信号进行对比分析发现,断路器在不同的运行状态下振动事件的发生时间和结束时间各不相同。然后选择具有代表性振动事件的时间参数作为特征向量,来表征断路器在不同运行状态下故障特征的变化。最后针对所构建的时间特征向量,利用模糊C均值聚类对其进行训练求取聚类中心,依据贴近度原则对测试样本进行分类,分类结果表明,所提出的特征向量物理意义明确,诊断效果较好。(4)提出了基于振动信号多维度特征向量的断路器故障诊断方法。首先通过对比不同分解算法的预处理效果,得出VMD在信号预处理方法的优势;探索利用不同熵集算法表征断路器振动信号的变化规律,验证了 VMD-MSE的优越性。然后在此基础上,提出了基于振动信号多维度特征向量的故障诊断方法,即将利用振动事件的时间参数特征向量(即横向维度特征)和振动事件各时间段的振动能量(即纵向维度特征)组成多维度故障特征向量,可以从时间和能量角度对振动信号进行全方位特征表达。最后利用SVM对所提特征向量进行训练与分类识别,取得了较好的故障诊断效果。该方法对于断路器的故障诊断提供了一种新的研究方法。(5)在理论研究的基础上,基于C#开发了一套断路器状态监测与故障诊断系统,给出了软件系统和硬件系统组成。所开发的软件系统功能包括信息管理、数据采集、历史数据和故障识别。研究了软件系统的开发平台、组织架构和工作流程,设计了软件系统中各个子模块的功能流程图和软件界面。所开发的断路器状态监测与故障诊断样机将理论研究应用于实际,具有较大的实用价值和推广应用意义。