【摘 要】为解决10 kV及以下开关柜执行机构故障定位效率低下问题，文章构建基于多传感器融合的故障特征识别模型，开发一套集数据采集、信号处理与智能诊断于一体的故障快速定位系统。经实际运行数据验证，该系统可准确识别开关柜执行机构机械故障、电气故障和辅助系统故障，故障定位准确率达到95%以上，平均故障定位时间从传统方法的120分钟缩短到15分钟。显著提高了配电网运维效率与供电可靠性，具备广阔的推广应用前景。

【关键词】开关柜；执行机构；故障特征；快速定位；智能诊断系统

引言

随着电力系统自动化程度持续提高，10 kV及以下配电网络中的开关柜执行机构作为关键控制设备，其可靠性会直接影响供电的安全与稳定性。目前开关柜执行机构故障定位主要依靠人工经验判断，存在效率低与准确性差等问题。发展基于数据驱动的故障快速定位技术，对于提高配电网运行可靠性、降低维护成本以及减少停电时间具有重要意义。如何实现开关柜执行机构故障的快速、准确定位，已成为输配电及用电工程领域亟待解决的关键问题。

一、开关柜执行机构故障特性与快速定位技术研究

开关柜执行机构属于配电网里的关键设备，承担着断路器合与分的操作功能[1]。其故障模式相对复杂，执行机构故障主要涵盖机械传动系统故障、控制回路故障以及辅助系统故障，执行机构故障呈现出操作时间异常、行程曲线偏差、振动特性变化和电流波形畸变等特征。采用多传感器监测技术能够实现执行机构运行状态监测，通过加速度传感器、位移传感器和电流传感器配置来构建故障特征参量体系。开关柜执行机构典型故障特征参数见表1。

根据表1中呈现的故障特征数据，所研发的快速定位技术包含基于时频分析的振动特征识别方法、基于深度学习的故障模式分类算法以及基于知识图谱的故障溯源技术。通过小波变换对振动信号进行多层次分解来提取能量熵特征，借助长短期记忆网络构建状态预测模型，构建执行机构知识图谱并融合设备拓扑关系与历史故障案例，从而形成故障定位推理机制。

二、故障定位系统设计与实现

（一）系统总体架构设计

开关柜执行机构故障定位系统采用分层分布式架构，由现场层、通信层、数据处理层以及应用层这四部分构成，能够实现从数据采集到故障诊断全流程的智能处理。现场层部署在10 kV开关柜执行机构上面，集成振动传感器、行程传感器、温度传感器以及电流传感器，用于采集机械振动信号、行程特性曲线、环境温度以及操作电流等原始数据。通信层基于RS485总线和工业以太网构建数据传输网络，采用MODBUS传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）实现数据的实时上传，通信速率达到10 Mbps，能够满足多点数据高速传输的需求。数据处理层部署在边缘计算单元，集成数据滤波、特征提取以及模式识别算法，可完成原始数据的降噪、特征提取以及初步故障识别[2]。应用层部署在主控服务器，包含故障诊断引擎、知识库管理系统以及人机交互界面，能实现故障类型判断、位置定位以及原因分析。如图1所示，系统采用“云-边-端”协同架构，在保证数据实时处理的同时实现计算资源的合理分配。

（二）软硬件平台构建

开关柜执行机构故障定位系统硬件平台采用三层架构，涵盖数据采集层、边缘计算层与中央服务层。数据采集层基于STM32F407单片机开发的高性能采集终端，搭载24位高精度模数转换器（AnalogtoDigital Converter，ADC）芯片ADS1256，实现±10 mV微弱信号稳定采集，采样率达16 kHz，保证振动、电流瞬态信号的完整捕获。