周 磊

(新疆阿拉爾市新城建筑有限責任水利分公司 新疆 阿拉爾 843300)

電氣監(jiān)測作為電氣設(shè)備考核的一項非常重要內(nèi)容，其主要工作為觀察電氣測點信號，判斷電氣設(shè)備各電氣連接點是否可靠，電氣開關(guān)、二次回路、交流真空接觸器等工作狀態(tài)是否正常，在地震荷載作用下各連接點及電氣觸點的接觸電阻有無變化等。通過觀測回路工作電壓與電流的變化情況，可直觀了解電氣設(shè)備在動荷載作用下的工作性能。

1 水電站高壓開關(guān)柜的監(jiān)測

在早期的水電站設(shè)備抗震試驗研究中，部分電氣監(jiān)測點采用將白熾燈串入電氣觸點回路，在接入220V交流電壓的情況下，通過觀察燈泡點亮狀態(tài)的變化來確定電氣觸點是否有誤，這就要求在試驗時要派若干個人用肉眼分別去觀測各燈泡亮度的變化。這樣的方法由于人眼的滯后效應(yīng)及識別能力的限制，加上如果電氣監(jiān)測點數(shù)量多，將很難全面觀察研究對象的觸點瞬間變化情況。而在電氣設(shè)備中，大于一定時間間隔（如20ms）的瞬間開路是不允許的，這一要求人的肉眼就更難判斷了。為了全面了解觸點的瞬間變化情況，采用計算機對電氣觸點進行實時監(jiān)測。通過計算機對信號的高精度采樣，可了解整個抗震考核試驗過程中的電氣觸點的狀態(tài)，從而對研究對象的電氣性能作出客觀評價。水電站高壓開關(guān)柜的電氣監(jiān)測是將高壓開關(guān)柜的A、B、C三相主回路及A相互感器次級回路分別加入直流電壓，并接至計算機采集系統(tǒng)，通常采樣時間間隔為1/800s，在振動情況下記錄相應(yīng)測點的數(shù)據(jù)。

2 水電站高壓開關(guān)柜的抗震可靠性分析

電氣元件的抗震可靠性是電氣設(shè)備質(zhì)量指標的主要組成部分，一個產(chǎn)品的質(zhì)量再高，如果它的抗震可靠性不高，由它生產(chǎn)的電氣設(shè)備的質(zhì)量也就不高，甚至其中某一個產(chǎn)品的抗震可靠性問題會導致整個產(chǎn)品的抗震可靠性下降，甚至無法工作。尤其對繼電器、交流接觸器類以電磁為主要控制電路的開關(guān)柜，電氣觸點特別容易受振動的影響，電氣元件越多，其抗震可靠性就越差。電氣元件或電氣設(shè)備的抗震可靠性主要指在規(guī)定的條件下，地震發(fā)生時在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。

因為電氣設(shè)備由許多電氣單元和連接線路組成，由于受電氣設(shè)備抗震考核試驗中采樣點及人力、物力的限制，不可能對結(jié)構(gòu)內(nèi)的每個電氣單元都作電氣監(jiān)測。這就導致樣機一部分二次回路的故障未被監(jiān)測。而設(shè)備又不能帶荷工作，因而這些故障現(xiàn)象無法反映出來，使得電氣監(jiān)測出現(xiàn)盲區(qū)和不全面性，無法為產(chǎn)品的設(shè)計提供準確的數(shù)據(jù)。而某一地震荷載下研究對象的抗震可靠性分析正好可以彌補試驗的不足，整體抗震可靠性分析的基礎(chǔ)就是內(nèi)部每一個電氣單元的可靠性數(shù)據(jù)。

把電氣開關(guān)柜看成是由電氣網(wǎng)絡(luò)組成的網(wǎng)絡(luò)體，它的抗震可靠性不僅與柜體中每個網(wǎng)絡(luò)中電氣元件抗震可靠性有關(guān)，而且還受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響。所以在分析研究對象抗震可靠性時，首先必須確認地震荷載的大小，然后將設(shè)備內(nèi)的電氣連接進行網(wǎng)絡(luò)化。對于本三相電氣開關(guān)柜，將三個主回路作為電氣網(wǎng)絡(luò)的輸出端，兩個控制信號的發(fā)出端作為網(wǎng)絡(luò)的輸入端，這樣電氣開關(guān)柜就是一個具有三個電氣網(wǎng)絡(luò)輸出端、兩個電氣網(wǎng)絡(luò)輸入端的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，經(jīng)此處理后，實際的系統(tǒng)原理圖就被簡化成多輸入三輸出的邏輯方塊圖，根據(jù)需要將電路中的電氣元件作串聯(lián)處理。由于每條串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通路中的電氣元件都是相互關(guān)聯(lián)的，任何一個電氣元件最先出故障都會導致該串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的不正常，所以該串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的可靠性取決于通路中可靠性最低的電氣單元。

對于水電站復雜的電氣開關(guān)柜內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性分析，可以采用最小路集法。這種方法就是首先統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所有的最小路集，如L1(x),L2(x),......,Lk(x)。對于串聯(lián)系統(tǒng)來說，這些路集的結(jié)構(gòu)函數(shù)表示為：

上式中A、B、C分別表示三相主回路的輸出端，L表示兩個控制信號的輸入端。

相應(yīng)的系統(tǒng)可靠度為：

式中,函數(shù)E為數(shù)學期望,

3 高壓開關(guān)柜開關(guān)動作引發(fā)的干擾信號分析

開關(guān)柜在地震考核試驗時，需進行開閉閘動作，柜內(nèi)的交流接觸器在通電或斷電動作時，產(chǎn)生較大的作用力，對被測試構(gòu)件帶來附加振動。同時通斷電的瞬間也會產(chǎn)生很大的交變磁場，該磁場會在測量回路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，這兩種方式都會在加速度和應(yīng)變時程曲線上引起較大的尖峰脈沖信號。如果是由結(jié)構(gòu)的振動引起的，且振動量級較大，會對其它的電氣元件的正常工作產(chǎn)生不利影響，甚至會導致其它元器件誤動作。如果干擾信號是由電磁輻射引起的，則不必考慮其影響。為判斷干擾信號的性質(zhì)，需對檢測點的脈動信號做進一步分析。

例如，某項試驗的電氣監(jiān)測曲線，在曲線的上升段前沿，有一個電壓跳變信號，其幅度為1.1V，從第一個圖很難發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的原因，將該圖展開后，該跳變的信號發(fā)生在21.1548s，而觸點動作發(fā)生的時刻在21.1764s，兩者之間的時間差為21.6ms，根據(jù)生產(chǎn)單位提供的該產(chǎn)品技術(shù)參數(shù),產(chǎn)品從回路控制到交流真空接觸器動作的延遲時間約為20ms，由此斷定此處的脈沖信號是由電磁線圈的電磁輻射引起的。再如，某交流真空接觸器底座后中部（A3）加速度時程曲線，曲線上的脈沖信號幅度的大小換算成加速度值將達到17。該信號如果是由于交流真空接觸器的開閉動作引起的，有可能對結(jié)構(gòu)造成不良影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時就要考慮必要的減震與隔振措施。在交流真空接觸器動作的瞬間，底座上的加速度時程曲線上有一個較大的脈沖響應(yīng)信號，該響應(yīng)信號的起點與交流真空接觸器動作的電氣監(jiān)測信號的起點重合，說明該加速度測點上的脈沖響應(yīng)信號是由交流真空接觸器動作時的撞擊引起的，而不是由控制信號的電磁輻射引起的，干擾信號的加速度峰值量級20余倍于地震考核響應(yīng)最大量級。因此，在交流真空接觸器的設(shè)計與安裝時應(yīng)考慮這樣的影響，建議采取相應(yīng)的減震措施以減輕交流真空接觸器動作對結(jié)構(gòu)的影響。

根據(jù)有關(guān)技術(shù)要求，在一次回路或二次回路誤動作時間大于10ms（具體要求視使用情況而定）時，系統(tǒng)將被判為該地震考核量級下不合格。根據(jù)哈里·奈奎斯特（Harry Nyquist）采樣定律，為保證信號被不失真地還原，計算機系統(tǒng)的采樣頻率必須大于兩倍的信號最高頻率。本次研究中，為滿足電氣觸點信號采樣要求，必須使采樣頻率大于200Hz，實際上試驗所采用的信號采樣頻率為800Hz，已大于所需要的采用頻率，因此，極大地保證了電氣觸點信號的準確捕捉。

4 結(jié)論

電氣監(jiān)測是電氣設(shè)備考核的一項非常重要內(nèi)容，通過觀測回路工作電壓與電流的變化情況，可直觀了解電氣設(shè)備在動荷載作用下的工作性能。本文研究結(jié)果表明，要滿足電氣觸點信號采樣要求，必須使采樣頻率大于200Hz。本次試驗所采用的信號采樣頻率為800Hz，大于所需要的采用頻率，保證了電氣觸點信號的準確捕捉。陜西水利

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