高德文

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司甲醇廠 寧夏 靈武 750411）

0 引言

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日趨重要，因此對(duì)電力系統(tǒng)安全可靠性提出了更高的要求，同時(shí)，電力系統(tǒng)的改革也促使各個(gè)電力運(yùn)營(yíng)商在滿足質(zhì)量要求的情況下追求以最低的成本實(shí)現(xiàn)最終的目標(biāo)，而其中重要的舉措之一就是采取科學(xué)的監(jiān)測(cè)和故障診斷手段對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行檢修，從而能夠提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，提高設(shè)備的可靠性，降低運(yùn)行和維修成本。

1 機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)

高壓斷路器操作過(guò)程中機(jī)械零部件間的碰撞或摩擦?xí)鹫駝?dòng)，振動(dòng)信號(hào)可以反映斷路器的機(jī)械狀態(tài)。機(jī)械振動(dòng)信號(hào)是一個(gè)重要的信息載體，包含有大量的設(shè)備狀態(tài)信息，它由一系列瞬態(tài)波形構(gòu)成，每一個(gè)瞬態(tài)波形都是斷路器操作期間內(nèi)部“事件”的反映。振動(dòng)是對(duì)設(shè)備內(nèi)部多種激勵(lì)源的響應(yīng)，對(duì)高壓斷路器而言，激勵(lì)源包括分、合閘電磁鐵、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、脫扣機(jī)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)等內(nèi)部構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)。斷路器機(jī)械狀態(tài)的改變將導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)的變化，這是利用振動(dòng)信號(hào)作為故障診斷依據(jù)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)手段和信號(hào)處理方法，配合其它信號(hào)對(duì)斷路器進(jìn)行診斷可以識(shí)別振動(dòng)的激勵(lì)源，從而找出故障源。

振動(dòng)信號(hào)是瞬時(shí)非平穩(wěn)信號(hào)，不具有周期性振動(dòng)，它是由于操動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部各構(gòu)件的受力沖擊和運(yùn)動(dòng)形態(tài)的改變引起的，在斷路器的一次操作中，有一系列的構(gòu)件按照一定的邏輯順序啟動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、制動(dòng)，形成一個(gè)個(gè)振動(dòng)波，沿著一定的路徑傳播，最終到達(dá)傳感器的是一系列衰減振動(dòng)波的疊加。

2 斷路器分、合閘線圈電流的監(jiān)測(cè)

高壓斷路器一般都以電磁鐵作為操作的第一級(jí)控制元件，操動(dòng)機(jī)構(gòu)中使用的絕大部分是直流電磁鐵。當(dāng)線圈中通過(guò)電流時(shí)，在電磁鐵內(nèi)產(chǎn)生磁通，動(dòng)鐵心受磁力吸引，使斷路器分閘或合閘，從能量角度看，電磁鐵的作用是把來(lái)自電源的電能轉(zhuǎn)化為磁能，并通過(guò)動(dòng)鐵心的動(dòng)作，再轉(zhuǎn)換成機(jī)械功輸出。分、合閘線圈的電流中含有可作為診斷機(jī)械故障用的重要信息，可以選用補(bǔ)償式霍爾電流傳感器監(jiān)測(cè)電流信號(hào)。對(duì)線圈電流的監(jiān)測(cè)主要是提取事件發(fā)生的相對(duì)時(shí)刻，根據(jù)時(shí)間間隔來(lái)判斷故障征兆，對(duì)于診斷拒動(dòng)、誤動(dòng)故障有效。

3 斷路器行程與速度的監(jiān)測(cè)

位移量采集是靠光電式行程傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其工作原理如下:把旋轉(zhuǎn)光柵安裝在斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的主軸上，利用光柵和光電斷續(xù)器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，將速度行程信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得斷路器操作過(guò)程中的行程和速度隨時(shí)間的變化關(guān)系。據(jù)此可計(jì)算出以下參數(shù):動(dòng)觸頭行程，超行程，剛分后及剛分前10ms內(nèi)平均值等。通過(guò)觸頭的時(shí)間、行程信號(hào)可以提取觸頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各個(gè)事件發(fā)生時(shí)刻，根據(jù)事件時(shí)間來(lái)診斷故障，這種方法可以診斷斷路器機(jī)械部分磨損、疲勞老化、變形、生銹，閥的緩慢動(dòng)作等故障。

4 開(kāi)斷電流累計(jì)監(jiān)測(cè)

在分閘過(guò)程中，由高壓電流互感器和二次電流傳感器測(cè)量高壓開(kāi)關(guān)的主電流波形，通過(guò)測(cè)量觸頭每次開(kāi)斷電流，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到該次開(kāi)斷電流的有效值，然后根據(jù)下式計(jì)算:

其中:n為開(kāi)斷的次數(shù)；Ibn為該次開(kāi)斷電流的有效值；a為開(kāi)斷電流指數(shù)；Q為開(kāi)斷電流的加權(quán)累計(jì)值。當(dāng)Q值超過(guò)閉值時(shí)，則表明應(yīng)該檢修、更換，間接的反映觸頭的磨損情況。

5 合分閘時(shí)間與同期測(cè)量

在斷路器斷口上下接線端子接上測(cè)量信號(hào)線，當(dāng)斷路器合上時(shí)，信號(hào)線上有電流流過(guò)，經(jīng)光電隔離器、電壓比較器，輸出高電平信號(hào)。當(dāng)斷路器分開(kāi)時(shí)，信號(hào)線上無(wú)電流通過(guò)，輸出信號(hào)是一低電平。測(cè)量系統(tǒng)以一定時(shí)間周期同時(shí)讀取所有斷口的信號(hào)，以操作線圈電流信號(hào)為起點(diǎn)，計(jì)算出各個(gè)相的各斷口的分合閘時(shí)間和相間與相內(nèi)的同期差。這種技術(shù)只能用于臨時(shí)性監(jiān)測(cè)。

6 合閘彈簧狀態(tài)監(jiān)測(cè)

6.1 直接監(jiān)測(cè):應(yīng)用壓力傳感器，通過(guò)測(cè)量合閘彈簧壓力值的大小，判斷彈簧壓縮狀態(tài)。這種方法需要在機(jī)構(gòu)上安裝壓力傳感器。

6.2 間接監(jiān)測(cè):應(yīng)用電流傳感器，通過(guò)測(cè)量?jī)?chǔ)能電動(dòng)機(jī)的工作電流變換及工作時(shí)間，監(jiān)測(cè)合閘彈簧的狀態(tài)，通過(guò)分析電流波形得到電流特征參數(shù)的變化，從而反映彈簧狀態(tài)的變化。

7 動(dòng)態(tài)電阻的監(jiān)測(cè)

一般的SF6斷路器有主觸頭和弧觸頭，滅弧主要靠弧觸頭，斷路器在閉合狀態(tài)時(shí)，測(cè)得的回路電阻主要是主觸頭接觸電阻和弧觸頭接觸電阻的并聯(lián)值，一般情況下，主觸頭接觸電阻比弧觸頭接觸電阻小的多，所以所測(cè)回路電阻無(wú)法反映弧觸頭的燒損情況。

在分閘過(guò)程中，主觸頭先分離，開(kāi)斷電流轉(zhuǎn)移到弧觸頭上，弧觸頭間先出現(xiàn)電弧，借助滅弧裝置使電弧熄滅。如果弧觸頭嚴(yán)重?zé)龘p，在分?jǐn)噙^(guò)程中先于主觸頭分離，則滅弧裝置不能發(fā)揮作用，這樣會(huì)導(dǎo)致斷路器燒損。從主觸頭分離到弧觸頭分離這段時(shí)間稱為有效接觸時(shí)間，其行程稱為有效接觸行程。只有保證弧觸頭有足夠有效接觸行程和時(shí)間才能使斷路器順利滅弧。通過(guò)檢測(cè)斷路器動(dòng)作過(guò)程中的回路電阻變化曲線可以不用拆開(kāi)斷路器就能得到弧觸頭的有效接觸時(shí)間，這種檢測(cè)方法稱為動(dòng)態(tài)回路檢測(cè)，測(cè)得的電阻稱為動(dòng)態(tài)回路電阻，用以區(qū)別通常德在斷路器閉合時(shí)測(cè)得的回路電阻，后者稱為靜態(tài)回路電阻。

8 真空度的監(jiān)測(cè)

現(xiàn)有對(duì)真空度測(cè)定的方法主要有:觀察法，僅僅用于對(duì)玻璃外殼的真空滅弧室適應(yīng)。并且只能作為經(jīng)驗(yàn)判斷，參考使用；交流耐壓法，在分閘狀態(tài)下的真空斷路器的觸頭間施加交流電壓，根據(jù)電壓施加過(guò)程中相關(guān)參數(shù)的變化來(lái)判定真空度，但這種方法只能為真空滅弧室的真空狀況提供一個(gè)粗略的判定，不能判斷真空度的變化趨勢(shì)，只是一個(gè)定性的判斷方法，有時(shí)和實(shí)際結(jié)果并不一致；火花計(jì)法，這種方法也僅適用于玻璃管真空滅弧室，使用時(shí)，讓火花探漏儀在滅弧室表面移動(dòng)，根據(jù)高頻電場(chǎng)作用下不同的發(fā)光情況來(lái)判斷真空度。另外還有放電電流檢測(cè)法，中間電位變化檢測(cè)法和真空度測(cè)試儀法。

真空度的在線監(jiān)測(cè)就是要在不改動(dòng)斷路器主體結(jié)構(gòu)以及帶電的條件下，無(wú)論斷路器處于合閘或分閘狀態(tài)，都可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)其真空度的變化。實(shí)現(xiàn)真空度在線監(jiān)測(cè)的方法主要有電光變換法，耦合電容法及波紋管和彈簧壓力平衡原理。

9 結(jié)束語(yǔ)

另外，隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、光纖等高新技術(shù)以及數(shù)學(xué)理論應(yīng)用，人工智能技術(shù)的發(fā)展，為監(jiān)測(cè)和診斷提供了進(jìn)一步發(fā)展的空間。監(jiān)測(cè)與診斷過(guò)程分為信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理及其特征提取、狀態(tài)判別與分類(lèi)、趨勢(shì)預(yù)測(cè)等幾項(xiàng)基本內(nèi)容。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，狀態(tài)判別主要關(guān)心的是設(shè)備系統(tǒng)的整體狀況；而在故障診斷中，狀態(tài)分類(lèi)則是在發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常后，對(duì)故障進(jìn)行深入的分析，已確定故障發(fā)生的部位、嚴(yán)重程度及其原因，為診斷決策提供依據(jù)。

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