高琳琳+王江艷+劉宇珍

摘 要：高壓輸變電設(shè)備是電力系統(tǒng)供電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的安全運(yùn)行影響整個電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。高壓開關(guān)在電網(wǎng)中起著控制和保護(hù)的作用，當(dāng)發(fā)生故障或事故時會引起電網(wǎng)事故或擴(kuò)大事故，因此，高壓開關(guān)機(jī)械故障的檢測具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：高壓輸變電設(shè)備；高壓開關(guān)；機(jī)械故障檢測

一、高壓開關(guān)機(jī)械故障檢測基本方法及原理

（一）高壓開關(guān)動觸頭行程和速度的檢測

高壓開關(guān)的行程–時間特性是表征高壓開關(guān)機(jī)械特性的重要參數(shù)，也是計(jì)算高壓開關(guān)分、合閘速度的依據(jù)。高壓開關(guān)分合閘速度，尤其是開關(guān)合閘前、分閘后的動觸頭速度，對開關(guān)的開斷性能有至關(guān)重要的影響。行程測量的基本要求是：即不能影響機(jī)構(gòu)原有的機(jī)械特性和絕緣特性，又要真實(shí)反映斷路器的行程特性，同時還要便于安裝，即檢測傳感器系統(tǒng)的適應(yīng)性要強(qiáng)。行程的測量是通過位移傳感器將斷路器的觸頭位移量轉(zhuǎn)換為電信號，由于開關(guān)動觸頭作直線運(yùn)動，可以安裝一個與動觸頭一起運(yùn)動的附加件，當(dāng)動觸頭做分、合操作時，該附加件隨連桿做直線運(yùn)動，通過光電傳感器，將連續(xù)變化的位移量變成一系列電脈沖信號。通過A/D轉(zhuǎn)換器對行程數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，完成對動觸頭行程信號的采集。同時，記錄每一個電脈沖產(chǎn)生的時刻值，將位移同時間相除，就可計(jì)算出動觸頭運(yùn)動過程中的最大速度和平均速度。目前測量高壓開關(guān)的行程–時間特性，多采用光電式位移傳感器與相應(yīng)的測量電路配合進(jìn)行，常用的有增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器或直線光電編碼器。

（二）分閘合閘線圈電流的檢測

在高壓開關(guān)中，一般情況下都是以電磁鐵作為操作的第一級控制元件。以直流作為控制電源是目前絕大多數(shù)開關(guān)所采用的方式。分合閘線圈的電流是開關(guān)狀態(tài)檢測的一個重要內(nèi)容，在每次操作過程中，分合閘電磁線圈的電流隨時間變化，應(yīng)用電流傳感器可以方便地測出其電流波形圖，此變化波形中蘊(yùn)藏著極為重要的信息。它包括分合命令到達(dá)時刻，鐵芯開始運(yùn)動時刻，鐵芯觸動操作機(jī)構(gòu)的負(fù)載而顯著減速或停止運(yùn)動的時刻，開關(guān)輔助接點(diǎn)斷開線圈電路時刻，控制電源和線圈電阻的關(guān)系，電磁鐵鐵芯運(yùn)行機(jī)構(gòu)有無卡澀及脫扣釋能機(jī)械負(fù)載變動情況，操作傳動系統(tǒng)運(yùn)動的情況，還可以反映電源電壓、線圈電阻及電磁鐵鐵芯速度信息。分析以上參數(shù)的變化就可以診斷斷路器部分機(jī)械故障趨勢，尤其是拒分拒合等故障。通過對分合操作線圈動作電流的檢測，操作人員可以大致了解開關(guān)二次控制回路的工作情況，為檢修提供輔助判據(jù)。

（三）基于斷路器機(jī)械振動信號的檢測

斷路器機(jī)械狀態(tài)檢測的目的是為了實(shí)現(xiàn)對各種運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確識別以及對潛在機(jī)械故障的分析和診斷，以便制定合理的維修策略。而當(dāng)操動機(jī)構(gòu)的某一或某些部件出現(xiàn)了早期缺陷時，其微弱的動態(tài)信息很難依靠常用的檢測方法所提取的特征量反映出來。在眾多高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)檢測方法中，振動信號分析是一種非侵入式的檢測方法。高壓開關(guān)是一種瞬動式機(jī)械，在其分合過程中，有一系列運(yùn)動構(gòu)件的起動、制動、撞擊的出現(xiàn)，這些運(yùn)動形態(tài)的改變都在其構(gòu)架上引起多個沖擊振動，每個振動對應(yīng)著開關(guān)分、合過程中特定的動作事件。這些沖擊振動的波形呈上升和衰減過程，其峰值點(diǎn)在時間上具有很好的辨認(rèn)性。但是，從振動發(fā)生到振動傳感器測量到的峰值時間之間，總會由于振動波的傳播帶來一定的誤差，因此峰值時間較振動發(fā)生時間有一定的時間延遲。不過，檢測系統(tǒng)只是根據(jù)振動信號來求取各個振動事件之間的時間差，并不一定需要知道其發(fā)生的準(zhǔn)確時刻。所以只要每個事件均進(jìn)行了相似的簡化，時間差的計(jì)算誤差不受影響，可以利用振動信號的峰值時間作為各個振動事件的發(fā)生時刻，并將它們相減后得到動觸頭運(yùn)動過程中各個振動事件之間的時間差。此外，對于某一臺特定的開關(guān)而言，在健康狀態(tài)下它的分、合操作的振動信號具有較強(qiáng)的相似性。對于實(shí)時測量得到的振動信號，可在離線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（振動信號波形和機(jī)械特性曲線）的基礎(chǔ)上，并結(jié)合考慮該次動作的機(jī)械特性曲線來粗略確定各個振動事件發(fā)生的先后次序和時間區(qū)段，然后將各個區(qū)段的峰值時間作為該振動事件的發(fā)生時刻。各時間相差后得到各事件之間的相對時間，以接到分、合電脈沖時間為基準(zhǔn)計(jì)算各事件的發(fā)生時間，就能找到動靜觸頭間的合、分時刻。將動觸頭的行程信號同該合、分時刻結(jié)合，并根據(jù)相應(yīng)的定義，就可以計(jì)算出剛分（合）速度、行程、超行程；將三相的分合時刻相差就可獲得該次動作的不同期參數(shù)。 傳動機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的檢測和診斷對保證高壓開關(guān)安全運(yùn)行有重要的意義。

二、高壓開關(guān)機(jī)械故障檢測存在的主要問題

目前高壓開關(guān)機(jī)械故障的在線檢測技術(shù)雖發(fā)展起步較晚，但在短短的十幾年時間里得到了較快的發(fā)展。然而多數(shù)檢測系統(tǒng)的功能比較單一，例如：僅對一種設(shè)備或多種設(shè)備的同類參數(shù)進(jìn)行檢測，沒有很好的將診斷技術(shù)和監(jiān)測技術(shù)結(jié)合起來；分析診斷也僅限于超標(biāo)報警，具體詳細(xì)的分析診斷基本上由試驗(yàn)人員完成。因此機(jī)械在線檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢應(yīng)應(yīng)是：1、集成性。集高壓斷路器多項(xiàng)檢測功能于一體，有利于多信息的融合，支持網(wǎng)絡(luò)化集中管理。2、通用性。在硬件設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮足夠多的采樣通道，保證采樣板的通用性，可以滿足不同類型的斷路器要求。3、擴(kuò)充性。檢測系統(tǒng)對檢測的斷路器的個數(shù)不受限制；考慮斷路器就地采樣單元與變電站在線檢測系統(tǒng)的兼容，能為變電站綜合自動化提供信息。4、組合性。斷路器就地采樣單元內(nèi)部插件模塊化。5、可靠性。檢測系統(tǒng)還需要良好的電磁兼容性和自檢功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐國政.高壓斷路器原理和應(yīng)用[M].北京清華大學(xué)出版社，2006.