雷 興，徐 楠，李 洋，何 夢(mèng)，王少偉，陳 佳

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 201204)

隔離開(kāi)關(guān)是變電站內(nèi)數(shù)量最多的一次設(shè)備之一，隔離開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致停電范圍擴(kuò)大、設(shè)備檢修時(shí)間延長(zhǎng)等問(wèn)題。目前，機(jī)械故障[1]約占隔離開(kāi)關(guān)故障的80%，但對(duì)隔離開(kāi)關(guān)的機(jī)械狀態(tài)缺乏有效的狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段[2-4]。基于電流量這單一狀態(tài)量[5-6]進(jìn)行故障診斷具有一定的局限性。

本文借助傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等實(shí)用化技術(shù)，研發(fā)了這套“隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了主軸扭矩和轉(zhuǎn)角等機(jī)械參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)，可在早期發(fā)現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)的機(jī)械故障隱患并給出診斷結(jié)果，方便運(yùn)檢人員及時(shí)采取處理措施，提高設(shè)備檢修智能化水平。

1 技術(shù)方案

根據(jù)現(xiàn)狀—愿景—目標(biāo)—方法這一思維序列制定技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)分為兩大部分：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置和專家診斷系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置是本系統(tǒng)的“手”，負(fù)責(zé)采集負(fù)載扭矩、主軸轉(zhuǎn)角、電機(jī)功率信號(hào)等參數(shù)。專家診斷系統(tǒng)是本系統(tǒng)的“腦”，負(fù)責(zé)對(duì)本系統(tǒng)采集的各類參數(shù)進(jìn)行處理、分析及建模，并按使用者需求智能分析出該臺(tái)產(chǎn)品是否存在異常并給出處理建議。系統(tǒng)組成見(jiàn)圖2。

系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置采集狀態(tài)量，生成M-θ曲線、P-θ曲線，不斷完善曲線數(shù)據(jù)庫(kù)，專家診斷系統(tǒng)能夠自學(xué)，進(jìn)行智能診斷，原理框圖見(jiàn)圖3所示。

圖2 系統(tǒng)組成

圖3 系統(tǒng)原理框圖

3 關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

關(guān)鍵模塊包括扭矩測(cè)量模塊、轉(zhuǎn)角測(cè)量模塊、Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛯＜以\斷系統(tǒng)等四部分，如圖4所示。

圖4 關(guān)鍵模塊

3.1 扭矩測(cè)量模塊設(shè)計(jì)

扭矩測(cè)量模塊應(yīng)用電阻應(yīng)變測(cè)量技術(shù)，將電阻應(yīng)變片安裝在隔離開(kāi)關(guān)主軸上、采用橋式電路抗干擾，如圖5所示。

圖5 扭矩測(cè)量模塊

本模塊具有靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，且安裝簡(jiǎn)單、方便。

3.2 轉(zhuǎn)角測(cè)量模塊設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)角測(cè)量模塊應(yīng)用光電傳感技術(shù)，將光電傳感器安裝在隔離開(kāi)關(guān)主軸上、采用多連桿支架固定，如圖6所示。

本模塊具有靈敏度高、測(cè)量范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。

圖6 轉(zhuǎn)角測(cè)量模塊

3.3 專家診斷系統(tǒng)軟件解決方案

系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)生成“M-θ”、“P-θ”曲線直觀展示機(jī)械參數(shù)在運(yùn)行周期內(nèi)的變化情況。通過(guò)對(duì)幾種常用型號(hào)的隔離開(kāi)關(guān)設(shè)置了機(jī)構(gòu)卡澀、分合閘不到位、操作失靈等典型機(jī)械故障模擬試驗(yàn)，收集了大量隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)的樣本。通過(guò)特征提取，形成隔離開(kāi)關(guān)故障機(jī)械狀態(tài)特征信息庫(kù)。專家診斷系統(tǒng)軟件解決方案如圖7所示。將被測(cè)隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械狀態(tài)特征自動(dòng)納入信息庫(kù)，使專家分析的結(jié)論更具合理性和科學(xué)性，提高了專家診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

3.4 信息安全

Zigbee無(wú)線通信具備低功耗、低成本、可靠、短延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)容量大的特點(diǎn)，本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入方案將經(jīng)信息技術(shù)部門審核，設(shè)立專網(wǎng)通道和內(nèi)網(wǎng)防火墻，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)加密接入內(nèi)網(wǎng)平臺(tái)，以確保信息安全。

圖7 專家診斷系統(tǒng)軟件解決方案

4 工程應(yīng)用

專家診斷系統(tǒng)存儲(chǔ)有各型隔離開(kāi)關(guān)的安裝、檢修和運(yùn)維信息，在實(shí)際生產(chǎn)中的測(cè)試過(guò)程如圖8(a)所示，通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的該型隔離開(kāi)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)曲線和歷史曲線進(jìn)行智能化對(duì)比，從而給出診斷結(jié)果和相關(guān)的檢修及維護(hù)建議，如圖8(b)和圖8(c)所示。

圖8 應(yīng)用實(shí)例展示

5 系統(tǒng)特點(diǎn)

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)“機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)—隱患發(fā)現(xiàn)—故障定位—提出檢修建議—出具檢測(cè)報(bào)告”的全流程智能檢修，具有以下特點(diǎn)。

(1)扭矩轉(zhuǎn)角精密測(cè)量?；陔娮钁?yīng)變測(cè)量技術(shù)和光電傳感器技術(shù)的隔離開(kāi)關(guān)主軸扭矩和轉(zhuǎn)角測(cè)量元件測(cè)量精確、穩(wěn)定。測(cè)量元件均具有安裝簡(jiǎn)便、使用成本低，不影響隔離開(kāi)關(guān)主軸軸系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

(2)機(jī)械性能在線監(jiān)測(cè)。能在不停電狀態(tài)下自動(dòng)監(jiān)測(cè)隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械性能。測(cè)量可結(jié)合日常倒閘操作進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械狀態(tài)的實(shí)時(shí)測(cè)量，具有隱患早發(fā)現(xiàn)早處理的優(yōu)點(diǎn)。

(3)機(jī)械故障智能診斷。專家智能診斷系統(tǒng)，能通過(guò)對(duì)海量的隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械故障樣本進(jìn)行特征提取，形成 特征信息庫(kù)，將被測(cè)隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械狀態(tài)特征自動(dòng)納入信息庫(kù)，具有對(duì)隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械特性曲線的分析準(zhǔn)確，特征信息庫(kù)自我完善的優(yōu)點(diǎn)。

(4)特征圖譜深度挖掘。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于環(huán)境因素等隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械劣化因變量的特征圖譜分析功能。結(jié)合溫濕度、污穢等級(jí)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)所處環(huán)境進(jìn)行評(píng)估與類型劃分，具有對(duì)不同隔離開(kāi)關(guān)分地區(qū)分季節(jié)的差異化檢修的優(yōu)點(diǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)已通過(guò)產(chǎn)品檢測(cè)認(rèn)證、出廠型式試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械故障狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)和診斷功能，填補(bǔ)了隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的行業(yè)空白。本成果已推廣至江蘇如高開(kāi)關(guān)廠等單位使用，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果良好。

具有模塊化、小型化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，不僅適用于已投運(yùn)的國(guó)內(nèi)外各類型隔離開(kāi)關(guān)，還便于在新型隔離開(kāi)關(guān)生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行一體化定制，因此對(duì)于新老設(shè)備均具備很高的推廣價(jià)值。