黃新曉

摘 ?要：GIS設(shè)備中的隔離開關(guān)是封閉在絕緣筒內(nèi)的，不能直接觀測到動(dòng)靜觸頭的分合到位情況。當(dāng)發(fā)生傳動(dòng)軸套破裂、連桿斷軸等故障時(shí)，機(jī)構(gòu)很可能會(huì)出現(xiàn)分合不到位。如果現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，進(jìn)一步將造成“帶負(fù)荷拉刀閘”、“帶地刀送電”等事故事件，嚴(yán)重危害電網(wǎng)和人身安全。本文提出一種基于電流分析法的GIS隔離開關(guān)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測裝置，通過對電機(jī)電流進(jìn)行采集分析，判定分合過程是否完整到位，為GIS隔離開關(guān)的動(dòng)作到位情況提供了一種重要監(jiān)測手段。

關(guān)鍵詞：GIS、隔離開關(guān);分合不到位;電機(jī)電流;監(jiān)測裝置

引言

GIS設(shè)備由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，動(dòng)靜觸頭的分合到位情況無法從外觀察，只能通過機(jī)構(gòu)箱上的位置指針、匯控柜內(nèi)的分合閘燈和后臺(tái)位置來間接判定刀閘的動(dòng)作到位情況。當(dāng)出現(xiàn)傳動(dòng)軸套破裂、連桿斷軸等故障時(shí)，可能導(dǎo)致刀閘機(jī)構(gòu)分合不到位，而上述間接判定刀閘動(dòng)作狀態(tài)的方法無法對此類故障進(jìn)行有效反應(yīng)和預(yù)警。

本文提出了一種基于電流分析法的GIS隔離開關(guān)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測裝置。通過對GIS高壓隔離開關(guān)分合閘過程中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流進(jìn)行采集，并將采集的數(shù)據(jù)反饋至預(yù)先設(shè)定好的模塊進(jìn)行數(shù)理分析，根據(jù)分析結(jié)果判定隔離開關(guān)是否存在卡阻以及分合過程是否完整到位等，為GIS隔離開關(guān)的動(dòng)作狀態(tài)情況提供了一種重要監(jiān)測手段。

一.動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測裝置技術(shù)方案

1.1基于電流分析法的技術(shù)原理

隔離開關(guān)分合的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠電機(jī)轉(zhuǎn)軸的輸出驅(qū)動(dòng)，而電機(jī)的轉(zhuǎn)軸輸出力矩與電機(jī)電流的平方是成線性關(guān)系的，因此可以通過電機(jī)電流的時(shí)間波形來判斷隔離開關(guān)分合動(dòng)作狀態(tài)。

本裝置通過電機(jī)電流的時(shí)間變化趨勢作為 GIS 隔離開關(guān)動(dòng)作狀態(tài)判斷依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)GIS隔離開關(guān)動(dòng)作機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測及狀態(tài)判定。具體技術(shù)設(shè)計(jì)是采用分體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過固定安裝在操作箱內(nèi)的霍爾電流傳感器及監(jiān)測裝置，負(fù)責(zé)對GIS隔離刀閘動(dòng)作時(shí)的電機(jī)工作電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過藍(lán)牙無線接口將數(shù)據(jù)發(fā)送致現(xiàn)場分析儀進(jìn)行分析處理，根據(jù)建立好的分析模型對其狀態(tài)進(jìn)行判定。

1.2 各組成部分：

主要由霍爾電流傳感器、監(jiān)測裝置、現(xiàn)場分析儀三部分組成。

如圖一所示，霍爾傳感器通過屏蔽電纜，采用航空接頭與監(jiān)測裝置連接，監(jiān)測裝置通過無線藍(lán)牙模塊配對后自動(dòng)與在線測試儀連接。同時(shí)監(jiān)測裝置有網(wǎng)絡(luò)通訊接口，方便與后臺(tái)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展連接。

1.3 各模塊功能原理：

（1）霍爾傳感器：采用開合式結(jié)構(gòu)、可在不斷開被測回路的情況下將傳感器安裝在電機(jī)電流回路線上，方便施工，體積小，重量輕，采用單電源供電，輸出為2.5±0.625V，最大量程10A。

（2）監(jiān)測裝置：由前端信號(hào)調(diào)電路對霍爾傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理后，送至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)單片機(jī)測控單元采樣后并進(jìn)行存儲(chǔ)。存儲(chǔ)器由SRAM存儲(chǔ)器及大容量FLASH存儲(chǔ)器組成，SRAM存儲(chǔ)器用進(jìn)暫存高速AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換完成后將SRAM數(shù)據(jù)備份至大容量FLASH存儲(chǔ)器中。開關(guān)量輸入電路用于記錄電機(jī)通電開始時(shí)刻及停止時(shí)刻、GIS隔離開關(guān)操作電機(jī)的電源回路接通接觸器具有多路輔助繼電器接點(diǎn)，一般具有從分位至合位過程輔助接點(diǎn)，從合分到分位過程輔助接點(diǎn)，分閘狀態(tài)輔助接點(diǎn)、合閘狀態(tài)輔助接點(diǎn)四個(gè)輔助接點(diǎn)，分別通過光耦隔離電路隔離后，送至單片機(jī)IO輸入口。網(wǎng)絡(luò)接口模塊用于與后臺(tái)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接，為可擴(kuò)展功能。

（3）現(xiàn)場分析儀：數(shù)據(jù)分析診斷儀硬件由嵌入式工控機(jī)、主頻1Ghz以上，10寸全觸彩色人機(jī)交互模塊、微型打印機(jī)、模具化ABS防護(hù)箱外殼、100G以上存儲(chǔ)空間，內(nèi)置可充電鋰電池組，無需要外部工作電源，內(nèi)嵌軟件故障診斷分析專家系統(tǒng)組成。實(shí)現(xiàn)與在線監(jiān)測器進(jìn)行通訊連接、建立初始正常工作狀態(tài)信號(hào)波形數(shù)據(jù)庫，建立故障診斷判據(jù)，通過讀取當(dāng)次分、合閘波形進(jìn)行對比分析處理及故障診斷。一臺(tái)現(xiàn)場分析儀可對應(yīng)多個(gè)監(jiān)測裝置。

二、現(xiàn)場應(yīng)用方案

一個(gè)變電站具有多個(gè)GIS隔離開關(guān)，每個(gè)隔離開關(guān)可以對應(yīng)安裝一個(gè)霍爾傳感器和監(jiān)測裝置，而一個(gè)現(xiàn)場分析儀可以對應(yīng)多個(gè)在線監(jiān)測裝置，如圖七所示。當(dāng)隔離開關(guān)需要操作分合時(shí)，在線監(jiān)測裝置實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)當(dāng)前動(dòng)作的電流時(shí)間數(shù)據(jù)。現(xiàn)場分析儀則通過匹配好的藍(lán)牙列表中選擇當(dāng)前監(jiān)測裝置并與之進(jìn)行無線通訊、讀取正常電流時(shí)間數(shù)據(jù)及當(dāng)前動(dòng)作電流時(shí)間數(shù)據(jù)，現(xiàn)場分析儀對讀取到的數(shù)據(jù)提取關(guān)鍵特征參量，通過建立好的故障模型進(jìn)行對比分析，依據(jù)判據(jù)模型進(jìn)行自動(dòng)判斷并給出判定結(jié)果，同時(shí)將兩次波形曲線按不同顏色通過液晶屏顯示出來，供人工分析診斷。

三、關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)

1）基于電機(jī)電流時(shí)域波形分析法，建立故障特征數(shù)字模型，針對特征異同進(jìn)行對比分析，從而得出刀閘動(dòng)作情況。采用這種方法，完全不會(huì)受到傳動(dòng)軸套破裂、斷軸等故障的影響，彌補(bǔ)了現(xiàn)有判定手段的不足，為GIS隔離開關(guān)分合動(dòng)作是否到位提供準(zhǔn)確的判定。

2）分體式結(jié)構(gòu)：由固定安裝于機(jī)柜內(nèi)的在線監(jiān)測器和可移動(dòng)便攜數(shù)據(jù)分析診斷儀組成。兩者通過無線（藍(lán)牙）通訊連接時(shí)行數(shù)據(jù)交互，采用并聯(lián)無損安裝，對原裝置系統(tǒng)無任何影響，保證技術(shù)應(yīng)用安全性;采用一對多的工作模式，降低裝置成本，為該項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用得以保證，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

3）在線監(jiān)測器：采用通用35mm導(dǎo)軌式安裝在GIS操作箱內(nèi)，支持有線、無線通訊接口擴(kuò)展，支持?jǐn)U展后臺(tái)服務(wù)器連接，實(shí)現(xiàn)高速模擬量采樣存儲(chǔ)及開關(guān)量輸入。

4）數(shù)據(jù)分析診斷儀：全觸屏便于現(xiàn)場操作，用于與在線監(jiān)測器進(jìn)行通訊連接、讀取數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)模型、現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析處理及診斷。

四、結(jié)束語

針對GIS隔離開關(guān)分閘到位難判斷問題，本文提出了一種基于電流分析法的GIS隔離開關(guān)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測裝置。通過對GIS高壓隔離開關(guān)分合閘過程中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流進(jìn)行采集，并將采集的數(shù)據(jù)反饋至預(yù)先設(shè)定好的分析模塊進(jìn)行數(shù)理分析，根據(jù)分析結(jié)果判定隔離開關(guān)刀閘是否存在卡阻以及隔離開關(guān)的分合過程是否完整到位等，為GIS隔離開關(guān)的動(dòng)作狀態(tài)情況提供了一種重要監(jiān)測手段，同時(shí)可以讓工作人員及早發(fā)現(xiàn)刀閘機(jī)構(gòu)的隱患點(diǎn)，防患于未然。

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