王語嫣 劉慧娟 蘇柄全

摘要：GIS設(shè)備是密封性設(shè)備，不能直接觀測到動靜觸頭的分合到位情況，如果GIS隔離開關(guān)分合閘不到位，則很容易造成設(shè)備事故，且GIS設(shè)備的事故處理難度較大，導(dǎo)致恢復(fù)供電慢，事故處理費用高，為電網(wǎng)安全運行帶來隱患。本文針對此類問題，對比目前針對GIS隔離開關(guān)的主要檢測手段，提出通過在分合閘過程中檢測電機電流來判斷GIS隔離開關(guān)分合閘情況的方法并進行詳細分析及方案設(shè)計。

關(guān)鍵詞：GIS;隔離開關(guān);電機電流;仿真模型

引言

GIS設(shè)備由于其結(jié)構(gòu)特點的限制，設(shè)備內(nèi)部的狀態(tài)無法從外觀察，因此當GIS隔離開關(guān)分合閘出現(xiàn)故障時，機構(gòu)處分合閘指示往往不能夠準確反映隔離開關(guān)本體的真實狀態(tài)。目前各地供電局在進行GIS操作時都必須采用輔助手段進行位置核實，通過測量GIS隔離開關(guān)拐臂至止釘距離，以確認隔離開關(guān)分合到位情況。但是這種方法存在不直觀、不明確的情況，且不宜在設(shè)備運行時測量。因此，本文通過分析比較目前正在應(yīng)用的GIS隔離開關(guān)檢測方法，提出一種基于電機電流的GIS隔離開關(guān)分合的檢測方法。

一、GIS隔離開關(guān)檢測技術(shù)

1.1基于機械特性的檢測

在GIS設(shè)備連桿處進行劃線，即在隔離開關(guān)完全分合閘到位后在傳動拐臂上作劃線標記，然后在之后的操作完成后以“是否與分、合閘對線成一條直線”為到位依據(jù)。該方法在一段時間內(nèi)能起到一定的作用，但隨著外部環(huán)境的影響，標線會模糊甚至消失，需要人員對其進行定期維護劃線，且GIS結(jié)構(gòu)緊湊，導(dǎo)致觀測存在盲區(qū)，夜間難以觀測。設(shè)備常年運行，傳動部分容易出現(xiàn)變位，且傳動軸和動觸頭連接若脫扣，將導(dǎo)致劃線標識無法準確表明已分合到位。

1.2基于X射線數(shù)字成像技術(shù)的檢測

該方法是利用X射線通過被檢測物體，由于物體中有缺陷部位（如氣孔、非金屬雜質(zhì)等）與無缺陷部位對X射線的吸收能力不同，因此可以通過對比被檢物體射線強度的差異，來判斷被檢物體中是否存在缺陷。

X射線數(shù)字成像技術(shù)實現(xiàn)了GIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)“可視化”的診斷，可有效解決GIS設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，解體困難、檢修技術(shù)含量高、耗時長及停電損失大等檢測難題，為準確定位設(shè)備的故障點提供了極大便利。但X光成像角度受GIS結(jié)構(gòu)的影響，容易出現(xiàn)成像角度偏移，引起結(jié)果判斷誤差，同時X光成像存在電離輻射，對作業(yè)人員而言，存在健康風(fēng)險，不適用于日?？焖贆z測，一般用于設(shè)備特殊巡檢或者事故后檢測。

二、基于電機電流的GIS隔離開關(guān)分合閘檢測

2.1基于matlab的三相異步電機仿真模型

由牛頓力學(xué)可知，力矩表示力對物體作用時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效應(yīng)的物理量，力和力臂的乘積為力矩，為矢量。電機轉(zhuǎn)矩=電機輸出力x力臂，此處的力臂即指電機帶動隔離開關(guān)分合轉(zhuǎn)動的半徑。因此，驗證電機電流與電機轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系即可以驗證電機電流與輸出力的關(guān)系。本文利用MATLAB搭建仿真模型。

該仿真模型為開環(huán)控制模型，可以通過調(diào)節(jié)負載從而改變輸出的參數(shù)波形。程序運行后電機電流及電機轉(zhuǎn)矩波形如下圖。1s之前為電機啟動電

流。

為進一步分析電機電流與操作轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，需對這兩組波形進行簡化處理。忽略啟動電流部分后，對剩余部分的波形取峰值點并連接起來，電機電流包絡(luò)波形與電機轉(zhuǎn)矩波形如圖5、6所示。

利用MATLAB對電機電流和操作轉(zhuǎn)矩進行函數(shù)關(guān)系擬合后，得出函數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.991313，接近1，證明電機電流與電機轉(zhuǎn)矩相關(guān)程度很高。

2.2模擬實驗

為進一步驗證電機電流與操作轉(zhuǎn)矩之間存在高相關(guān)性及該檢測方法的可行性，在廠家的幫助下進行了模擬實驗。模擬電機分別在正常情況與卡澀情況下，對上述兩種情況的電機電流的波形進行采集，然后比較兩個波形之間的區(qū)別。該實驗通過信號采集器將采集的信號輸入PC端，再用示波器對信號波形進行分析。

在電機正常工作情況下，施加負載，會產(chǎn)生一定的波形，如圖7所示。

給電機增加一定阻力時，即模擬機構(gòu)存在卡澀情況，此時的波形峰值、時間與正常工作情況下的波形相比，有明顯變化，所需時間增長，峰值增大，如圖8所示。

圖8卡澀情況下電機電流波形在正常工作情況下，隔離開關(guān)分合產(chǎn)生的電力電流的波形是一定的。

在一定誤差范圍內(nèi)，峰值大小，出現(xiàn)峰值的時間，動作完成時間等參數(shù)應(yīng)為固定值。而當機械出現(xiàn)卡澀，例如當隔離開關(guān)軸承座、拉桿、連接桿、活動接頭等機械部件發(fā)生卡澀時，操作力矩增大，驅(qū)動電機電流也增大，根據(jù)電流峰值大小可判斷卡澀程度，根據(jù)電流峰值出現(xiàn)時刻，結(jié)合隔離開關(guān)動作行程，可初步判斷發(fā)生卡澀缺陷的部位。

針對不同的情況，電機電流波形會出現(xiàn)不同的變化，通過與正常情況的波形進行對比，以大量實驗為基礎(chǔ)，便可以通過監(jiān)測電機電流從而對隔離開關(guān)進行故障診斷。在變電站日常運行維護管理中，可將驅(qū)動電機電流采集硬件系統(tǒng)安裝在電動操動機構(gòu)箱內(nèi)，通過遠程軟件系統(tǒng)實時檢測隔離開關(guān)分合閘操作過程中的電機電流信號，并基于此進行隔離開關(guān)分斷-閉合監(jiān)測。

三、結(jié)束語

針對GIS隔離開關(guān)分閘到位難判斷問題，本文首先比較了目前應(yīng)用的 GIS隔離開關(guān)的檢測技術(shù)，然后提出基于電機電流的GIS隔離開關(guān)分合閘檢測方法，并通過MATLAB建立模型，模擬電機電流與操作力矩波形，對仿真信號進行信號分析，證明電機電流與輸出力相關(guān)性極高，最后通過模擬實驗，從實際角度上證明隔離開關(guān)分合閘動作過程中的驅(qū)動電機電流可以作為隔離開關(guān)分合狀態(tài)的判據(jù)?；陔姍C電流信號檢測與分析，可以有效診斷GIS隔離開關(guān)機械故障，提高設(shè)備運行可靠性。

參考文獻：

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