高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能非接觸檢測(cè)技術(shù)的研究

閆站正，周 華

（河南省高壓電器研究所有限公司，河南 平頂山467000）

0 引 言

本文通過(guò)對(duì)高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)述，探究了目前非接觸檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展，然后分別對(duì)高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)試性能、研究?jī)?nèi)容以及關(guān)鍵檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行探究。

1 高壓斷路器

1.1 高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)概述

高壓斷路器不僅是電力系統(tǒng)中的控制設(shè)備，而且還是保護(hù)基礎(chǔ)電力系統(tǒng)的主力軍。在電力系系統(tǒng)運(yùn)作的過(guò)程中，高壓斷路器能夠?qū)㈦娏ο到y(tǒng)的一部分設(shè)備和線路進(jìn)行處理和分載，從根本上起到保駕護(hù)航的作用。圖1為高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖1 高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

由圖1可以看出，壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主要是通過(guò)基座在底部進(jìn)行支撐，然后上半部分連接了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，本體被絕緣支柱包裹住，以保證使用安全，防止出現(xiàn)漏電事故。而開斷原件主要位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上方，它決定了整個(gè)部件啟動(dòng)或者禁止，而操動(dòng)機(jī)構(gòu)一般處于外側(cè)作為附屬啟動(dòng)和操作，雖然與整個(gè)高壓斷路器主體出現(xiàn)分離但是整體操作功能以及靈敏度并沒有受到影響。

此外，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)超載以及危險(xiǎn)時(shí)，電力線路會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的負(fù)荷，而高壓斷路器具有敏感的觸覺，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中存在故障的地方并且提示工作人員進(jìn)行切斷和搶修，為電路電網(wǎng)安全提供保障。隨著我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)不斷進(jìn)步，電路電網(wǎng)對(duì)于高壓斷路器操動(dòng)機(jī)的設(shè)備要求也水漲船高。目前，我國(guó)220 V以上的高壓斷路器操動(dòng)機(jī)的檢測(cè)技術(shù)需要進(jìn)一步提升，研究人員需要利用合理科學(xué)的方法為監(jiān)測(cè)操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械特征進(jìn)行升級(jí)換代，實(shí)現(xiàn)非接觸檢測(cè)技術(shù)的提升和飛越。

1.2 高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能非接觸檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

在我國(guó)電機(jī)行業(yè)以及國(guó)際電機(jī)領(lǐng)域中，高壓斷路器都是研究人員的香餑餑，電氣技術(shù)行業(yè)、計(jì)算機(jī)行業(yè)以及傳感器領(lǐng)域都對(duì)高壓斷路器領(lǐng)域進(jìn)行滲透，而非接觸檢測(cè)技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)際領(lǐng)域的高壓斷路器不僅有著雄厚的硬件實(shí)力，而且具有先進(jìn)的非接觸檢測(cè)技術(shù)。表1為各種操動(dòng)機(jī)構(gòu)類型以及適用條件，在不同使用環(huán)境中需要揚(yáng)長(zhǎng)避短，結(jié)合各自高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用條件對(duì)其進(jìn)行合理選取和使用。

我國(guó)想要實(shí)現(xiàn)高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的突破，需要積極向外國(guó)先進(jìn)的電氣研究機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)，同時(shí)升級(jí)檢測(cè)軟件，從硬實(shí)力和軟實(shí)力兩方面進(jìn)行著手，雙管齊下，突破我國(guó)目前高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的技術(shù)瓶頸［1］。

2 高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能研究

2.1 高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)試方案

高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的測(cè)試有許多方法。由于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法普遍存在穩(wěn)定性低、接觸不好以及操作過(guò)于繁瑣等一系列的問(wèn)題，所以急切需要升級(jí)改造。本文提出了一種新型的測(cè)試方法，對(duì)高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能進(jìn)行測(cè)試。以非接觸式的斷路器實(shí)現(xiàn)四位一體的識(shí)別系統(tǒng)，搭建一個(gè)穩(wěn)定性高且操作性能好的斷路器，進(jìn)行高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的非接觸檢測(cè)。高壓斷路器的非接觸平臺(tái)主要由多個(gè)部分搭建而成，包括傳感器單元、提供非接觸信號(hào)的數(shù)據(jù)收集模塊、可同步數(shù)據(jù)的記憶卡以及多功能高速控制的計(jì)算機(jī)四大部分。高分辨率的攝像機(jī)可以快速收集斷路器的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及運(yùn)作情況，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)便于實(shí)時(shí)觀察，同時(shí)計(jì)算機(jī)可以迅速處理信號(hào)并且將信號(hào)轉(zhuǎn)化成可視化圖表或者曲線，增加檢測(cè)的效率。同時(shí)，高壓斷路器操動(dòng)機(jī)非接觸平臺(tái)可以有效處理動(dòng)作的每一個(gè)分支以及每一幀運(yùn)動(dòng)狀況，有效填補(bǔ)了以往傳統(tǒng)高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)。高壓斷路器的測(cè)試需要從高壓斷路器的分合閘時(shí)間、分合閘速度以及高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)電源的性能進(jìn)行研究和測(cè)試。

表1 操動(dòng)機(jī)構(gòu)類型

2.2 高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)試研究?jī)?nèi)容

高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的測(cè)試內(nèi)容主要有3個(gè)方面，分別是斷路器的固有時(shí)間、斷路器的測(cè)試速度以及斷路器電源的性能。斷路器的固有時(shí)間是指高壓斷路器接到分/合閘命令之起，到動(dòng)靜觸頭剛分離/接觸的一段時(shí)間作為計(jì)算時(shí)程，在電路電網(wǎng)進(jìn)行響應(yīng)的同時(shí)，將發(fā)出斷口信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)，而非接觸檢測(cè)技術(shù)能捕捉不同斷口之間的動(dòng)作。因?yàn)榉墙佑|檢測(cè)技術(shù)屬于多維一體的信號(hào)處理，所以可快速將高壓斷路器的電信號(hào)、光信號(hào)和聲信號(hào)進(jìn)行有效處理，通過(guò)計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行計(jì)算以及整合以后成為可視化圖像，方便工作人員綜合判斷高壓斷路器的狀態(tài)。為避免傳統(tǒng)高壓斷路器出現(xiàn)識(shí)別故障以及檢測(cè)失敗等老大難問(wèn)題，將傳統(tǒng)的傳感器替換成高分辨率的清晰傳感器。第二個(gè)研究?jī)?nèi)容是對(duì)速度進(jìn)行測(cè)試。速度是指在固定位移之前消耗的時(shí)間。計(jì)算機(jī)可以將位移與時(shí)間的位移進(jìn)行計(jì)算并且呈現(xiàn)出曲線圖像便于觀察和研究，克服了以往安裝困難、耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題。最后需要對(duì)操作電源的整體性能進(jìn)行測(cè)試，電池的續(xù)航能力間接代表了檢測(cè)的時(shí)長(zhǎng)，電池壽命、電池容量以及導(dǎo)電能力都十分關(guān)鍵。在控制一個(gè)電源因素后，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄運(yùn)行內(nèi)容，并對(duì)電池質(zhì)量進(jìn)行研究測(cè)試。對(duì)新型的光電位移傳感器進(jìn)行檢測(cè)不僅能提前測(cè)試斷路器的性能，還能有備無(wú)患，為日后的檢查提供保障。此外，非接觸檢測(cè)技術(shù)將收集到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)高壓斷路器進(jìn)行測(cè)試后，其運(yùn)作參數(shù)更加準(zhǔn)確，斷路器的接觸頭在接觸時(shí)的運(yùn)動(dòng)更加規(guī)律，提升了高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)性和科學(xué)性。

3 高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能非接觸檢測(cè)技術(shù)

3.1 高壓斷路器操作機(jī)構(gòu)性能非接觸檢測(cè)技術(shù)的引入

引入非接觸檢測(cè)技術(shù)不但能保持高壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的良好狀態(tài)，還能為其日后運(yùn)作提供技術(shù)保障。引入非接觸檢測(cè)技術(shù)可以提升高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的圖像處理水平。非接觸檢測(cè)技術(shù)促使了圖像處理技術(shù)的誕生和使用。圖像處理技術(shù)不僅能夠幫助計(jì)算機(jī)快速診斷電力系統(tǒng)中存在的故障和問(wèn)題，而且能突破以往高壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的處理瓶頸。目前，大多數(shù)的研究都只是在斷路器的開關(guān)層面開展，極少涉及到非接觸檢測(cè)技術(shù)，尤其是圖像處理技術(shù)［2］。

圖像處理技術(shù)作為高壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的非接觸檢測(cè)辦法，有著快速且精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)。目前，非接觸檢測(cè)技術(shù)中用到的圖像處理機(jī)器主要是CCD攝像機(jī)。CCD攝像機(jī)具有高速的攝像系統(tǒng)，在高壓斷路器的開閘以及合閘過(guò)程中，攝像機(jī)可以將傳動(dòng)部件的每一個(gè)機(jī)械動(dòng)作進(jìn)行捕捉以及分解。計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像計(jì)算算法可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析和高壓斷路器的運(yùn)動(dòng)捕捉，實(shí)時(shí)記錄傳動(dòng)部件的運(yùn)作軌跡，同時(shí)對(duì)于接觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)的角度、擺動(dòng)幅度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)都進(jìn)行細(xì)致記錄，保證運(yùn)動(dòng)真實(shí)性和可靠性。

3.2 高壓斷路器操作機(jī)構(gòu)性能非接觸檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的非接觸檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)需要考慮電源單元、測(cè)量單元、中央處理單元以及輸出單元四個(gè)關(guān)鍵單元。研究檢測(cè)人員需要對(duì)電源單元的直流電源電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證輸出電流值的額度。操作電源與斷路器可以合為一體，實(shí)現(xiàn)一致的參數(shù)輸出。測(cè)量單元中的關(guān)鍵技術(shù)不僅可以將斷路器行程回路以及開關(guān)量進(jìn)行調(diào)整檢測(cè)，還能實(shí)現(xiàn)單次檢測(cè)和測(cè)量，一次性進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和處理。中央處理單元可以對(duì)測(cè)試人員的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算和診斷，協(xié)同指令并且對(duì)故障進(jìn)行診斷。輸出單元可以將機(jī)械信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換成圖像或者曲線等可視化數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 論

本文對(duì)高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的非接觸檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行探究。非接觸檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用能提升高壓斷路器的檢測(cè)性能，比傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)更加高效快捷，具有更高的價(jià)值。