GIS隔離開關分合閘檢測方法研究及應用

王語嫣 劉慧娟 蘇柄全

摘要：GIS設備是密封性設備，不能直接觀測到動靜觸頭的分合到位情況，如果GIS隔離開關分合閘不到位，則很容易造成設備事故，且GIS設備的事故處理難度較大，導致恢復供電慢，事故處理費用高，為電網安全運行帶來隱患。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隔離開關分合閘情況的方法并進行詳細分析及方案設計。

關鍵詞：GIS;隔離開關;電機電流;仿真模型

引言

GIS設備由于其結構特點的限制，設備內部的狀態無法從外觀察，因此當GIS隔離開關分合閘出現故障時，機構處分合閘指示往往不能夠準確反映隔離開關本體的真實狀態。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隔離開關拐臂至止釘距離，以確認隔離開關分合到位情況。但是這種方法存在不直觀、不明確的情況，且不宜在設備運行時測量。因此，本文通過分析比較目前正在應用的GIS隔離開關檢測方法，提出一種基于電機電流的GIS隔離開關分合的檢測方法。

一、GIS隔離開關檢測技術

1.1基于機械特性的檢測

在GIS設備連桿處進行劃線，即在隔離開關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。該方法在一段時間內能起到一定的作用，但隨著外部環境的影響，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結構緊湊，導致觀測存在盲區，夜間難以觀測。設備常年運行，傳動部分容易出現變位，且傳動軸和動觸頭連接若脫扣，將導致劃線標識無法準確表明已分合到位。

1.2基于X射線數字成像技術的檢測

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射線數字成像技術實現了GIS內部結構“可視化”的診斷，可有效解決GIS設備內部結構復雜，解體困難、檢修技術含量高、耗時長及停電損失大等檢測難題，為準確定位設備的故障點提供了極大便利。但X光成像角度受GIS結構的影響，容易出現成像角度偏移，引起結果判斷誤差，同時X光成像存在電離輻射，對作業人員而言，存在健康風險，不適用于日常快速檢測，一般用于設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

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

該仿真模型為開環控制模型，可以通過調節負載從而改變輸出的參數波形。程序運行后電機電流及電機轉矩波形如下圖。1s之前為電機啟動電

流。

為進一步分析電機電流與操作轉矩之間的關系，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，電機電流包絡波形與電機轉矩波形如圖5、6所示。

利用MATLAB對電機電流和操作轉矩進行函數關系擬合后，得出函數的相關系數為0.991313，接近1，證明電機電流與電機轉矩相關程度很高。

2.2模擬實驗

為進一步驗證電機電流與操作轉矩之間存在高相關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，隔離開關分合產生的電力電流的波形是一定的。

在一定誤差范圍內，峰值大小，出現峰值的時間，動作完成時間等參數應為固定值。而當機械出現卡澀，例如當隔離開關軸承座、拉桿、連接桿、活動接頭等機械部件發生卡澀時，操作力矩增大，驅動電機電流也增大，根據電流峰值大小可判斷卡澀程度，根據電流峰值出現時刻，結合隔離開關動作行程，可初步判斷發生卡澀缺陷的部位。

針對不同的情況，電機電流波形會出現不同的變化，通過與正常情況的波形進行對比，以大量實驗為基礎，便可以通過監測電機電流從而對隔離開關進行故障診斷。在變電站日常運行維護管理中，可將驅動電機電流采集硬件系統安裝在電動操動機構箱內，通過遠程軟件系統實時檢測隔離開關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分斷-閉合監測。

三、結束語

針對GIS隔離開關分閘到位難判斷問題，本文首先比較了目前應用的 GIS隔離開關的檢測技術，然后提出基于電機電流的GIS隔離開關分合閘檢測方法，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性極高，最后通過模擬實驗，從實際角度上證明隔離開關分合閘動作過程中的驅動電機電流可以作為隔離開關分合狀態的判據。基于電機電流信號檢測與分析，可以有效診斷GIS隔離開關機械故障，提高設備運行可靠性。

參考文獻：

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