高壓輸變電設備高壓開關機械故障檢測

高琳琳+王江艷+劉宇珍

摘 要：高壓輸變電設備是電力系統供電的關鍵環節，它的安全運行影響整個電力系統安全、穩定、經濟運行。高壓開關在電網中起著控制和保護的作用，當發生故障或事故時會引起電網事故或擴大事故，因此，高壓開關機械故障的檢測具有十分重要的意義。

關鍵詞：高壓輸變電設備；高壓開關；機械故障檢測

一、高壓開關機械故障檢測基本方法及原理

（一）高壓開關動觸頭行程和速度的檢測

高壓開關的行程–時間特性是表征高壓開關機械特性的重要參數，也是計算高壓開關分、合閘速度的依據。高壓開關分合閘速度，尤其是開關合閘前、分閘后的動觸頭速度，對開關的開斷性能有至關重要的影響。行程測量的基本要求是：即不能影響機構原有的機械特性和絕緣特性，又要真實反映斷路器的行程特性，同時還要便于安裝，即檢測傳感器系統的適應性要強。行程的測量是通過位移傳感器將斷路器的觸頭位移量轉換為電信號，由于開關動觸頭作直線運動，可以安裝一個與動觸頭一起運動的附加件，當動觸頭做分、合操作時，該附加件隨連桿做直線運動，通過光電傳感器，將連續變化的位移量變成一系列電脈沖信號。通過A/D轉換器對行程數據進行模數轉換處理，完成對動觸頭行程信號的采集。同時，記錄每一個電脈沖產生的時刻值，將位移同時間相除，就可計算出動觸頭運動過程中的最大速度和平均速度。目前測量高壓開關的行程–時間特性，多采用光電式位移傳感器與相應的測量電路配合進行，常用的有增量式旋轉光電編碼器或直線光電編碼器。

（二）分閘合閘線圈電流的檢測

在高壓開關中，一般情況下都是以電磁鐵作為操作的第一級控制元件。以直流作為控制電源是目前絕大多數開關所采用的方式。分合閘線圈的電流是開關狀態檢測的一個重要內容，在每次操作過程中，分合閘電磁線圈的電流隨時間變化，應用電流傳感器可以方便地測出其電流波形圖，此變化波形中蘊藏著極為重要的信息。它包括分合命令到達時刻，鐵芯開始運動時刻，鐵芯觸動操作機構的負載而顯著減速或停止運動的時刻，開關輔助接點斷開線圈電路時刻，控制電源和線圈電阻的關系，電磁鐵鐵芯運行機構有無卡澀及脫扣釋能機械負載變動情況，操作傳動系統運動的情況，還可以反映電源電壓、線圈電阻及電磁鐵鐵芯速度信息。分析以上參數的變化就可以診斷斷路器部分機械故障趨勢，尤其是拒分拒合等故障。通過對分合操作線圈動作電流的檢測，操作人員可以大致了解開關二次控制回路的工作情況，為檢修提供輔助判據。

（三）基于斷路器機械振動信號的檢測

斷路器機械狀態檢測的目的是為了實現對各種運行狀態的準確識別以及對潛在機械故障的分析和診斷，以便制定合理的維修策略。而當操動機構的某一或某些部件出現了早期缺陷時，其微弱的動態信息很難依靠常用的檢測方法所提取的特征量反映出來。在眾多高壓斷路器機械狀態檢測方法中，振動信號分析是一種非侵入式的檢測方法。高壓開關是一種瞬動式機械，在其分合過程中，有一系列運動構件的起動、制動、撞擊的出現，這些運動形態的改變都在其構架上引起多個沖擊振動，每個振動對應著開關分、合過程中特定的動作事件。這些沖擊振動的波形呈上升和衰減過程，其峰值點在時間上具有很好的辨認性。但是，從振動發生到振動傳感器測量到的峰值時間之間，總會由于振動波的傳播帶來一定的誤差，因此峰值時間較振動發生時間有一定的時間延遲。不過，檢測系統只是根據振動信號來求取各個振動事件之間的時間差，并不一定需要知道其發生的準確時刻。所以只要每個事件均進行了相似的簡化，時間差的計算誤差不受影響，可以利用振動信號的峰值時間作為各個振動事件的發生時刻，并將它們相減后得到動觸頭運動過程中各個振動事件之間的時間差。此外，對于某一臺特定的開關而言，在健康狀態下它的分、合操作的振動信號具有較強的相似性。對于實時測量得到的振動信號，可在離線實驗數據（振動信號波形和機械特性曲線）的基礎上，并結合考慮該次動作的機械特性曲線來粗略確定各個振動事件發生的先后次序和時間區段，然后將各個區段的峰值時間作為該振動事件的發生時刻。各時間相差后得到各事件之間的相對時間，以接到分、合電脈沖時間為基準計算各事件的發生時間，就能找到動靜觸頭間的合、分時刻。將動觸頭的行程信號同該合、分時刻結合，并根據相應的定義，就可以計算出剛分（合）速度、行程、超行程；將三相的分合時刻相差就可獲得該次動作的不同期參數。 傳動機構系統的檢測和診斷對保證高壓開關安全運行有重要的意義。

二、高壓開關機械故障檢測存在的主要問題

目前高壓開關機械故障的在線檢測技術雖發展起步較晚，但在短短的十幾年時間里得到了較快的發展。然而多數檢測系統的功能比較單一，例如：僅對一種設備或多種設備的同類參數進行檢測，沒有很好的將診斷技術和監測技術結合起來；分析診斷也僅限于超標報警，具體詳細的分析診斷基本上由試驗人員完成。因此機械在線檢測技術的發展趨勢應應是：1、集成性。集高壓斷路器多項檢測功能于一體，有利于多信息的融合，支持網絡化集中管理。2、通用性。在硬件設計時應考慮足夠多的采樣通道，保證采樣板的通用性，可以滿足不同類型的斷路器要求。3、擴充性。檢測系統對檢測的斷路器的個數不受限制；考慮斷路器就地采樣單元與變電站在線檢測系統的兼容，能為變電站綜合自動化提供信息。4、組合性。斷路器就地采樣單元內部插件模塊化。5、可靠性。檢測系統還需要良好的電磁兼容性和自檢功能。

參考文獻：

[1]徐國政.高壓斷路器原理和應用[M].北京清華大學出版社，2006.