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高壓開關故障檢測的原理及方法

返回打印來源：儀天成（chéng）電力時間：2017/12/09 閱讀（dú）：次

        電力係統對（duì）供電的可靠（kào）性和經濟性提出了越來（lái）越高的要求，高壓輸變電設備的安全運行已成為（wéi）影響（xiǎng）電力係統安全（quán）、穩定、經濟運行的重要因素（sù）。高壓開關在電網中起著控製和保護的作用，當發生故障或事（shì）故時會引起電網（wǎng）事故或擴大事故。國際大（dà）電網會議(CIGRE)對高壓開關及其操作機構的可（kě）靠（kào）性進行過兩次世界範圍的調查，結果表明，大多數（shù）開關故障(主要故障的70%和次要故（gù）障（zhàng）的86%)屬於機械性質，主要（yào）涉及操作機構、監視裝（zhuāng）置和輔助（zhù）裝置。目前國內高壓開關的問題也主要體現在機械（xiè）故障上，如：絕緣拉杆脫落、斷裂、擊（jī）穿，水平拉杆斷銷等。因此，高（gāo）壓開關機械故障的檢測具（jù）有十分重要的意義。
1 高壓開關機械故障檢測基本方法及原理
1.1 分、合閘線圈電流的檢測
       高壓開關一般都是以電（diàn）磁鐵作（zuò）為操作（zuò）的一級控製元件，並且大多數開關皆以直流作（zuò）為控製電源。在每次分、合過程中，直流電磁線圈的電流隨（suí）時間變化，此變化波形中蘊藏著極為重（chóng）要的信息（xī）。線圈（quān）電流波形可以（yǐ）反映的狀態（tài）有（yǒu）鐵心行（háng）程、鐵心卡滯、線圈狀態(如是否有短路匝（zā）)、與鐵（tiě）心頂杆連接的鐵閂和閥門的狀態、合、分（fèn）線圈的輔助接點狀況與轉換時間。通過對分合（hé）操作線圈動（dòng）作電流的檢測，運行人員可以大致了解開關二次控製回路的工作情況及鐵心的運動有無卡滯等，為檢修提供一個輔助判據。分合閘線圈（quān）的電流是開關狀態檢測的一個重要內容。通過霍爾傳感器可以很（hěn）方便的采集分合閘線圈的電流。通過（guò）實測的波形與典型波形進行比較即（jí）可判斷開關的鐵心（xīn）有無（wú）卡滯等問題。
1.2 高壓（yā）開關動觸頭行程的檢測
       高壓開關（guān）的行程–時間特性是表征高壓開關機械特（tè）性的重要參數，也是計算（suàn）高壓開關分、合閘速度的依據。高壓開關分合（hé）閘速度，尤（yóu）其是開（kāi）關合閘前、分閘後的（de）動觸頭速度，對開關的開斷性能有至關（guān）重要的（de）影響。因此，高壓開關的行程–時間特性檢（jiǎn）測，是（shì）高壓（yā）開（kāi）關檢測的重要內容。由於開關動觸頭作直線運動，可以安裝一個與動觸（chù）頭一起運動的附加件，當動觸頭（tóu）做分、合操（cāo）作時，該附加件隨連杆做直線運動，通過光（guāng）電傳感器，將連續變化的位移量變（biàn）成一係列電脈衝信號。記錄（lù）該脈衝的個數，就可以實現動觸（chù）頭全行程參數的測（cè）量；同時，記錄每一（yī）個電脈衝（chōng）產生的（de）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大速度和平均速度。目前測量高壓開關的行（háng）程–時間（jiān）特（tè）性，多采用光電式位移（yí）傳感器與相應的測量電路配合進行，常用（yòng）的有增量式旋轉光電編碼器或直線光電編碼器。目前市場上根據這種方法研（yán）製的產品眾多，可將測試結果直接打印，部分測（cè）試儀具備RS232/485接（jiē）口，可（kě）將測試結（jié）果上傳（chuán）。
1.3 振動信號的檢測
        高壓開關是一（yī）種瞬動式（shì）機械，在其分合過程中（zhōng），有一係列運動構件的起動、製（zhì）動、撞擊的（de）出（chū）現，這些運動（dòng）形態的改變都（dōu）在其構架上引起多個衝擊振動，每個（gè）振動對應（yīng）著開關分、合過程中特定的動作事件。這些衝擊振動的波形呈上升和（hé）衰減過程，其峰值點在時間上具有很好的辨認性。但是，從振（zhèn）動發生到振動傳（chuán）感器測量到（dào）的（de）峰值時間之（zhī）間，總會由於振動波的傳播帶來一定的誤（wù）差，因此峰值時間較振動發（fā）生時間有（yǒu）一定的時間延（yán）遲。不過，檢測係統（tǒng）隻（zhī）是根據振動（dòng）信號來求取各個振動（dòng）事件之間的時（shí）間（jiān）差，並不一定需（xū）要知道其（qí）發生的準確（què）時刻。所以隻要每個（gè）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（lì）用振動信號的峰值時間作為（wéi）各個振動（dòng）事件的發生（shēng）時刻，並將它們相減後得到動觸（chù）頭運動過程中各個振動事件之間的時間差（chà）。此外，對於某一台特定的開關而言，在健康（kāng）狀態下它的分、合操作的振動信號具有較（jiào）強（qiáng）的相似性。對於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，並（bìng）結合考慮該次動作的機械特性曲線（xiàn）來粗略確定各個振動事件發生的先後次序和時間（jiān）區段，然（rán）後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（xiàng）差後（hòu）得到各事件之間的相對時間，以接到（dào）分、合電脈（mò）衝時間為基準計算各（gè）事（shì）件的（de）發生時間，就能找到動靜觸頭間（jiān）的合、分時刻。將動觸頭的行程信（xìn）號同該合（hé）、分時刻結（jié）合，並根（gēn）據相應的定（dìng）義，就可以計算出（chū）剛分(合)速度、行程、超行（háng）程；將三相的分合時刻相差就可獲得該（gāi）次動（dòng）作的（de）不同期參數。傳動機構係統的檢測和診斷對（duì）保證高壓開關安全運行有重要（yào）的意義。而基於振動（dòng）信號的開關機（jī）械（xiè）狀態診斷方法作為一種間接的、不拆卸的診（zhěn）斷方（fāng）法、目前已經成為國內外（wài）的研究熱點。
        對於（yú）高壓開（kāi）關，在分合閘操作過程中，內部主（zhǔ）要機構不見得運動、撞擊和摩擦都會引起表麵的振動，振動是內部多種現象激勵的響應，這些激勵包括機械操作、電動力或靜電力作（zuò）用（yòng）、局部（bù）放電以及SF6氣體中的微粒運動等。振動信號中（zhōng）包含豐（fēng）富的機械狀態信息，甚至機械係統結構上某（mǒu）些細微變化也可以從振動信號上發現（xiàn）出來。因此，以外部振動信號為（wéi）特征（zhēng）信號，可以對高壓開關的這些狀態進行檢測。具（jù）體做法是在開關適當（dāng）部位，如具有（yǒu）較大的（de）振動強度，較高信噪比的部分，安裝振動傳（chuán）感器，當開（kāi）關進行分合閘操作時。采集振動信號經處理後作為診斷的根據（jù）。
       檢測振動信號的突出優點（diǎn）是振動信號的采集不涉及電氣測量（liàng），振動信號受（shòu）電磁幹擾小，傳感器安裝於外部，對開關無（wú）任何影響（xiǎng）。同時，振動傳感器尺寸小，工作可靠，價格低廉，靈敏度高，抗幹（gàn）擾好，特（tè）別適用（yòng）於動作（zuò）頻（pín）繁的高壓開關（guān）的在線（xiàn）檢（jiǎn）測及不拆卸檢修。振動（dòng）檢測的難（nán）點（diǎn）在於信號的一致性較差及如何提取特征量。目前主要的分析方法有以下幾種：①振動信號出現（xiàn）的時間及（jí）幅值；②時域、頻域複合分析；③“狀態圖”，均值、方差、過零次數，翻轉（zhuǎn）次數等；④動態時間（jiān）規整法；⑤偏差測試法；⑥指（zhǐ）數衰減振蕩（dàng）子波分解（jiě）法；⑦人工神經網絡法。目前開關振動的測量研究是熱（rè）點，但還沒有較成（chéng）熟的產品問世。
2 高壓開關機械故障檢測存在的（de）主要問題
       目前高壓開關機械故障的（de）檢測方法基本上成（chéng）熟，機械特性測試儀產品眾多，大（dà）部分（fèn）具有分、合（hé）閘線（xiàn）圈電流（liú）及行程測試的功能。其（qí）有效性已被開關生產廠（chǎng）商和供電部（bù）門所認可。存在（zài）的主要問題在於缺乏有效（xiào）的數據管理及分析診斷平台（tái）。大（dà）部分的測試（shì）儀都（dōu）可將測試結果打印出（chū）來，但無法存儲；對於（yú）故障的判（pàn）斷，大多采用閾值的方法（fǎ），對某個斷路器的多次（cì）測試結果無法通過數學統計分析等手段進行有效的“縱比”，更無法對各地同一型號斷路器的測試結果進行“橫（héng）比”，不利於（yú）故障的診斷。因（yīn）而（ér），設計和開發高壓開關機械故障分析和診斷平台十分必要的。

       主題詞：高壓開關開關（guān）測試儀

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