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高壓開關故障檢測的原理及方(fāng)法

返回打印來源：儀(yí)天成電力時間：2017/12/09 閱讀：次

        電力系統對供電的可(kě)靠性和經濟性提出了(le)越來越高的要求，高壓(yā)輸變電設備的安全(quán)運(yùn)行已成為影響電力系(xì)統安全、穩定、經濟運(yùn)行的重要因素。高壓開關在電網中起着控制和保護的(de)作用，當發生故障或事故時會引起電網事故或擴大事故。國際大電網會議(CIGRE)對高壓開關及其操作機構的可靠性進行過(guò)兩次世(shì)界範圍的調查，結果表明，大多數開關(guān)故障(主要故障的70%和次要(yào)故障(zhàng)的86%)屬于機械性質，主要涉及操作機構、監視裝置和輔助裝置。目前(qián)國内高壓開關的問(wèn)題也主要體現在機械故障(zhàng)上，如(rú)：絕緣拉杆(gǎn)脫落、斷(duàn)裂、擊穿，水平拉杆斷銷等。因此，高壓開關機械故障的檢測(cè)具有十分重要的意義。
1 高壓開關(guān)機械故障檢測基本方法及原理(lǐ)
1.1 分、合閘線圈(quān)電流(liú)的檢測
       高壓開關一般都是以(yǐ)電磁鐵作(zuò)為操作(zuò)的一級控制元件，并且(qiě)大多數開(kāi)關皆(jiē)以直流作為控制電(diàn)源。在每次分、合過程中，直流電磁線圈的(de)電流随(suí)時間變化，此變化波形中蘊藏着極為(wéi)重(zhòng)要的信息。線圈電(diàn)流波形可以反映的狀态有鐵心行程、鐵心卡滞、線圈狀态(如是否有短(duǎn)路匝)、與鐵心頂杆連接的鐵闩和閥門的狀态、合、分線(xiàn)圈的輔(fǔ)助接點狀況與(yǔ)轉換時間。通過對分合操(cāo)作線圈動作電流的檢測，運行人員可以大緻了解(jiě)開關二次控制回路的工作情況及鐵心的運動有無卡滞等，為檢修提供一個輔助判據。分(fèn)合閘(zhá)線圈的電流是開關狀(zhuàng)态檢測的一個重要内容。通過霍爾傳感器可以很方便的采集分合閘線圈的電流。通過實測的波形與典型波(bō)形進行(háng)比較即可判斷開關的鐵心有無卡(kǎ)滞等問題。
1.2 高壓開關動觸頭行程的檢測
       高壓開關的行程–時間(jiān)特性是表征高壓開(kāi)關機械(xiè)特性的重要參數，也是計算高(gāo)壓開關分、合閘速度的依據。高壓開關(guān)分合閘速度(dù)，尤其是開(kāi)關合閘前、分閘(zhá)後的動觸頭速度，對開關的開斷(duàn)性能有至關(guān)重要的影響。因此，高(gāo)壓開關的(de)行程–時間(jiān)特性(xìng)檢測，是高壓開關檢測的重要(yào)内容。由于開關動觸頭作直線運動(dòng)，可以安裝一個與動(dòng)觸頭一起運動(dòng)的附(fù)加件，當(dāng)動觸頭做分(fèn)、合操作時(shí)，該附加件随連杆(gǎn)做直線運動(dòng)，通(tōng)過(guò)光電傳感器，将連續變化的位移量(liàng)變成一系列電(diàn)脈(mò)沖信号。記錄該脈沖的(de)個數，就可以實現動(dòng)觸頭全行程參數的(de)測量；同時，記錄每一個電脈沖(chòng)産生的時刻值，将位移同時間(jiān)相除，就可計算出(chū)動觸頭運動過程中的大速度和平均速度。目前測量(liàng)高壓開關的行程–時間特性(xìng)，多采用光電式位移傳感器(qì)與相應的測量電路配合(hé)進行，常用的有增量式旋(xuán)轉光(guāng)電編碼器或直線光電編碼器。目前市場上根(gēn)據(jù)這種方法研制的産品衆多，可将測試結果直接打印(yìn)，部分測試儀具備RS232/485接口，可将測試結果上(shàng)傳。
1.3 振動信号(hào)的檢測
        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，這些運動形态的改變都在其構(gòu)架上引起多個沖擊振動，每個振動對應着開關分、合過程中(zhōng)特定的(de)動作(zuò)事件。這些沖擊振動的(de)波形呈上(shàng)升和衰減過程，其峰值(zhí)點(diǎn)在時(shí)間上具有很好的辨認性。但是(shì)，從振動發生到振動(dòng)傳感器測量到(dào)的(de)峰值時間之間，總會由(yóu)于振動波(bō)的傳播帶來一定的誤差，因此峰值(zhí)時間較振動發(fā)生時間有一定的時(shí)間延遲。不過，檢(jiǎn)測系統隻是根據振動信号來求取各個(gè)振動事件之間(jiān)的時間差，并不一定需要知道其發(fā)生的準确時刻。所以(yǐ)隻要每個事件均進行了相似(sì)的(de)簡化，時間差的計算誤差不受影響，可以利用振動信(xìn)号的峰值時間作(zuò)為(wéi)各個振動事件的發生時(shí)刻(kè)，并将它們相減後得到(dào)動觸頭(tóu)運動過程(chéng)中各個振動事件(jiàn)之間的時間差(chà)。此外，對于某一(yī)台特定的開關而言，在健康狀态下它的分、合(hé)操作的振(zhèn)動信号具有較強的(de)相似性。對于實時測量得到的(de)振動(dòng)信号，可在離線實(shí)驗數據(振動信号波形和機械特性曲線)的基礎(chǔ)上，并結(jié)合考慮該次動作的機械特性曲線來粗略确定各個振動事件發生的先後次序和時間區段，然後将各個區段的峰值時間作為該振動事(shì)件的(de)發生時刻。各(gè)時間相差後得到(dào)各事件之間的相對時間，以接(jiē)到分(fèn)、合電脈沖時間為(wéi)基準(zhǔn)計算各事件(jiàn)的發生時(shí)間，就(jiù)能找到動靜觸頭間的合、分時刻。将動觸頭的(de)行程信号(hào)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(sù)度、行(háng)程、超行程；将三相(xiàng)的分合時刻相差就可獲得(dé)該次動作的不同期參數(shù)。傳動機構系統的檢測(cè)和診斷對保(bǎo)證高壓(yā)開關安全運行有重要的意(yì)義。而(ér)基于(yú)振動信(xìn)号的開關機(jī)械狀态診(zhěn)斷方法作為一(yī)種間接的、不拆(chāi)卸的診斷方法、目(mù)前已(yǐ)經成為(wéi)國内外的研究熱點(diǎn)。
        對于高壓開關，在分合閘操作過程(chéng)中，内部主要機構不(bú)見得(dé)運動、撞擊和摩擦都會引起表(biǎo)面的振動(dòng)，振動是内(nèi)部多種現象(xiàng)激勵的響應，這些(xiē)激勵包括機械操作(zuò)、電動力(lì)或靜電力作用、局部放(fàng)電以及SF6氣體中的微(wēi)粒運動等(děng)。振動信号(hào)中包含豐富的機械(xiè)狀态信息，甚至機械系統結構上某些細微變化也(yě)可以從振動信号上發現(xiàn)出來。因此(cǐ)，以外(wài)部振動信号為特征信号，可以(yǐ)對高壓開關的這些狀(zhuàng)态進行檢測。具體做法是在開關适當部位(wèi)，如(rú)具有較大的振動強度，較高信噪比的部分，安裝振動傳(chuán)感器，當開關進行分合閘操作(zuò)時。采集振動信号經處(chù)理後(hòu)作為診斷的根據。
       檢測振動信号的突出優點是振(zhèn)動信号的采集不涉及電氣測量，振動信号受電磁(cí)幹擾小，傳感(gǎn)器安裝于外部，對開關(guān)無(wú)任何影響。同(tóng)時(shí)，振動傳感器尺寸小，工作可靠，價格低廉，靈敏度高，抗(kàng)幹擾(rǎo)好，特别适用(yòng)于(yú)動作頻繁的高(gāo)壓開關(guān)的在線檢(jiǎn)測及不拆卸檢修(xiū)。振動檢測的難點在于信号的一緻性較差及如何提取(qǔ)特征(zhēng)量。目前主(zhǔ)要的分析方法有以下幾種：①振動信号出(chū)現的時間及幅值；②時域、頻域複(fú)合分(fèn)析；③“狀态圖”，均值、方差、過零次數(shù)，翻轉次數等；④動态時(shí)間規整法；⑤偏差測試法；⑥指數衰減振蕩子(zǐ)波分解法；⑦人工神經網絡法。目前開關振動的測量研究是熱點，但還沒有較成熟(shú)的産品問世。
2 高壓(yā)開關機械故障檢測存在的主要問題
       目前(qián)高壓開關(guān)機械故障(zhàng)的檢測方法基(jī)本上成熟，機械特性測試儀産品衆多，大部分具有分、合閘線圈電(diàn)流及行程測試(shì)的功能。其有效性已被開關生産(chǎn)廠商和供電(diàn)部門所認可。存在的主要問題在于缺乏有效的數據管理及分析(xī)診斷平台。大(dà)部分的測試儀都可(kě)将(jiāng)測試結果打印出來(lái)，但無(wú)法存儲；對于故障的判斷，大多采用阈值的方法，對(duì)某個(gè)斷(duàn)路器的多次測試結果無法通過數學(xué)統計(jì)分析等手段進行有效的“縱(zòng)比”，更無法(fǎ)對各地同一型号(hào)斷路器的測試結果(guǒ)進行“橫比”，不利于故障的診斷。因而，設計和開發高壓開關(guān)機械故障分析和(hé)診斷平台十分必要的。

       主(zhǔ)題詞：高壓開關開關測試儀(yí)

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