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高壓開關故障檢測的原理及方法

返（fǎn）回（huí）打印來源：儀天成電力時間：2017/12/09 閱讀：次

        電力係統對供電的可靠性和經濟性提出了越來越（yuè）高的要求，高壓輸（shū）變（biàn）電設備的安全運行已成為影響電力係統安全、穩定、經濟運行的重（chóng）要因素。高壓開關在（zài）電網中（zhōng）起著控製和保護的（de）作（zuò）用（yòng），當發生故（gù）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）兩次世界範圍的調查，結果表明，大多數開關故障(主要故障的70%和次要故障的86%)屬（shǔ）於（yú）機（jī）械性質，主要涉及操（cāo）作機構、監視裝置和輔助裝置。目前國內高壓開關的問題也主要體現在機械故障上，如：絕緣拉杆脫落（luò）、斷裂、擊穿，水平拉杆斷（duàn）銷等。因此，高壓開關機械故障的檢（jiǎn）測具有十分（fèn）重要的（de）意義。
1 高壓開關機械故障檢（jiǎn）測基（jī）本方法及原（yuán）理（lǐ）
1.1 分、合閘線圈電流的檢測（cè）
       高（gāo）壓開關一般都是以電磁鐵作為操作（zuò）的一級（jí）控製元件，並且大（dà）多數開關皆以直流作（zuò）為控製電源。在（zài）每次分、合過（guò）程中，直流電磁線圈的電流隨時間變（biàn）化，此變化波形中蘊藏著（zhe）極為重要（yào）的信息（xī）。線圈電流波形可以反（fǎn）映的狀態有鐵心（xīn）行程（chéng）、鐵心卡滯、線圈狀態(如是否有短路匝)、與鐵心頂（dǐng）杆連接的鐵（tiě）閂和（hé）閥門的狀態、合、分（fèn）線圈的輔助接點狀（zhuàng）況與轉換時間。通（tōng）過對分合操作（zuò）線圈動作電（diàn）流的檢測，運行（háng）人（rén）員（yuán）可以大致（zhì）了解開關二次控製回路的（de）工作情況及鐵心的（de）運動有無卡滯等，為檢修（xiū）提供（gòng）一個輔（fǔ）助判據。分合閘線圈的電流是開關狀態（tài）檢（jiǎn）測的一個重要內容。通過霍爾傳感（gǎn）器可以很方便的采集分合閘線圈的電（diàn）流。通過實測的波形與典（diǎn）型波（bō）形進行比較（jiào）即可判（pàn）斷開關的鐵心有無卡（kǎ）滯等問題。
1.2 高（gāo）壓開（kāi）關動觸頭行程的檢測
       高壓開關的行程–時間特性是（shì）表征高壓開關（guān）機械（xiè）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（qí）是開關合閘前、分閘後的動觸頭（tóu）速度，對開關（guān）的開斷性（xìng）能有至關重要的影響。因此，高壓（yā）開關的行程–時間特（tè）性檢測，是高壓開關檢（jiǎn）測的重要內容。由於開關動觸頭作直線（xiàn）運動，可（kě）以安裝一個與動觸頭一起運（yùn）動的附加件，當動觸頭做分、合操作時，該附（fù）加（jiā）件（jiàn）隨（suí）連杆做（zuò）直線（xiàn）運動，通過光電傳感器，將連續變化的位移量變成一（yī）係列電脈衝信號（hào）。記錄該脈衝的個數，就可以實現動觸頭全行程參數的測量；同時，記錄每（měi）一個電脈（mò）衝產生的時刻值，將位移同時間相除，就可計算出動觸頭（tóu）運動過程中的大速（sù）度和平均速度。目（mù）前測量高（gāo）壓開關的行程–時間特性，多采用光電式位移傳（chuán）感器與（yǔ）相應的測量電路配（pèi）合進行，常用的有增量式旋轉光電編碼器或（huò）直線光電編碼器。目前市場上根據這種方法研製的產品眾多，可將測試結果直接打印，部分測試儀具備RS232/485接口，可將測試（shì）結果上傳。
1.3 振動信號的檢測
        高壓開關是一種瞬動（dòng）式（shì）機械，在其分合過程中，有一（yī）係列運動構件的起動、製動、撞擊的出現，這些運動（dòng）形態的改變都在（zài）其構架上引起多個衝（chōng）擊振動，每個振動對（duì）應著開關（guān）分、合過程中特定的動作事件（jiàn）。這些衝擊振動的波（bō）形呈上升和衰減過程，其峰值點在時間上具有很好的（de）辨（biàn）認性。但是，從振動發生到振（zhèn）動傳感器測量到的峰值時間之間，總會由於振動波的傳播帶來一定的誤差，因此峰值時（shí）間較振（zhèn）動發生時間有一定的時間延遲。不過，檢測係統隻是根據振動信號來求取各個振動事件之間的時間差，並（bìng）不一定需要知道其發生的準確時刻。所以隻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（de）發（fā）生時刻（kè），並將它（tā）們相減後得到動觸頭運動過程中各個振動事件之間的時間差。此外，對於某一台特定的開關而言，在健康狀態下它的分、合操作的（de）振動信號具有較強的相似性（xìng）。對於實時測量得到的振動信（xìn）號，可在離線實驗數據(振動信號波（bō）形和機械特性曲線)的基礎上，並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後次（cì）序和時間區段，然後將各個區段的峰（fēng）值時間作為該振（zhèn）動事件（jiàn）的發生時刻。各時間相（xiàng）差後得到各事件之間的相對時間，以接到分、合電脈（mò）衝（chōng）時間（jiān）為基準計算各事件的（de）發生時間（jiān），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（hé）、分時刻（kè）結合，並根據相應（yīng）的定義，就可以計算出剛分(合)速度、行程（chéng）、超行程；將三相的分合（hé）時刻相差就可獲得該次動（dòng）作的不同期參數。傳（chuán）動機構係（xì）統的檢測（cè）和診斷對保證高壓（yā）開關安全運行有重要（yào）的意（yì）義。而（ér）基於振動信號的開（kāi）關機械狀態診斷方（fāng）法作（zuò）為一種間接的、不拆卸的（de）診斷方法、目前已經成（chéng）為國內外的研（yán）究熱點。
        對於高壓開關，在分合閘操作過程（chéng）中，內部主要機構不見得運動、撞擊和摩擦都會（huì）引起表麵的振動，振（zhèn）動是內部多種現象（xiàng）激勵的響應，這些激勵包括機械操作、電動力（lì）或靜電力作用、局部放電以（yǐ）及SF6氣（qì）體中的微（wēi）粒運動等。振動信（xìn）號中包含豐富的（de）機（jī）械（xiè）狀態信息，甚至機械係統結構上某些細微變化（huà）也可以從振動（dòng）信號上發現出來。因此，以外部振動信號為特征信號，可以對高壓開關的這些狀態進（jìn）行檢測。具體做法是在開關適（shì）當部位，如具有較大的振動強度，較高信噪比的部分（fèn），安裝振動傳感器，當開（kāi）關進行分合閘操作時。采集振動信號（hào）經處理後作為診斷的（de）根（gēn）據。
       檢（jiǎn）測振動信號的突出優點是振動信號的采集不涉及電氣測量（liàng），振動信號（hào）受電磁幹擾（rǎo）小，傳感器（qì）安裝於外部，對開關無任何影（yǐng）響。同時，振動傳感器尺寸小，工作可靠（kào），價格低廉，靈敏度高，抗（kàng）幹（gàn）擾好，特（tè）別適用於動作頻繁的高壓開關的在線檢測及不拆卸檢修。振動檢測的難（nán）點在於信號的一致性較差及如何（hé）提取特征量。目前主要的分析方法有以下幾種：①振動信號（hào）出（chū）現（xiàn）的時間及幅值；②時域（yù）、頻域複合分析；③“狀態圖”，均值、方差、過零次數，翻轉次（cì）數等；④動態時間規整法（fǎ）；⑤偏差測試法；⑥指數衰減（jiǎn）振（zhèn）蕩子波分解法；⑦人工神經（jīng）網絡（luò）法。目（mù）前開關振動的測量研究是熱點，但還（hái）沒有（yǒu）較成熟的產品問世。
2 高（gāo）壓開（kāi）關機械故障檢測存在（zài）的主要問題
       目前高壓開關機械故障的檢測方法基本上成熟，機械特性測試儀產品眾多，大部分具有分、合閘線圈電流及行程測試的功能。其有效性已（yǐ）被開關生產廠商和供電部門所（suǒ）認可。存在的主要問題在（zài）於缺乏（fá）有（yǒu）效（xiào）的數據管理及分析診斷平（píng）台。大部分的測試儀都可將測試結果打印出來，但無法存儲；對於故障的判斷，大多采用閾值的方法，對某個斷路（lù）器的多次測試結果無法通過數學統計分（fèn）析等手段進行有效的“縱比”，更無法對各地同一（yī）型號斷路器的測試結果進行“橫比”，不（bú）利於故障的診（zhěn）斷。因而，設計和開發高壓開關機械故障分析和診斷（duàn）平台十分必要的。

       主題（tí）詞：高壓開（kāi）關開關測（cè）試儀

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