高(gao)壓開關(guan)故(gu)障檢測的(de)原理(li)及(ji)方(fang)法

 電(dian)力(li)系統(tong)對(dui)供(gong)電(dian)的(de)可靠性(xing)和(he)經(jing)濟性(xing)提(ti)出(chu)了越來(lai)越(yue)高的(de)要(yao)求，高(gao)壓輸(shu)變電(dian)設(she)備(bei)的(de)安全(quan)運(yun)行(xing)已(yi)成為影響(xiang)電(dian)力(li)系統(tong)安全(quan)、穩(wen)定、經(jing)濟運行(xing)的(de)重要(yao)因素。高壓開關(guan)在(zai)電(dian)網(wang)中(zhong)起(qi)著(zhe)控(kong)制和(he)保(bao)護的(de)作用，當發生(sheng)故障或事故(gu)時會引(yin)起電(dian)網(wang)事故(gu)或擴大事故(gu)。大(da)電(dian)網(wang)會議(yi)(CIGRE)對(dui)高(gao)壓開關(guan)及(ji)其操作(zuo)機(ji)構(gou)的(de)可靠性(xing)進(jin)行(xing)過兩次世(shi)界(jie)範(fan)圍的(de)調(tiao)查(zha)，結(jie)果(guo)表明，大(da)多(duo)數(shu)開關(guan)故(gu)障(主(zhu)要(yao)故(gu)障的(de)70%和(he)次要(yao)故(gu)障的(de)86%)屬於(yu)機(ji)械(xie)性(xing)質，主(zhu)要(yao)涉(she)及操(cao)作機(ji)構(gou)、監(jian)視(shi)裝(zhuang)置和(he)輔助裝(zhuang)置(zhi)。目(mu)前國(guo)內(nei)高壓開關(guan)的(de)問題(ti)也主(zhu)要(yao)體(ti)現在(zai)機(ji)械(xie)故(gu)障(zhang)上(shang)，如(ru)：絕緣(yuan)拉桿脫落、斷裂(lie)、擊穿，水平拉桿斷銷(xiao)等(deng)。因此(ci)，高(gao)壓開關(guan)機(ji)械(xie)故(gu)障(zhang)的(de)檢測具有(you)十分重要(yao)的(de)意義。
1.高壓開關(guan)機(ji)械(xie)故(gu)障(zhang)檢測基本(ben)方(fang)法及(ji)原理(li)
1.1分、合閘線(xian)圈(quan)電(dian)流(liu)的(de)檢測
 高壓開關(guan)機(ji)壹(yi)般(ban)都(dou)是以(yi)電(dian)磁(ci)鐵(tie)作為操作的(de)壹(yi)級(ji)控(kong)制元(yuan)件(jian)，並且大(da)多(duo)數開關(guan)皆(jie)以直流作(zuo)為控(kong)制電(dian)源(yuan)。在(zai)每次分、合過(guo)程(cheng)中(zhong)，直流電(dian)磁(ci)線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)流(liu)隨時間變(bian)化(hua)，此變(bian)化(hua)波形(xing)中(zhong)蘊藏(zang)著(zhe)極為重要(yao)的(de)信息。線(xian)圈(quan)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)可以反(fan)映(ying)的(de)狀態有(you)鐵(tie)心行(xing)程(cheng)、鐵(tie)心卡滯(zhi)、線(xian)圈(quan)狀態(如(ru)是否(fou)有(you)短路(lu)匝(za))、與(yu)鐵(tie)心頂(ding)桿(gan)連(lian)接的(de)鐵(tie)閂和(he)閥門的(de)狀態、合(he)、分線(xian)圈(quan)的(de)輔助接(jie)點狀況(kuang)與(yu)轉(zhuan)換時間。通(tong)過對(dui)分合操(cao)作(zuo)線(xian)圈(quan)動作電(dian)流(liu)的(de)檢測，運行(xing)人(ren)員可以(yi)大致了解(jie)開關(guan)二(er)次控(kong)制回(hui)路的(de)工作(zuo)情況(kuang)及(ji)鐵(tie)心的(de)運動有(you)無(wu)卡滯(zhi)等(deng)，為檢修提(ti)供(gong)壹(yi)個輔助判(pan)據。分合閘線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)流(liu)是開關(guan)狀態檢測的(de)壹(yi)個重要(yao)內(nei)容。通過霍爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以很(hen)方(fang)便的(de)采集分合閘線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)流(liu)。通(tong)過(guo)實測的(de)波形(xing)與(yu)典(dian)型波(bo)形(xing)進(jin)行(xing)比較即(ji)可判(pan)斷開關(guan)的(de)鐵(tie)心有(you)無(wu)卡滯(zhi)等(deng)問題(ti)。
1.2高壓開關(guan)機(ji)動(dong)觸(chu)頭(tou)行程(cheng)的(de)檢測
 高壓開關(guan)機(ji)的(de)行程–時間特(te)性(xing)是表征(zheng)高(gao)壓開關(guan)機(ji)械(xie)特(te)性(xing)的(de)重要(yao)參數，也是計算(suan)高(gao)壓開關(guan)分、合閘速度的(de)依(yi)據。高壓開關(guan)分合閘速度，尤其是開關(guan)合(he)閘前、分閘後的(de)動觸頭(tou)速度，對(dui)開關(guan)的(de)開斷性(xing)能(neng)有(you)至關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)影響(xiang)。因此(ci)，高(gao)壓開關(guan)機(ji)的(de)行程–時間特(te)性(xing)檢測，是高(gao)壓開關(guan)檢測的(de)重要(yao)內(nei)容。由於(yu)開關(guan)動(dong)觸頭(tou)作直線(xian)運動(dong)，可以安裝(zhuang)壹(yi)個與(yu)動觸(chu)頭(tou)壹(yi)起(qi)運動的(de)附加件(jian)，當(dang)動觸(chu)頭(tou)做分、合操(cao)作(zuo)時，該附(fu)加件(jian)隨連桿做直線(xian)運動(dong)，通過光(guang)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)，將連續變化(hua)的(de)位移量變成(cheng)壹(yi)系列(lie)電(dian)脈(mai)沖信號。記錄該脈(mai)沖的(de)個數，就(jiu)可以(yi)實現動觸頭(tou)全(quan)行(xing)程(cheng)參數的(de)測量；同(tong)時，記錄每壹(yi)個電(dian)脈(mai)沖產生(sheng)的(de)時刻值(zhi)，將位移同(tong)時間相(xiang)除(chu)，就(jiu)可計算(suan)出(chu)動觸(chu)頭(tou)運動(dong)過程(cheng)中(zhong)的(de)大速度和(he)平均速度。目(mu)前測量高(gao)壓開關(guan)的(de)行程–時間特(te)性(xing)，多采用光(guang)電(dian)式(shi)位(wei)移傳感器(qi)與(yu)相應的(de)測量電(dian)路(lu)配合進(jin)行(xing)，常(chang)用的(de)有(you)增(zeng)量式(shi)旋轉(zhuan)光(guang)電(dian)編碼(ma)器(qi)或直線(xian)光(guang)電(dian)編碼(ma)器(qi)。目(mu)前市場上(shang)根據這種(zhong)方(fang)法研(yan)制的(de)產品眾(zhong)多(duo)，可將測試(shi)結(jie)果(guo)直接打(da)印，部分測試(shi)儀(yi)具備RS232/485接口(kou)，可將測試(shi)結(jie)果(guo)上傳。
1.3振動信(xin)號的(de)檢測
 高壓開關(guan)機(ji)是壹(yi)種(zhong)瞬(shun)動式機(ji)械(xie)，在(zai)其分合過(guo)程(cheng)中(zhong)，有(you)壹(yi)系列(lie)運動構(gou)件(jian)的(de)起動、制動(dong)、撞擊(ji)的(de)出現，這些(xie)運動(dong)形(xing)態的(de)改變都在(zai)其構(gou)架上引(yin)起多(duo)個沖擊(ji)振動，每個振動對(dui)應著(zhe)開關(guan)分、合過(guo)程(cheng)中(zhong)特(te)定的(de)動作事件(jian)。這些(xie)沖擊(ji)振動的(de)波形(xing)呈(cheng)上(shang)升和(he)衰(shuai)減過(guo)程，其峰(feng)值(zhi)點在(zai)時間上(shang)具有(you)很(hen)好(hao)的(de)辨認性(xing)。但是，從(cong)振動發(fa)生(sheng)到振動傳(chuan)感器測量到的(de)峰(feng)值(zhi)時間之(zhi)間，總會由(you)於(yu)振動波(bo)的(de)傳播帶(dai)來(lai)壹(yi)定的(de)誤(wu)差，因此(ci)峰(feng)值(zhi)時間較(jiao)振動發(fa)生(sheng)時間有(you)壹(yi)定的(de)時間延(yan)遲。不過，檢測系統(tong)只是根據振動信(xin)號來求取各(ge)個振動事件(jian)之(zhi)間的(de)時間差，並不壹(yi)定需(xu)要(yao)知(zhi)道其發生(sheng)的(de)準確(que)時刻。所(suo)以(yi)只要(yao)每個事件(jian)均進(jin)行(xing)了相似的(de)簡化(hua)，時間差的(de)計算(suan)誤(wu)差不受影(ying)響(xiang)，可以(yi)利用振動信(xin)號的(de)峰(feng)值(zhi)時間作(zuo)為各(ge)個振動事件(jian)的(de)發生(sheng)時刻，並將它們(men)相減後(hou)得到動觸頭(tou)運動(dong)過程(cheng)中(zhong)各(ge)個振動事件(jian)之(zhi)間的(de)時間差。此外(wai)，對於(yu)某壹(yi)臺特(te)定的(de)開關(guan)而(er)言，在(zai)健(jian)康(kang)狀態下(xia)它的(de)分、合操(cao)作(zuo)的(de)振動信(xin)號具有(you)較強(qiang)的(de)相似性(xing)。對於(yu)實時測量得到的(de)振動信(xin)號，可在(zai)離(li)線(xian)實驗(yan)數據(振動信(xin)號波形(xing)和(he)機(ji)械(xie)特(te)性(xing)曲線(xian))的(de)基礎上(shang)，並結(jie)合(he)考(kao)慮(lv)該(gai)次動(dong)作(zuo)的(de)機(ji)械(xie)特(te)性(xing)曲線(xian)來粗(cu)略確(que)定各(ge)個振動事件(jian)發(fa)生(sheng)的(de)先後(hou)次序(xu)和(he)時間區段(duan)，然(ran)後將各(ge)個區段(duan)的(de)峰(feng)值(zhi)時間作(zuo)為該振動事件(jian)的(de)發生(sheng)時刻。各(ge)時間相(xiang)差後得到各(ge)事件(jian)之(zhi)間的(de)相對時間，以(yi)接到分、合電(dian)脈(mai)沖時間為基準計算(suan)各(ge)事件(jian)的(de)發生(sheng)時間，就(jiu)能(neng)找到動靜觸(chu)頭(tou)間的(de)合、分時刻。將動觸(chu)頭(tou)的(de)行程信(xin)號(hao)同(tong)該(gai)合、分時刻結(jie)合(he)，並根據相應的(de)定義，就(jiu)可以(yi)計算(suan)出(chu)剛分(合)速(su)度、行(xing)程、超(chao)行程(cheng)；將三(san)相(xiang)的(de)分合時刻相(xiang)差就(jiu)可獲(huo)得該次動(dong)作(zuo)的(de)不同(tong)期(qi)參數。 傳(chuan)動(dong)機(ji)構(gou)系統(tong)的(de)檢測和(he)診斷對(dui)保(bao)證高(gao)壓開關(guan)安全(quan)運(yun)行(xing)有(you)重要(yao)的(de)意義。而基(ji)於(yu)振動信(xin)號的(de)開關(guan)機(ji)械(xie)狀態診(zhen)斷方(fang)法作(zuo)為壹(yi)種(zhong)間接(jie)的(de)、不拆卸(xie)的(de)診斷方(fang)法、目(mu)前已(yi)經(jing)成(cheng)為國內(nei)外的(de)研究(jiu)熱(re)點。
 對(dui)於(yu)高(gao)壓開關(guan)機(ji)，在(zai)分合閘操作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)，內(nei)部主(zhu)要(yao)機(ji)構(gou)不見得運動、撞擊(ji)和(he)摩(mo)擦都(dou)會引(yin)起表面的(de)振動，振動是內(nei)部多種(zhong)現(xian)象激(ji)勵(li)的(de)響(xiang)應，這些(xie)激勵(li)包(bao)括(kuo)機(ji)械(xie)操(cao)作(zuo)、電(dian)動(dong)力(li)或靜電(dian)力(li)作(zuo)用、局部放(fang)電(dian)以(yi)及(ji)SF6氣體中(zhong)的(de)微粒(li)運動(dong)等(deng)。振動信(xin)號中(zhong)包(bao)含(han)豐富的(de)機(ji)械(xie)狀態信(xin)息，甚(shen)至機(ji)械(xie)系統(tong)結(jie)構(gou)上(shang)某些(xie)細(xi)微變(bian)化(hua)也可以(yi)從(cong)振動信(xin)號上發現(xian)出(chu)來(lai)。因此(ci)，以(yi)外部(bu)振動信(xin)號為特(te)征(zheng)信(xin)號，可(ke)以(yi)對(dui)高(gao)壓開關(guan)的(de)這些(xie)狀態進(jin)行(xing)檢測。具體做法是在(zai)開關(guan)適當(dang)部(bu)位，如(ru)具有(you)較大(da)的(de)振動強(qiang)度，較(jiao)高信(xin)噪(zao)比(bi)的(de)部分，安裝(zhuang)振動傳(chuan)感器，當開關(guan)進(jin)行(xing)分合閘操作(zuo)時。采集振動信(xin)號經(jing)處(chu)理(li)後(hou)作(zuo)為診斷的(de)根據。
 檢測振動信(xin)號的(de)突(tu)出(chu)優(you)點是振動信(xin)號的(de)采集不涉(she)及電(dian)氣測量，振動信(xin)號受電(dian)磁(ci)幹擾(rao)小，傳(chuan)感器(qi)安裝(zhuang)於(yu)外(wai)部(bu)，對(dui)開關(guan)無(wu)任何影響(xiang)。同(tong)時，振動傳(chuan)感器尺(chi)寸(cun)小(xiao)，工作(zuo)可靠，價(jia)格(ge)低(di)廉(lian)，靈(ling)敏度高(gao)，抗幹擾(rao)好，特(te)別(bie)適用於(yu)動(dong)作(zuo)頻(pin)繁的(de)高壓開關(guan)的(de)在(zai)線(xian)檢測及不拆卸(xie)檢修。振動檢測的(de)難點在(zai)於(yu)信(xin)號(hao)的(de)壹(yi)致性(xing)較差及如(ru)何提(ti)取特(te)征(zheng)量(liang)。目(mu)前主(zhu)要(yao)的(de)分析(xi)方法有(you)以下(xia)幾種(zhong)：

①振動信(xin)號出現的(de)時間及(ji)幅(fu)值(zhi)；

②時域、頻(pin)域(yu)復合分析(xi)；

③“狀態圖”，均值(zhi)、方(fang)差、過零(ling)次數(shu)，翻(fan)轉(zhuan)次數(shu)等(deng)；

④動態時間規(gui)整(zheng)法；

⑤偏(pian)差測試(shi)法；

⑥指(zhi)數衰(shuai)減振蕩子波分解(jie)法；

⑦人(ren)工神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)法。

目(mu)前開關(guan)振動的(de)測量研(yan)究(jiu)是熱(re)點，但(dan)還沒有(you)較成(cheng)熟的(de)產品問世(shi)。
2.高壓開關(guan)機(ji)械(xie)故(gu)障(zhang)檢測存在(zai)的(de)主(zhu)要(yao)問題(ti)
 目(mu)前高(gao)壓開關(guan)機(ji)械(xie)故(gu)障(zhang)的(de)檢測方法基(ji)本上成(cheng)熟，機(ji)械(xie)特(te)性(xing)測試(shi)儀(yi)產品眾(zhong)多(duo)，大部分具有(you)分、合閘線(xian)圈(quan)電(dian)流(liu)及(ji)行(xing)程(cheng)測試(shi)的(de)功能(neng)。其有(you)效性(xing)已被(bei)開關(guan)生(sheng)產廠商和(he)供電(dian)部(bu)門所(suo)認可(ke)。存(cun)在(zai)的(de)主(zhu)要(yao)問題(ti)在(zai)於(yu)缺(que)乏(fa)有(you)效的(de)數據管理(li)及(ji)分析(xi)診斷平(ping)臺。大部(bu)分的(de)測試(shi)儀(yi)都(dou)可(ke)將測試(shi)結(jie)果(guo)打印出來(lai)，但(dan)無(wu)法存(cun)儲；對於(yu)故(gu)障(zhang)的(de)判(pan)斷，大(da)多采用閾值(zhi)的(de)方法，對(dui)某個斷路(lu)器的(de)多次測試(shi)結(jie)果(guo)無(wu)法通(tong)過數學(xue)統(tong)計分析(xi)等(deng)手段(duan)進(jin)行(xing)有(you)效的(de)“縱比”，更(geng)無(wu)法對(dui)各(ge)地(di)同(tong)壹(yi)型號(hao)斷路(lu)器的(de)測試(shi)結(jie)果(guo)進(jin)行(xing)“橫比”，不利於(yu)故(gu)障(zhang)的(de)診斷。因而(er)，設(she)計和(he)開發高(gao)壓開關(guan)機(ji)械(xie)故(gu)障(zhang)分析(xi)和(he)診斷平(ping)臺十分必要(yao)的(de)。