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高压开关（guān）故障检测的原理及方法

返回打印来源：仪天成电力时间：2017/12/09 阅读：次

        电力系统对供电（diàn）的可靠性和经济性提出了越来越高（gāo）的要求，高压输（shū）变（biàn）电设备的安全运行已成为影响电力系统安全、稳定、经（jīng）济运行的重要因素。高压开关在电（diàn）网中起着控制和保护的作（zuò）用，当（dāng）发生故障或事故时会引起电网（wǎng）事故或扩大事故。国际大电网会议(CIGRE)对高压开关及其操作机（jī）构的（de）可靠性进行过两次世（shì）界范围的（de）调查，结果表明（míng），大多数开关故障(主要故障的（de）70%和次要故障的86%)属于机械性质（zhì），主要涉及操作机构、监（jiān）视装置和辅助装置。目（mù）前国内高压开关的问题也主要体现在机械故障上，如：绝缘（yuán）拉杆脱落、断裂、击穿，水平拉杆断销等。因此，高压开关机械故障的检测具有十分重要的意义（yì）。
1 高压（yā）开关（guān）机械故障检测基本方法及原理
1.1 分、合闸线圈电流的检测
       高（gāo）压开关一般都是以电（diàn）磁铁（tiě）作为操作的一（yī）级控制元件，并且大多数开关皆以直流作为控制电源。在（zài）每次分、合过程中，直（zhí）流电磁线圈的电流随时间变化，此（cǐ）变化波形中蕴藏（cáng）着极为重要（yào）的信息。线圈电流波形可（kě）以反（fǎn）映的状态有铁心（xīn）行程、铁心（xīn）卡滞、线圈状态(如是否有（yǒu）短路匝)、与铁心顶杆连接的（de）铁闩和阀门的状态、合、分线圈的（de）辅助接点状况与转换时（shí）间。通过对分（fèn）合操作线圈（quān）动作电流的检（jiǎn）测，运行人员可以大致了解（jiě）开关二次控制回路的工作（zuò）情况及铁心的运（yùn）动有无卡滞等，为检修提供一个辅助判据。分合闸线圈的电流是（shì）开关状态检测的一个重要内容。通过霍尔传感器可以很方便的采集分合闸线圈的电流。通过实测的波形与典（diǎn）型波形进（jìn）行比较即可判断开关的铁（tiě）心有无卡滞等问题。
1.2 高压开关动触头行程的检测
       高压开关的行程–时间特性是（shì）表（biǎo）征高（gāo）压开关机械特性的重要参数，也是计算高压开关分、合闸（zhá）速度的依据。高压开关分合闸速（sù）度，尤其是开关合闸前、分闸后的动触头速度，对开关的（de）开断性能有至关重要（yào）的影响。因此（cǐ），高压开关的行程–时间特（tè）性检测，是高压开关检测的重要内容。由于开关动触头作直线运动，可以安（ān）装一个（gè）与动（dòng）触头一起（qǐ）运动的附加件，当动触头做（zuò）分、合操作时，该附加件随连杆做直线运动，通过光电传感器，将连续变化的位移量变成一系列电脉冲信号。记录该脉冲的个数，就可以实现动触（chù）头全行程参数的测量；同时，记录每一个（gè）电脉冲（chōng）产生（shēng）的时刻值（zhí），将位移同时间相除，就可计算出动触头运动（dòng）过程中的大速度和平均速度。目前测量高压开（kāi）关的行程–时间（jiān）特性，多采用光电（diàn）式位移传感器与相应的（de）测量电路配合进行，常（cháng）用（yòng）的有（yǒu）增量式旋转光电编码器或直（zhí）线光电编码器。目前市场上根据这种方法研制的产品（pǐn）众（zhòng）多，可将测试（shì）结果（guǒ）直接（jiē）打印，部分测试仪具备RS232/485接口，可将测试结（jié）果上传。
1.3 振动信（xìn）号的检测
        高压（yā）开关是一种瞬动式机械，在（zài）其分（fèn）合过程中（zhōng），有一系列运动构件的起动、制动、撞击的出现，这（zhè）些运动形态的改变都在其构（gòu）架上引起多个冲击振动，每个振动对应着开（kāi）关分、合过程中特定的动作事（shì）件。这些冲击振动的波形呈上升和衰减（jiǎn）过程，其峰值（zhí）点（diǎn）在时间上具（jù）有很好（hǎo）的辨认性。但（dàn）是，从振动发生到振动传感器测量到的（de）峰值时间之间，总（zǒng）会由于振动波的传播带来一定的误差，因此峰值时间较振动发生时间（jiān）有一定的时间（jiān）延迟（chí）。不过，检测系统只是根据振动信号来求取各个振动事件之间的（de）时间差，并不一定需要知（zhī）道其（qí）发（fā）生的准确时刻。所以只要每个事件均进行（háng）了相（xiàng）似的简化，时间差的计算误差不受影响，可（kě）以利用振动信号（hào）的峰值时（shí）间作为各个振动事（shì）件的发生时刻，并将它们相减后得到动触头运动（dòng）过程中各个振动（dòng）事件之（zhī）间的时间差。此外，对于某一（yī）台特定的开关而言，在健康状态下它（tā）的分、合（hé）操作的振（zhèn）动信号具有较强的相（xiàng）似性。对于实时测量得到的振动信号，可在离线实验数据(振动（dòng）信（xìn）号波形和机械特性曲线)的基（jī）础上，并结合（hé）考虑该次（cì）动作的机械特性曲（qǔ）线来粗略确定各个振（zhèn）动事件发生（shēng）的先后次序和时间（jiān）区段，然后将各个区段的峰值（zhí）时间作为该振动事件的发生时刻。各时间相差后（hòu）得到（dào）各事（shì）件（jiàn）之（zhī）间的相对时间，以接到分、合电（diàn）脉冲时间为基（jī）准计算各事（shì）件的发生时间，就能找到（dào）动静（jìng）触头间的合、分时（shí）刻。将动触头的行程信（xìn）号同该合、分时刻结合，并根据相应的定义，就可（kě）以计算出刚分(合)速度、行程、超行程；将三相的分合（hé）时刻相差就可获（huò）得该次动作的不同期参数（shù）。传动机构（gòu）系统的检测和诊断对保证高压开关安全（quán）运行有重要的意义。而基于（yú）振动信号的开关机械状态诊断方法作为一种间接的、不拆卸（xiè）的诊断方法、目（mù）前（qián）已（yǐ）经成为国内外（wài）的研究热（rè）点。
        对（duì）于高压开关，在分合闸操作过程（chéng）中，内部主（zhǔ）要机构（gòu）不见得运动、撞击和摩擦都会引起表面的振动，振（zhèn）动是内部多种现（xiàn）象（xiàng）激（jī）励的响应，这些激励包括机械操作、电动力或静电力作用、局部放电以及（jí）SF6气体中（zhōng）的微粒运动等（děng）。振动信（xìn）号中（zhōng）包含丰富的机械状态信息（xī），甚至机械系统结构上（shàng）某些细微变化也可以从振动信（xìn）号上发现出来。因此，以（yǐ）外部振动信（xìn）号（hào）为特（tè）征信号，可以对高压开关的这些（xiē）状态进行检测。具体做法是在开关适当部（bù）位，如具有较大的振动强度，较高信噪比的部分，安装振动传感器，当开关进行分合（hé）闸操作时。采集振动信（xìn）号经处理后作为诊断（duàn）的根据（jù）。
       检（jiǎn）测振动信号的突出（chū）优点是振动信号的采集不涉及电气测量，振（zhèn）动信（xìn）号受电磁干扰小，传感器安装于外部（bù），对开关无任何影响。同时（shí），振动传感器尺寸小，工作可靠，价格低廉，灵敏度高，抗干扰好，特别适用于动作频繁（fán）的高压开关的在线检测及不拆（chāi）卸检（jiǎn）修。振动检测的难（nán）点（diǎn）在于信号的一致性较差及如何（hé）提（tí）取特征量。目前主要的（de）分析方法有以下几种：①振动信号出（chū）现的时间及幅值；②时域、频域复合（hé）分析；③“状（zhuàng）态图”，均值、方差、过零次数，翻转次数等；④动态时间规（guī）整法；⑤偏差测试法；⑥指数衰减振荡子波分解法；⑦人工神经（jīng）网络法。目前开关振动的测量研究是热（rè）点（diǎn），但还没有较成熟的产品问世。
2 高压开关机械故（gù）障（zhàng）检（jiǎn）测存在的主要问题
       目前高压开（kāi）关机械（xiè）故障的检测方（fāng）法（fǎ）基本上成熟，机械特性测试仪（yí）产品众多，大部分具有分、合闸线圈电流及行程测试的功能。其有效性已被开关（guān）生产厂商和供电部门所认可（kě）。存在的（de）主要（yào）问题在于缺乏有效的数（shù）据管理及分析诊断平台（tái）。大部分的测试仪都可将测试结果打印出来，但无法存储；对于故障的判断，大多采用阈（yù）值（zhí）的方法，对某个断路（lù）器的多次测试结果无法通过数学统（tǒng）计分析等手段进行有效的“纵比”，更无法（fǎ）对各地同一型号断路器的测试结果进行“横（héng）比”，不利于故障的诊断。因而，设计和开发高（gāo）压开关（guān）机械故障分析和诊断平台十分必（bì）要（yào）的。

       主题词：高压开关开关测试仪

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