高壓斷路器操動機構性能非接觸檢測技術的研究

閆站正，周 華

（河南省高壓電器研究所有限公司，河南 平頂山467000）

0 引 言

本文通過對高壓斷路器操動機構進行簡述，探究了目前非接觸檢測技術的研究進展，然后分別對高壓斷路器操動機構測試性能、研究內容以及關鍵檢測技術進行探究。

1 高壓斷路器

1.1 高壓斷路器操動機構概述

高壓斷路器不僅是電力系統中的控制設備，而且還是保護基礎電力系統的主力軍。在電力系系統運作的過程中，高壓斷路器能夠將電力系統的一部分設備和線路進行處理和分載，從根本上起到保駕護航的作用。圖1為高壓斷路器操動機構結構簡圖。

圖1 高壓斷路器操動機構結構簡圖

由圖1可以看出，壓斷路器操動機構結構較為簡單，主要是通過基座在底部進行支撐，然后上半部分連接了傳動機構以及傳動機構，本體被絕緣支柱包裹住，以保證使用安全，防止出現漏電事故。而開斷原件主要位于傳動機構上方，它決定了整個部件啟動或者禁止，而操動機構一般處于外側作為附屬啟動和操作，雖然與整個高壓斷路器主體出現分離但是整體操作功能以及靈敏度并沒有受到影響。

此外，當電力系統出現超載以及危險時，電力線路會出現嚴重的負荷，而高壓斷路器具有敏感的觸覺，能及時發現電網中存在故障的地方并且提示工作人員進行切斷和搶修，為電路電網安全提供保障。隨著我國的電網建設不斷進步，電路電網對于高壓斷路器操動機的設備要求也水漲船高。目前，我國220 V以上的高壓斷路器操動機的檢測技術需要進一步提升，研究人員需要利用合理科學的方法為監測操作機構的機械特征進行升級換代，實現非接觸檢測技術的提升和飛越。

1.2 高壓斷路器操動機構性能非接觸檢測技術研究進展

在我國電機行業以及國際電機領域中，高壓斷路器都是研究人員的香餑餑，電氣技術行業、計算機行業以及傳感器領域都對高壓斷路器領域進行滲透，而非接觸檢測技術也應運而生。國際領域的高壓斷路器不僅有著雄厚的硬件實力，而且具有先進的非接觸檢測技術。表1為各種操動機構類型以及適用條件，在不同使用環境中需要揚長避短，結合各自高壓斷路器操動機構的特點和應用條件對其進行合理選取和使用。

我國想要實現高壓斷路器操動機構性能的突破，需要積極向外國先進的電氣研究機構學習，同時升級檢測軟件，從硬實力和軟實力兩方面進行著手，雙管齊下，突破我國目前高壓斷路器操動機構性能的技術瓶頸［1］。

2 高壓斷路器操動機構性能研究

2.1 高壓斷路器操動機構測試方案

高壓斷路器操動機構性能的測試有許多方法。由于傳統的檢測方法普遍存在穩定性低、接觸不好以及操作過于繁瑣等一系列的問題，所以急切需要升級改造。本文提出了一種新型的測試方法，對高壓斷路器操動機構性能進行測試。以非接觸式的斷路器實現四位一體的識別系統，搭建一個穩定性高且操作性能好的斷路器，進行高壓斷路器操動機構性能的非接觸檢測。高壓斷路器的非接觸平臺主要由多個部分搭建而成，包括傳感器單元、提供非接觸信號的數據收集模塊、可同步數據的記憶卡以及多功能高速控制的計算機四大部分。高分辨率的攝像機可以快速收集斷路器的實時狀態以及運作情況，將機械信號轉換成圖像信號便于實時觀察，同時計算機可以迅速處理信號并且將信號轉化成可視化圖表或者曲線，增加檢測的效率。同時，高壓斷路器操動機非接觸平臺可以有效處理動作的每一個分支以及每一幀運動狀況，有效填補了以往傳統高壓斷路器操動機構的缺點。高壓斷路器的測試需要從高壓斷路器的分合閘時間、分合閘速度以及高壓斷路器操動機構電源的性能進行研究和測試。

表1 操動機構類型

2.2 高壓斷路器操動機構測試研究內容

高壓斷路器操動機構的測試內容主要有3個方面，分別是斷路器的固有時間、斷路器的測試速度以及斷路器電源的性能。斷路器的固有時間是指高壓斷路器接到分/合閘命令之起，到動靜觸頭剛分離/接觸的一段時間作為計算時程，在電路電網進行響應的同時，將發出斷口信號傳輸到計算機內，而非接觸檢測技術能捕捉不同斷口之間的動作。因為非接觸檢測技術屬于多維一體的信號處理，所以可快速將高壓斷路器的電信號、光信號和聲信號進行有效處理，通過計算機算法進行計算以及整合以后成為可視化圖像，方便工作人員綜合判斷高壓斷路器的狀態。為避免傳統高壓斷路器出現識別故障以及檢測失敗等老大難問題，將傳統的傳感器替換成高分辨率的清晰傳感器。第二個研究內容是對速度進行測試。速度是指在固定位移之前消耗的時間。計算機可以將位移與時間的位移進行計算并且呈現出曲線圖像便于觀察和研究，克服了以往安裝困難、耗時長等問題。最后需要對操作電源的整體性能進行測試，電池的續航能力間接代表了檢測的時長，電池壽命、電池容量以及導電能力都十分關鍵。在控制一個電源因素后，計算機實時記錄運行內容，并對電池質量進行研究測試。對新型的光電位移傳感器進行檢測不僅能提前測試斷路器的性能，還能有備無患，為日后的檢查提供保障。此外，非接觸檢測技術將收集到的信號進行計算，對高壓斷路器進行測試后，其運作參數更加準確，斷路器的接觸頭在接觸時的運動更加規律，提升了高壓斷路器操動機構的精準性和科學性。

3 高壓斷路器操動機構性能非接觸檢測技術

3.1 高壓斷路器操作機構性能非接觸檢測技術的引入

引入非接觸檢測技術不但能保持高壓斷路器操作機構的良好狀態，還能為其日后運作提供技術保障。引入非接觸檢測技術可以提升高壓斷路器操動機構的圖像處理水平。非接觸檢測技術促使了圖像處理技術的誕生和使用。圖像處理技術不僅能夠幫助計算機快速診斷電力系統中存在的故障和問題，而且能突破以往高壓斷路器操作機構的處理瓶頸。目前，大多數的研究都只是在斷路器的開關層面開展，極少涉及到非接觸檢測技術，尤其是圖像處理技術［2］。

圖像處理技術作為高壓斷路器操作機構的非接觸檢測辦法，有著快速且精準的優勢。目前，非接觸檢測技術中用到的圖像處理機器主要是CCD攝像機。CCD攝像機具有高速的攝像系統，在高壓斷路器的開閘以及合閘過程中，攝像機可以將傳動部件的每一個機械動作進行捕捉以及分解。計算機內的圖像計算算法可以進行大數據分析和高壓斷路器的運動捕捉，實時記錄傳動部件的運作軌跡，同時對于接觸頭轉動的角度、擺動幅度等運動參數都進行細致記錄，保證運動真實性和可靠性。

3.2 高壓斷路器操作機構性能非接觸檢測關鍵技術

高壓斷路器操動機構的非接觸檢測關鍵技術需要考慮電源單元、測量單元、中央處理單元以及輸出單元四個關鍵單元。研究檢測人員需要對電源單元的直流電源電壓進行調節，保證輸出電流值的額度。操作電源與斷路器可以合為一體，實現一致的參數輸出。測量單元中的關鍵技術不僅可以將斷路器行程回路以及開關量進行調整檢測，還能實現單次檢測和測量，一次性進行數據收集和處理。中央處理單元可以對測試人員的參數進行運算和診斷，協同指令并且對故障進行診斷。輸出單元可以將機械信號輸出，轉換成圖像或者曲線等可視化數據。

4 結 論

本文對高壓斷路器操動機構的非接觸檢測技術進行探究。非接觸檢測技術的應用能提升高壓斷路器的檢測性能，比傳統的檢測技術更加高效快捷，具有更高的價值。