GIS設備中隔離開關負載特性測試研究

姜楠

摘要：時代的進步，科技的發展推動我國整體經濟建設快速發展的同時使我國進入現代化發展階段。GIS設備具有體積小、故障率低、運行安全可靠等優點，近年來得到了廣泛的應用，但其在安裝、運輸等階段總會造成一些絕緣隱患，對電網運行造成潛在威脅。

關鍵詞：GIS設備;隔離開關負載特性測試

引言

我國經濟建設自改革開放發展至今已經取得了非常不錯的成就和成果。針對目前行業上沒有GIS設備中隔離開關負載特性在運行現場的測試方法和測試裝置的現狀，研制了一種用于現場測試的裝置并進行了實物測試驗證。

1負載特性測試原理

負載特性測試就是通過各種傳感器來測試被測試對象運動特性的變化，從而來判斷其性能的優劣。本項目GIS設備中隔離開關布置十分緊湊，運行中的隔離開關均處于封閉狀態，其本體傳動件無一外露。在現場通過測試轉軸、拐臂等傳動件扭矩來反映負載特性十分困難，而其操作機構卻暴露在殼體外部，機構通過傳動軸驅動本體運動，本體運動特性的變化將直接傳導到機構使某些參數發生改變。因此，機構中的電機電流、手動操作力矩、主軸速度作為測試目標量是首選研究對象。

2故障氣室內部檢查

1.接地開關靜觸頭屏蔽罩開口周邊有不同程度燒損;上下兩側燒蝕較其他部位嚴重，下側燒蝕最為嚴重，最大部位燒蝕長度約8mm;外側彈簧觸頭已完全燒蝕，觸頭座安裝槽局部有燒蝕痕跡;其他部位未見異常。2.三工位隔離開關內部零部件表面附著大量灰白色放電產物，殼體下部法蘭邊緣局部有噴濺痕跡，油漆受熱發黑，未損傷殼體基材;動觸頭屏蔽罩（接地開關側）有明顯燒蝕情況;盆式絕緣子及絕緣拉桿局部有噴濺痕跡。清理殼體噴濺灼燒位置，發現灼燒位置清理后表面光潔，無放電擊穿點，表面油漆未受損傷，僅存在細小灼燒點顏色變深斑點。

3GIS高壓隔離開關操作機構在線監測的技術難點

GIS高壓隔離開關主要作用是將高壓設備與高壓電網進行隔離，因此它并不具備滅弧能力，也就不能直接投切負荷電流和開斷短路電流。通常，GIS高壓隔離開關通過驅動電機帶動操作機構，實現隔離開關動靜觸頭的分（合）閘動作，實現對帶觸點隔離開關設備主電路的開斷與關合。其中，隔離開關操作機構由連桿機構、驅動電機等部件組成，高壓隔離開關的動靜觸頭通過操作機構的驅動電機驅動連桿動作來可靠地完成分合閘操作，操作機構動作的特點是：在執行動作時，機械機構瞬變，機構動作會伴隨著沖擊、振動;在閉合通電時，隔離開關又長時間不動作，一旦有故障發生，又會要求隔離開關動作穩定可靠。根據高壓隔離開關機構動作的特點，高壓隔離開關操動機構與傳動機構的可靠運行尤為重要，對電力系統的安全運行起著關鍵作用。GIS隔離開關操作結構在多次動作后，一些操作機構中連桿機構零部件的強度和剛度會變差，容易產生變形，從而導致隔離開關卡死，使之難以斷開，造成故障。同時，由于GIS高壓隔離開關驅動電機帶動操作機構完成的每一次分合閘投切動作，都會對隔離開關操作機構機械部件造成損傷，且存在損傷累加效應，因此對隔離開關機械特性進行在線監測是智能電網發展的必然趨勢，也符合國家電網建設泛在電力物聯網的需。目前，GIS高壓隔離開關操作機構機械特性在線監測的技術難點在于：由于GIS設備中的隔離開關是封閉在絕緣筒內的，不能直接觀測到隔離開關動靜觸頭的分合到位情況，只能通過機構箱上的位置指針、匯控柜內的分合閘燈和后臺位置來間接判定隔離開關的動作狀態。現階段對于此類缺陷的反措手段多是對GIS連桿進行劃線，但存在以下幾點不足：部分廠家的機構連桿在機構箱內部，無法劃線;劃線方式不僅工作量大，而且大量倒閘操作還存在安全隱患;標識線的觀測手段嚴重不足，GIS結構緊湊，觀測存在盲區，夜間難以觀測;傳動軸和動觸頭連接若脫扣，劃線標識無法起到作用。

4測試裝置軟件方案

系統軟件采用高級語言C++，其HMI主要實現初始化設置、數據處理，數據可視化（繪圖）、故障診斷、數據存儲等功能。與傳統的檢測儀相比，裝置實現了傳統儀器的硬件與計算機的結合，并擴展傳統儀器的功能，完成數據采集、智能診斷和顯示。數據處理，數據本身是通過傳感器采集，將模擬量轉化為數字信號，再傳入到上位機系統中。傳感器本身不可避免的受到噪聲的干擾，再加上數字信號轉換過程中引入的噪聲，使得HMI接受到的數據會出現異常點，偏離了正常數值。為了準確地剔除噪聲，還原真實數據，使用高斯濾波（Gaussfilter）算法對數據進行處理。引入此算法后，得到信噪比SNR較高的信號，數據的重復性和穩定性都得到很大的提高。數據可視化，大量的數據采用了圖形的方式進行呈現，給出了數據隨轉角變化關系曲線。這樣可以在測試時實時進行數據觀測。進行數據分析時，將數據繪制成不同顏色的曲線，直觀顯示數據的變化趨勢和區別。故障診斷，軟件運用指紋識別原理提供了對測量數據進行比對的功能。針對曲線上每個細節的特征點進行比對判斷，任何異常的蛛絲馬跡將會被發現。如果異常點數值超過設定閾值系統發出故障報警，并提示異常區段及異常零部件，為實現狀態檢修、智能檢修提供科學依據。

5模型結構參數與物性參數

對圓筒形單相分箱式結構的GIS隔離開關進行建模仿真，其中各部分結構的材料和參數如下：觸指、動觸頭：GIS隔離開關的觸指和動觸頭采用的材料是由20%的銅和80%的鎢構成的合金鎢銅，其硬度和導電性都比較好。模型中設置了12片觸指，與實驗平臺觸頭結構相同。靜觸頭和導體：采用的材料是純銅，靜觸頭外殼的直徑為9cm;導體的直徑為6cm。氣室盆式絕緣子：采用的材料是固化的環氧樹脂。盆式絕緣子的主要作用是隔熱以及隔離各個氣室。其厚度為3.5cm。外殼：采用的材料是鋼，外殼的厚度設置為0.5cm。氣體：采用的材料是空氣，并且將空氣壓力設置為一個標準大氣壓。

6現場應用

在應用測試中還有意外收獲，220kV蘭房變有10多臺同型號、同規格的252kV隔離開關，正常情況下負載特性曲線基本一致。但其中有一臺合閘測試結束后裝置出現報警狀態，將報警曲線與正常曲線調入同一坐標系進行指紋比對，發現電機在動、靜觸頭剛接觸階段電機電流開始增大，最大電流達到3.1A（正常情況下最大工作電流在2A左右），電機啟動電流及在觸頭接觸之前的工作電流與正常電機電流基本一致。分析認為，該臺隔離開關電動機構及本體傳動裝置沒有問題，而是由于動、靜觸頭嚴重不對中，導致摩擦力增大、電機電流增大。經查該電機的額定電流為3.3A，因最大電流3.1A小于額定電流，過流保護不動作，主回路電阻也沒有明顯變化。因此這種隱形異常目前檢測手段不會被發現。如果得不到及時處理，這種異常狀態，觸頭將會異常發熱，甚至燒毀，造成重大事故。后續檢修人員處理后曲線恢復正常。

結語

探討了GIS設備中隔離開關負載特性的幾種測試原理和測試方法并介紹了測試裝置硬軟件設計方案。只是初步探索，還需繼續驗證與完善。待其投入運行若干時間后在現場對其狀態再次檢測，分析其負載特性的變化趨勢來預測是否有缺陷存在，從而為狀態檢修提供科學依據。

參考文獻

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