隔離開關電動操作機構動作特性分析裝置的研究與設計

張躍峰,宋慶林,王 立,李 超,何光龍

（云南電網有限責任公司昆明供電局,云南 昆明 650011）

電力系統中隔離開關的應用非常廣泛,在運行過程中,隔離開關長期受到污穢、雨水、溫度等因素的影響,常常出現分、合閘不到位和轉動部位卡澀等機械故障,不僅檢修、維護工作量大,更直接影響電網安全穩定運行。

針對隔離開關分、合閘不到位和卡澀等機械故障的檢修,目前還沒有準確定性的方法,檢修人員只能憑工作經驗作業,大概判斷、全部處理、缺乏重點,工作量大、成本高、效率低、速度慢,限于技能水平的高低,檢修質量也參差不齊。因此,如何測量隔離開關的狀態量、及時發現隔離開關存在的問題,從而控制隔離開關故障量是非常重要的。

1 隔離開關狀態監測現狀

目前,高壓隔離開關狀態監測手段主要包括紅外測溫、絕緣子超聲波探傷,用于帶電時檢測導電回路發熱和支柱絕緣子裂紋；停電時,用回路電阻測試儀檢測導電回路的導電性能,而對于機械狀態缺乏有效的監測手段。

由于安裝調試不當或污穢、潮濕、銹蝕等問題引起的機構卡澀,可能導致隔離開關分、合閘不到位、操作力矩增大、機械傳動部件強度下降,并進一步造成導電回路過熱、絕緣子斷裂、傳動機構損壞變形等嚴重事故。表1對昆明供電局2016-2018年隔離開關缺陷進行了統計,其中機械故障占比將近一半,已成為隔離開關檢修維護、缺陷處理中最主要的問題。

表1 昆明供電局2016-2018年隔離開關缺陷統計

2 隔離開關電動操作機構動作特性分析裝置

2.1 設計思路

為了準確掌握隔離開關的機械狀態,本文研究設計了一種隔離開關電動操作機構動作特性分析裝置,通過測量隔離開關分、合閘過程中的角度值、動作電壓值、電流值3個狀態量,將其輸入到主機中,如圖1所示,最后輸出隔離開關分、合閘的實時狀態量,如旋轉角度、電壓電流信號波形,并圖像化顯示。此外,對每次動作的電壓電流信號波形進行記錄,再進行橫向、縱向對比分析,判斷有無故障問題,并結合角度信息確定出故障位置,實現可視化測試、分析數據。

圖1 隔離開關電動操作機構動作特性分析裝置原理圖

2.2 具體實施方式

隔離開關電動操作機構動作特性分析裝置包括：測量采集變換模塊101；A/D轉換模塊102；電壓比較頻率測量模塊103；DSP數字信號處理器104；鋰離子電池管理專用芯片105；顯示模塊106；高精度電源模塊107；鋰電池108,箭頭方向為電源分配方向,如圖2、表2所示。

圖2 隔離開關電動操作機構動作特性分析裝置的結構示意圖

表2 隔離開關電動操作機構動作特性分析裝置各模塊功能

測量采集變換模塊101包括交直流電壓傳感器、交直流電流傳感器和角度傳感器。電壓傳感器為無源,適用范圍為交直流400V；電流傳感器為無源,適用范圍為交直流6A；角度傳感器的檢測范圍大約為0°～270°,且檢測精度為0.1°。

DSP數字信號處理器104進行計算時,計算的內容包括相位、頻率、幅值和諧波。DSP數字信號處理器104內還存儲有故障的判斷方法、內容及解決方法,當與歷史數據進行比較分析時,會根據存儲故障的判斷方法進行判斷,并給出判斷結果及相應的解決辦法。

所述的對鋰電池108的充放電進行管理具體包括完成對鋰電池108的充放電,并對鋰電池108的電量進行統計,同時,還檢測鋰電池108的溫度、充電電壓。

經實踐校驗,電流電壓波形能反映出隔離開關分、合閘過程中的機械狀態,隔離開關電動操作機構動作特性分析裝置可以應用。

3 結束語

本文通過分析隔離開關產生機械故障的原因,研究了一種隔離開關電動操作機構動作特性分析裝置。通過本裝置能為檢修人員提供隔離開關的機械狀態和動作參數,判斷有無故障問題,并結合角度信息確定出故障位置,實現可視化測試、分析數據,為檢修人員開展隔離開關缺陷處理提供幫助,提高了工作效率,減少了停電時間,進一步加強了電網運行的可靠性。