電流分析法的GIS隔離開關動作狀態監測裝置

黃新曉

摘 ?要：GIS設備中的隔離開關是封閉在絕緣筒內的，不能直接觀測到動靜觸頭的分合到位情況。當發生傳動軸套破裂、連桿斷軸等故障時，機構很可能會出現分合不到位。如果現場發現不及時，進一步將造成“帶負荷拉刀閘”、“帶地刀送電”等事故事件，嚴重危害電網和人身安全。本文提出一種基于電流分析法的GIS隔離開關動作狀態監測裝置，通過對電機電流進行采集分析，判定分合過程是否完整到位，為GIS隔離開關的動作到位情況提供了一種重要監測手段。

關鍵詞：GIS、隔離開關;分合不到位;電機電流;監測裝置

引言

GIS設備由于其結構特點的限制，動靜觸頭的分合到位情況無法從外觀察，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刀閘的動作到位情況。當出現傳動軸套破裂、連桿斷軸等故障時，可能導致刀閘機構分合不到位，而上述間接判定刀閘動作狀態的方法無法對此類故障進行有效反應和預警。

本文提出了一種基于電流分析法的GIS隔離開關動作狀態監測裝置。通過對GIS高壓隔離開關分合閘過程中的驅動電機電流進行采集，并將采集的數據反饋至預先設定好的模塊進行數理分析，根據分析結果判定隔離開關是否存在卡阻以及分合過程是否完整到位等，為GIS隔離開關的動作狀態情況提供了一種重要監測手段。

一.動作狀態監測裝置技術方案

1.1基于電流分析法的技術原理

隔離開關分合的轉動是靠電機轉軸的輸出驅動，而電機的轉軸輸出力矩與電機電流的平方是成線性關系的，因此可以通過電機電流的時間波形來判斷隔離開關分合動作狀態。

本裝置通過電機電流的時間變化趨勢作為 GIS 隔離開關動作狀態判斷依據，從而實現GIS隔離開關動作機械狀態在線監測及狀態判定。具體技術設計是采用分體結構設計，通過固定安裝在操作箱內的霍爾電流傳感器及監測裝置，負責對GIS隔離刀閘動作時的電機工作電流進行實時監測，并通過藍牙無線接口將數據發送致現場分析儀進行分析處理，根據建立好的分析模型對其狀態進行判定。

1.2 各組成部分：

主要由霍爾電流傳感器、監測裝置、現場分析儀三部分組成。

如圖一所示，霍爾傳感器通過屏蔽電纜，采用航空接頭與監測裝置連接，監測裝置通過無線藍牙模塊配對后自動與在線測試儀連接。同時監測裝置有網絡通訊接口，方便與后臺監測系統進行擴展連接。

1.3 各模塊功能原理：

（1）霍爾傳感器：采用開合式結構、可在不斷開被測回路的情況下將傳感器安裝在電機電流回路線上，方便施工，體積小，重量輕，采用單電源供電，輸出為2.5±0.625V，最大量程10A。

（2）監測裝置：由前端信號調電路對霍爾傳感器輸出信號進行放大、濾波處理后，送至模數轉換電路，經單片機測控單元采樣后并進行存儲。存儲器由SRAM存儲器及大容量FLASH存儲器組成，SRAM存儲器用進暫存高速AD轉換數據，轉換完成后將SRAM數據備份至大容量FLASH存儲器中。開關量輸入電路用于記錄電機通電開始時刻及停止時刻、GIS隔離開關操作電機的電源回路接通接觸器具有多路輔助繼電器接點，一般具有從分位至合位過程輔助接點，從合分到分位過程輔助接點，分閘狀態輔助接點、合閘狀態輔助接點四個輔助接點，分別通過光耦隔離電路隔離后，送至單片機IO輸入口。網絡接口模塊用于與后臺監測系統進行通訊連接，為可擴展功能。

（3）現場分析儀：數據分析診斷儀硬件由嵌入式工控機、主頻1Ghz以上，10寸全觸彩色人機交互模塊、微型打印機、模具化ABS防護箱外殼、100G以上存儲空間，內置可充電鋰電池組，無需要外部工作電源，內嵌軟件故障診斷分析專家系統組成。實現與在線監測器進行通訊連接、建立初始正常工作狀態信號波形數據庫，建立故障診斷判據，通過讀取當次分、合閘波形進行對比分析處理及故障診斷。一臺現場分析儀可對應多個監測裝置。

二、現場應用方案

一個變電站具有多個GIS隔離開關，每個隔離開關可以對應安裝一個霍爾傳感器和監測裝置，而一個現場分析儀可以對應多個在線監測裝置，如圖七所示。當隔離開關需要操作分合時，在線監測裝置實時記錄并存儲當前動作的電流時間數據。現場分析儀則通過匹配好的藍牙列表中選擇當前監測裝置并與之進行無線通訊、讀取正常電流時間數據及當前動作電流時間數據，現場分析儀對讀取到的數據提取關鍵特征參量，通過建立好的故障模型進行對比分析，依據判據模型進行自動判斷并給出判定結果，同時將兩次波形曲線按不同顏色通過液晶屏顯示出來，供人工分析診斷。

三、關鍵技術與創新點

1）基于電機電流時域波形分析法，建立故障特征數字模型，針對特征異同進行對比分析，從而得出刀閘動作情況。采用這種方法，完全不會受到傳動軸套破裂、斷軸等故障的影響，彌補了現有判定手段的不足，為GIS隔離開關分合動作是否到位提供準確的判定。

2）分體式結構：由固定安裝于機柜內的在線監測器和可移動便攜數據分析診斷儀組成。兩者通過無線（藍牙）通訊連接時行數據交互，采用并聯無損安裝，對原裝置系統無任何影響，保證技術應用安全性;采用一對多的工作模式，降低裝置成本，為該項技術推廣應用得以保證，實現經濟效益。

3）在線監測器：采用通用35mm導軌式安裝在GIS操作箱內，支持有線、無線通訊接口擴展，支持擴展后臺服務器連接，實現高速模擬量采樣存儲及開關量輸入。

4）數據分析診斷儀：全觸屏便于現場操作，用于與在線監測器進行通訊連接、讀取數據，建立數據模型、現場數據分析處理及診斷。

四、結束語

針對GIS隔離開關分閘到位難判斷問題，本文提出了一種基于電流分析法的GIS隔離開關動作狀態監測裝置。通過對GIS高壓隔離開關分合閘過程中的驅動電機電流進行采集，并將采集的數據反饋至預先設定好的分析模塊進行數理分析，根據分析結果判定隔離開關刀閘是否存在卡阻以及隔離開關的分合過程是否完整到位等，為GIS隔離開關的動作狀態情況提供了一種重要監測手段，同時可以讓工作人員及早發現刀閘機構的隱患點，防患于未然。

參考文獻

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