高壓開關(guān)故障原因及檢測辦法
電力系統(tǒng)對供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性提出了越來越高的要求，高壓輸變電設(shè)備的安全運行已成為影響電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行的重要因素。高壓開關(guān)在電網(wǎng)中起著控制和保護(hù)的作用，當(dāng)發(fā)生故障或事故時會引起電網(wǎng)事故或擴(kuò)大事故。大電網(wǎng)會議（CIGRE）對高壓開關(guān)及其操作機(jī)構(gòu)的可靠性進(jìn)行過兩次世界范圍的調(diào)查，結(jié)果表明，大多數(shù)開關(guān)故障（主要故障的70%和次要故障的86%）屬于機(jī)械性質(zhì)，主要涉及操作機(jī)構(gòu)、監(jiān)視裝置和輔助裝置。目前國內(nèi)高壓開關(guān)的問題也主要體現(xiàn)在機(jī)械故障上，如：絕緣拉桿脫落、斷裂、擊穿，水平拉桿斷銷等。因此，高壓開關(guān)機(jī)械故障的檢測具有十分重要的意義。
1.內(nèi)部故障
1.1 熱功率異常。高壓開關(guān)設(shè)備局部過熱現(xiàn)象是高壓開關(guān)設(shè)備工作中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象，之所以發(fā)生上述現(xiàn)象，究其原因我們發(fā)現(xiàn)，高壓開關(guān)導(dǎo)流回路中電阻增加是主要原因。仔細(xì)分析導(dǎo)流回路結(jié)構(gòu)，汞、鉛等多種金屬與非金屬是導(dǎo)流回路的主要組成成分，設(shè)備工作時極易引發(fā)電阻增加，系統(tǒng)電流經(jīng)過導(dǎo)流回路后，回路會有熱量持續(xù)產(chǎn)生，這樣會造成開關(guān)設(shè)備大幅溫升，雖然單個的節(jié)點影響高壓開關(guān)設(shè)備運行較小，若導(dǎo)流回路中存在多個影響節(jié)點時，則會集聚增大導(dǎo)流回路中的熱量，以致高壓設(shè)備導(dǎo)流電路產(chǎn)生局部發(fā)熱，如果此時處理不及時，就會引發(fā)高壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)部有較高溫度。
1.2 絕緣結(jié)構(gòu)發(fā)熱。多種介質(zhì)相互配合共同組成了高壓開關(guān)設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)，當(dāng)開關(guān)設(shè)備實際熱功率發(fā)生異常時，會有一定的電流、電壓通過該異常區(qū)域，但基于設(shè)備有不同規(guī)格，這樣就會有不同的電壓施加于設(shè)備上，引發(fā)損耗絕緣結(jié)構(gòu)介質(zhì)，而絕緣結(jié)構(gòu)介質(zhì)消耗一旦增加，會造成熱功率增加，引發(fā)整個絕緣結(jié)構(gòu)發(fā)熱，也就是通常所說的高壓開關(guān)設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)發(fā)熱故障。
2.外部故障
我們把高壓開關(guān)設(shè)備在空氣中暴露的外露部分發(fā)生的故障稱為高壓開關(guān)設(shè)備外部故障。常見的外部故障有開關(guān)不良接觸、設(shè)備發(fā)生熱異常等，診斷這類故障相對比較簡單，通常借助肉眼、觸覺輔助一些簡單工具便可直接判斷。如可用溫度計對高壓開關(guān)設(shè)備的內(nèi)外溫差進(jìn)行測量，若溫差在10℃～25℃之間，可推斷設(shè)備處于正常運行狀態(tài)，若溫差在25℃～40℃之間，可推斷為設(shè)備內(nèi)部發(fā)生了故障，需進(jìn)行檢修，若內(nèi)外溫差比40℃還大，則應(yīng)及時停用設(shè)備，及時安排專業(yè)人員，把設(shè)備故障排查清楚，以免繼續(xù)運行損壞設(shè)備。
若在設(shè)備運行過程中發(fā)現(xiàn)開關(guān)有不良接觸或開關(guān)存在不靈活現(xiàn)象，對于此種情況，可考慮是由高壓開關(guān)設(shè)備質(zhì)量存在問題引發(fā)的，若檢查后發(fā)現(xiàn)高壓開關(guān)設(shè)備不存在質(zhì)量問題，斷路器部分與電源部分則應(yīng)是接下來重點排查的對象，應(yīng)逐個排查，直到把故障*解決，此外，在長期使用高壓開關(guān)設(shè)備的情況下，長期摩擦也可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)原件出現(xiàn)不靈活現(xiàn)象，如高壓開關(guān)設(shè)備部分彈簧與鎖扣發(fā)生不良接觸等。高壓開關(guān)設(shè)備，外部故障的處理不及時也會影響到高壓開關(guān)設(shè)備的正常運行，如開關(guān)設(shè)備彈簧、鎖扣的不良接觸，會影響到設(shè)備電磁原件缺乏靈敏的感性，引發(fā)電阻增加，當(dāng)電流通過原件時會有大量熱量產(chǎn)生，此時處理不及時，會導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部發(fā)生溫度異常，進(jìn)而損壞高壓開關(guān)設(shè)備。
1 高壓開關(guān)機(jī)械故障檢測基本方法及原理
1.1 分、合閘線圈電流的檢測
高壓開關(guān)一般都是以電磁鐵作為操作的*級控制元件，并且大多數(shù)開關(guān)皆以直流作為控制電源。在每次分、合過程中，直流電磁線圈的電流隨時間變化，此變化波形中蘊藏著極為重要的信息。線圈電流波形可以反映的狀態(tài)有鐵心行程、鐵心卡滯、線圈狀態(tài)（如是否有短路匝）、與鐵心頂桿連接的鐵閂和閥門的狀態(tài)、合、分線圈的輔助接點狀況與轉(zhuǎn)換時間。通過對分合操作線圈動作電流的檢測，運行人員可以大致了解開關(guān)二次控制回路的工作情況及鐵心的運動有無卡滯等，為檢修提供一個輔助判據(jù)。分合閘線圈的電流是開關(guān)狀態(tài)檢測的一個重要內(nèi)容。通過霍爾傳感器可以很方便的采集分合閘線圈的電流。通過實測的波形與典型波形進(jìn)行比較即可判斷開關(guān)的鐵心有無卡滯等問題。
1.2 高壓開關(guān)動觸頭行程的檢測
高壓開關(guān)的行程–時間特性是表征高壓開關(guān)機(jī)械特性的重要參數(shù)，也是計算高壓開關(guān)分、合閘速度的依據(jù)。高壓開關(guān)分合閘速度，尤其是開關(guān)合閘前、分閘后的動觸頭速度，對開關(guān)的開斷性能有至關(guān)重要的影響。因此，高壓開關(guān)的行程–時間特性檢測，是高壓開關(guān)檢測的重要內(nèi)容。由于開關(guān)動觸頭作直線運動，可以安裝一個與動觸頭一起運動的附加件，當(dāng)動觸頭做分、合操作時，該附加件隨連桿做直線運動，通過光電傳感器，將連續(xù)變化的位移量變成一系列電脈沖信號。記錄該脈沖的個數(shù)，就可以實現(xiàn)動觸頭全行程參數(shù)的測量；同時，記錄每一個電脈沖產(chǎn)生的時刻值，將位移同時間相除，就可計算出動觸頭運動過程中的大速度和平均速度。目前測量高壓開關(guān)的行程–時間特性，多采用光電式位移傳感器與相應(yīng)的測量電路配合進(jìn)行，常用的有增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器或直線光電編碼器。目前市場上根據(jù)這種方法研制的產(chǎn)品眾多，可將測試結(jié)果直接打印，部分測試儀具備RS232/485接口，可將測試結(jié)果上傳。
1.3 振動信號的檢測
高壓開關(guān)是一種瞬動式機(jī)械，在其分合過程中，有一系列運動構(gòu)件的起動、制動、撞擊的出現(xiàn)，這些運動形態(tài)的改變都在其構(gòu)架上引起多個沖擊振動，每個振動對應(yīng)著開關(guān)分、合過程中特定的動作事件。這些沖擊振動的波形呈上升和衰減過程，其峰值點在時間上具有很好的辨認(rèn)性。但是，從振動發(fā)生到振動傳感器測量到的峰值時間之間，總會由于振動波的傳播帶來一定的誤差，因此峰值時間較振動發(fā)生時間有一定的時間延遲。不過，檢測系統(tǒng)只是根據(jù)振動信號來求取各個振動事件之間的時間差，并不一定需要知道其發(fā)生的準(zhǔn)確時刻。所以只要每個事件均進(jìn)行了相似的簡化，時間差的計算誤差不受影響，可以利用振動信號的峰值時間作為各個振動事件的發(fā)生時刻，并將它們相減后得到動觸頭運動過程中各個振動事件之間的時間差。此外，對于某一臺特定的開關(guān)而言，在健康狀態(tài)下它的分、合操作的振動信號具有較強(qiáng)的相似性。對于實時測量得到的振動信號，可在離線實驗數(shù)據(jù)（振動信號波形和機(jī)械特性曲線）的基礎(chǔ)上，并結(jié)合考慮該次動作的機(jī)械特性曲線來粗略確定各個振動事件發(fā)生的先后次序和時間區(qū)段，然后將各個區(qū)段的峰值時間作為該振動事件的發(fā)生時刻。各時間相差后得到各事件之間的相對時間，以接到分、合電脈沖時間為基準(zhǔn)計算各事件的發(fā)生時間，就能找到動靜觸頭間的合、分時刻。將動觸頭的行程信號同該合、分時刻結(jié)合，并根據(jù)相應(yīng)的定義，就可以計算出剛分（合）速度、行程、超行程；將三相的分合時刻相差就可獲得該次動作的不同期參數(shù)。 傳動機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的檢測和診斷對保證高壓開關(guān)安全運行有重要的意義。
2 高壓開關(guān)機(jī)械故障檢測存在的主要問題
目前高壓開關(guān)機(jī)械故障的檢測方法基本上成熟，機(jī)械特性測試儀產(chǎn)品眾多，大部分具有分、合閘線圈電流及行程測試的功能。其有效性已被開關(guān)生產(chǎn)廠商和供電部門所認(rèn)可。存在的主要問題在于缺乏有效的數(shù)據(jù)管理及分析診斷平臺。大部分的測試儀都可將測試結(jié)果打印出來，但無法存儲；對于故障的判斷，大多采用閾值的方法，對某個斷路器的多次測試結(jié)果無法通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析等手段進(jìn)行有效的“縱比”，更無法對各地同一型號斷路器的測試結(jié)果進(jìn)行“橫比”，不利于故障的診斷。因而，設(shè)計和開發(fā)高壓開關(guān)機(jī)械故障分析和診斷平臺十分必要的。
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