黃春富 張躍峰 李超 金嶺華 沈吉

摘要：對(duì)于電力系統(tǒng)而言，電氣設(shè)備的運(yùn)行工況直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性與安全性，因此有必要就各個(gè)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。本文以常見(jiàn)的隔離開(kāi)關(guān)為例，闡述其出現(xiàn)機(jī)械式故障的主要原理，并分析了電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的檢測(cè)與診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集與通信處理，從而為后期設(shè)備檢修計(jì)劃的進(jìn)行等提供重要參考，有利于提升設(shè)備的使用效率與壽命，同時(shí)對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也有一定的積極意義。

關(guān)鍵詞：隔離開(kāi)關(guān);狀態(tài)監(jiān)測(cè);診斷系統(tǒng)

引言

電氣設(shè)備，特別是經(jīng)常需要其可靠動(dòng)作的一些電氣設(shè)備，在整個(gè)的運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)由于氣候、溫濕度環(huán)境以及搭載的負(fù)荷等多方面因素從而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)工作老化、機(jī)械故障以及性能下降等多方面問(wèn)題。而在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行期間，隔離開(kāi)關(guān)的機(jī)械傳統(tǒng)部分則會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期的頻繁動(dòng)作或者高負(fù)荷運(yùn)行從而出現(xiàn)機(jī)構(gòu)故障、磨損以及銹蝕等問(wèn)題，設(shè)備動(dòng)作失靈以及結(jié)構(gòu)性破壞等情況時(shí)有發(fā)生。如若不對(duì)其進(jìn)行有效的監(jiān)控與管理，勢(shì)必會(huì)進(jìn)一步增加設(shè)備的使用安全隱患，同時(shí)也無(wú)法很好的起到對(duì)設(shè)備的保護(hù)作用，故有必要就電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)展開(kāi)研究。

1.隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械故障監(jiān)控的主要工作原理

在電力系統(tǒng)中，高壓隔離開(kāi)關(guān)主要用于以下三個(gè)方面，第一，隔離電源，從而確保相關(guān)高壓設(shè)備和裝置等可以徹底的與電源脫離，避免檢修過(guò)程可能存在的風(fēng)險(xiǎn);第二，倒閘處理，將電氣設(shè)備從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)或使系統(tǒng)改變運(yùn)行方式;第三，對(duì)小電流電路進(jìn)行分合處理。目前，國(guó)內(nèi)的隔離開(kāi)關(guān)主要配置的電動(dòng)機(jī)組件為CJ5、CJ6、CJA7G等幾種，選用0.5-0.6千瓦的三相異步電動(dòng)機(jī)作為整個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)模塊?；诮邓俳M件，包括渦輪、絲桿以及齒輪等等傳動(dòng)從而有效的與隔離開(kāi)關(guān)主軸保持可靠隔絕。執(zhí)行分合閘操作時(shí)，每次轉(zhuǎn)角為一百八十度。而在分合閘完成時(shí)，基于行程開(kāi)關(guān)將整個(gè)電動(dòng)機(jī)組件的電源進(jìn)行徹底切除。

2.電動(dòng)機(jī)電流變化波形

三相異步電動(dòng)機(jī)是整個(gè)隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)部分的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，電機(jī)的定子電流可以全面的反饋機(jī)械設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行信息?；陔娏鱾鞲衅髟O(shè)備可以檢測(cè)當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的工作電流，從而可以了解其是否存在卡澀等情況。將隔離開(kāi)關(guān)安裝調(diào)試完畢的特性曲線進(jìn)行有效記錄，并找出其中存在的最大偏差，基于此判斷是否存在卡澀情況。針對(duì)GW6型號(hào)的開(kāi)關(guān)設(shè)備，也可以通過(guò)對(duì)其中平衡彈簧當(dāng)前工作狀態(tài)處于失效還是脫落的監(jiān)察，從而進(jìn)行判斷。將得到的無(wú)線存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中，和后續(xù)所檢測(cè)到的曲線進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。如下圖所示

如上圖所示，在t0-t1時(shí)間段中電機(jī)開(kāi)始得電，且在該時(shí)間段內(nèi)會(huì)瞬間得到一個(gè)比較高的脈沖大電流，即啟動(dòng)電流。而在t1-t2時(shí)間段內(nèi)，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)伴隨著出現(xiàn)反電勢(shì)，電流逐漸降低，t2-t3時(shí)間段內(nèi)，電機(jī)已經(jīng)進(jìn)入相對(duì)平緩的運(yùn)行轉(zhuǎn)臺(tái)，電機(jī)各方面工作相對(duì)穩(wěn)定;在t3時(shí)間點(diǎn)是開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸點(diǎn)剛剛接觸時(shí)間，高負(fù)荷瞬間加載至電機(jī)中，此時(shí)電流也會(huì)隨之而增加，最后電流在t4時(shí)間點(diǎn)達(dá)到一個(gè)最高值狀態(tài)，與此同時(shí)在t4時(shí)間點(diǎn)限位開(kāi)關(guān)也會(huì)跟著動(dòng)作，并將線路中的電流徹底切斷?；趯?duì)實(shí)際某個(gè)變電站中的隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀、合閘不充分的CJ7A隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行測(cè)試，就系統(tǒng)顯示結(jié)果而言，隔離開(kāi)關(guān)電機(jī)動(dòng)作電流是A、B、C三相的電流值大小分別為2.7A、2.5A以及2.6A，要明顯高于隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)的額定動(dòng)作電流值1.9A。因此就該結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，電機(jī)和隔離開(kāi)關(guān)之間的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)卡滯以及隔離開(kāi)關(guān)分合不到位等情況的出現(xiàn)，主要是由于電機(jī)內(nèi)部的繞組出現(xiàn)問(wèn)題所致。

3.數(shù)據(jù)的收集與信息交互

3.1電量消耗的收集與信息交互

為了盡可能的降低對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可能產(chǎn)生的影響，目前主要基于一種性能相對(duì)優(yōu)越的傳感器設(shè)備，霍爾電流傳感器設(shè)備從而進(jìn)行參數(shù)信息的收集。該傳感器設(shè)備的輸出的電壓信號(hào)與電動(dòng)機(jī)電流的變化呈正相關(guān)關(guān)系。第一，利用中央處理器的高速輸入模塊HSH分析計(jì)算得到周波頻次，并得到采樣/保持器的控制頻次，中央處理器基于對(duì)一個(gè)周期進(jìn)行32點(diǎn)的頻次采集，并集合傅式算法將時(shí)間內(nèi)收集到的電流消耗轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍畔ⅰＳ鞋F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊收集到現(xiàn)場(chǎng)的信息，并利用現(xiàn)場(chǎng)所搭建的網(wǎng)絡(luò)通信總線將其傳達(dá)至上位機(jī)模塊。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)模塊與上位機(jī)之間主要利用RS485通信（主從通信方式）的方式進(jìn)行可靠連接，接口芯片主要選用MAX485（Maxim公司的一種RS-485芯片）.

3.2主軸轉(zhuǎn)速的檢測(cè)

增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼設(shè)備安置在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)主軸上從而用于檢測(cè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸角位置。其主要基于圓光柵（載體為圓形的光柵），利用光電轉(zhuǎn)換機(jī)制，將軸旋轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換為電脈沖信息。該傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)在于重量特別小、所需要的力矩不高且工作可靠性更強(qiáng)。當(dāng)主軸開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，編碼器則會(huì)跟著輸出A和B兩路相位角度差在90度的正交脈沖信號(hào)。通過(guò)對(duì)該信號(hào)的分析與處理，即對(duì)A和B的信號(hào)的相對(duì)相位的確定，從而得到碼盤(pán)（測(cè)量角位移的數(shù)字編碼器）的整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。如若某情況下，A明顯超前于B則可以判定當(dāng)前為正的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，否則繼而反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是正交信號(hào)具備的可識(shí)別性的優(yōu)勢(shì)。基于計(jì)數(shù)器設(shè)備可以對(duì)采集到的A/B兩路進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由此得到角位移的變化情況。

利用旋轉(zhuǎn)光電編碼器設(shè)備所輸出的兩路正交脈沖信號(hào)，基于光電隔離處理，再利用施密特觸發(fā)器進(jìn)行進(jìn)一步的整形處理，從而可以得到A與反相A 以及B與反相B的矩形波信號(hào)。再將施密特觸發(fā)器處理得到的四路波形通過(guò)單穩(wěn)器件，由此得到各自上升沿以及下降沿信號(hào)，將各個(gè)脈沖信號(hào)通過(guò)“與或非”電路，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)信號(hào)的處理，輸出反應(yīng)角位移的信號(hào)P、P1。基于三片4029（cd4029芯片）構(gòu)成的十二位加減計(jì)數(shù)器，兩路加減脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)算，得到10位二進(jìn)制的編碼信息，其結(jié)果和角位移逐一對(duì)應(yīng)。收集系統(tǒng)按照固定的采樣頻次從而讀得該10位結(jié)果信息，得到隔離開(kāi)關(guān)操作期間的主軸角位移的時(shí)間變化曲線。

4.結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展越來(lái)越快，無(wú)論是工業(yè)領(lǐng)域還是人們?nèi)粘Ｉ罘矫婢霈F(xiàn)了大量的新型的且更為先進(jìn)的用電設(shè)備，而與此同時(shí)對(duì)于供電質(zhì)量的可靠性以及用電量方面提出了更高的要求。電力系統(tǒng)主要由各個(gè)電力設(shè)備以及用戶等多方面組成，電氣設(shè)備的運(yùn)行工況則直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，因此對(duì)于相關(guān)部門(mén)務(wù)必加強(qiáng)對(duì)電氣設(shè)備的監(jiān)控與管理，從而確保其運(yùn)行狀態(tài)。隔離開(kāi)關(guān)是變電站系統(tǒng)最為常見(jiàn)的設(shè)備之一，日常使用中需要經(jīng)常性的對(duì)其進(jìn)行分合閘作業(yè)，而長(zhǎng)時(shí)間的高負(fù)荷運(yùn)行加上工作環(huán)境復(fù)雜性經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致隔離開(kāi)關(guān)工作異常等情況發(fā)生。為了確保整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性以及現(xiàn)場(chǎng)檢修維護(hù)等作業(yè)的安全性，需要對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行全面監(jiān)控與管理。基于電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)可以利用上位機(jī)設(shè)備從而瀏覽近一段時(shí)間內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)的操作情況、數(shù)據(jù)信息等并以此判斷設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行健康與否。此次探究主要針對(duì)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài)監(jiān)控、診斷進(jìn)行。隔離開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的監(jiān)控，不但可以為設(shè)備是否需要進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)提供必要的參照依據(jù)，同時(shí)也可以用于判斷相關(guān)檢修工作的落實(shí)是否到位，檢修質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。該技術(shù)的應(yīng)用無(wú)疑可以大大提升整個(gè)設(shè)備的利用質(zhì)量，降低設(shè)備被迫停止運(yùn)行的概率，有利于電力系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]陳曉彬， 鄭永強(qiáng)， 孫玉彤. 直流電源系統(tǒng)運(yùn)行方式及隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)視方法[J]. 廣東電力， 2017（7）：19-19.

[2]郭煜敬， 陳士剛， 李少華， et al. 基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解及支持向量機(jī)的高壓隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械故障診斷方法[J]. 高壓電器， 2018， 54（09）：18-24.

[3]李大衛(wèi)， 張恩偉， 徐黨國(guó)， et al. 基于電機(jī)電流特征量的隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械缺陷診斷方法研究[J]. 華北電力技術(shù)， 2016（1）：42-47.