王語嫣 劉慧娟 蘇柄全

摘要：GIS設(shè)備是密封性設(shè)備，不能直接觀測到動(dòng)靜觸頭的分合到位情況，如果GIS隔離開關(guān)分合閘不到位，則很容易造成設(shè)備事故，且GIS設(shè)備的事故處理難度較大，導(dǎo)致恢復(fù)供電慢，事故處理費(fèi)用高，為電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來隱患。本文針對此類問題，對比目前針對GIS隔離開關(guān)的主要檢測手段，提出通過在分合閘過程中檢測電機(jī)電流來判斷GIS隔離開關(guān)分合閘情況的方法并進(jìn)行詳細(xì)分析及方案設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：GIS;隔離開關(guān);電機(jī)電流;仿真模型

引言

GIS設(shè)備由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，設(shè)備內(nèi)部的狀態(tài)無法從外觀察，因此當(dāng)GIS隔離開關(guān)分合閘出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)構(gòu)處分合閘指示往往不能夠準(zhǔn)確反映隔離開關(guān)本體的真實(shí)狀態(tài)。目前各地供電局在進(jìn)行GIS操作時(shí)都必須采用輔助手段進(jìn)行位置核實(shí)，通過測量GIS隔離開關(guān)拐臂至止釘距離，以確認(rèn)隔離開關(guān)分合到位情況。但是這種方法存在不直觀、不明確的情況，且不宜在設(shè)備運(yùn)行時(shí)測量。因此，本文通過分析比較目前正在應(yīng)用的GIS隔離開關(guān)檢測方法，提出一種基于電機(jī)電流的GIS隔離開關(guān)分合的檢測方法。

一、GIS隔離開關(guān)檢測技術(shù)

1.1基于機(jī)械特性的檢測

在GIS設(shè)備連桿處進(jìn)行劃線，即在隔離開關(guān)完全分合閘到位后在傳動(dòng)拐臂上作劃線標(biāo)記，然后在之后的操作完成后以“是否與分、合閘對線成一條直線”為到位依據(jù)。該方法在一段時(shí)間內(nèi)能起到一定的作用，但隨著外部環(huán)境的影響，標(biāo)線會(huì)模糊甚至消失，需要人員對其進(jìn)行定期維護(hù)劃線，且GIS結(jié)構(gòu)緊湊，導(dǎo)致觀測存在盲區(qū)，夜間難以觀測。設(shè)備常年運(yùn)行，傳動(dòng)部分容易出現(xiàn)變位，且傳動(dòng)軸和動(dòng)觸頭連接若脫扣，將導(dǎo)致劃線標(biāo)識無法準(zhǔn)確表明已分合到位。

1.2基于X射線數(shù)字成像技術(shù)的檢測

該方法是利用X射線通過被檢測物體，由于物體中有缺陷部位（如氣孔、非金屬雜質(zhì)等）與無缺陷部位對X射線的吸收能力不同，因此可以通過對比被檢物體射線強(qiáng)度的差異，來判斷被檢物體中是否存在缺陷。

X射線數(shù)字成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了GIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)“可視化”的診斷，可有效解決GIS設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，解體困難、檢修技術(shù)含量高、耗時(shí)長及停電損失大等檢測難題，為準(zhǔn)確定位設(shè)備的故障點(diǎn)提供了極大便利。但X光成像角度受GIS結(jié)構(gòu)的影響，容易出現(xiàn)成像角度偏移，引起結(jié)果判斷誤差，同時(shí)X光成像存在電離輻射，對作業(yè)人員而言，存在健康風(fēng)險(xiǎn)，不適用于日?？焖贆z測，一般用于設(shè)備特殊巡檢或者事故后檢測。

二、基于電機(jī)電流的GIS隔離開關(guān)分合閘檢測

2.1基于matlab的三相異步電機(jī)仿真模型

由牛頓力學(xué)可知，力矩表示力對物體作用時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的物理量，力和力臂的乘積為力矩，為矢量。電機(jī)轉(zhuǎn)矩=電機(jī)輸出力x力臂，此處的力臂即指電機(jī)帶動(dòng)隔離開關(guān)分合轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑。因此，驗(yàn)證電機(jī)電流與電機(jī)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系即可以驗(yàn)證電機(jī)電流與輸出力的關(guān)系。本文利用MATLAB搭建仿真模型。

該仿真模型為開環(huán)控制模型，可以通過調(diào)節(jié)負(fù)載從而改變輸出的參數(shù)波形。程序運(yùn)行后電機(jī)電流及電機(jī)轉(zhuǎn)矩波形如下圖。1s之前為電機(jī)啟動(dòng)電

流。

為進(jìn)一步分析電機(jī)電流與操作轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，需對這兩組波形進(jìn)行簡化處理。忽略啟動(dòng)電流部分后，對剩余部分的波形取峰值點(diǎn)并連接起來，電機(jī)電流包絡(luò)波形與電機(jī)轉(zhuǎn)矩波形如圖5、6所示。

利用MATLAB對電機(jī)電流和操作轉(zhuǎn)矩進(jìn)行函數(shù)關(guān)系擬合后，得出函數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.991313，接近1，證明電機(jī)電流與電機(jī)轉(zhuǎn)矩相關(guān)程度很高。

2.2模擬實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證電機(jī)電流與操作轉(zhuǎn)矩之間存在高相關(guān)性及該檢測方法的可行性，在廠家的幫助下進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。模擬電機(jī)分別在正常情況與卡澀情況下，對上述兩種情況的電機(jī)電流的波形進(jìn)行采集，然后比較兩個(gè)波形之間的區(qū)別。該實(shí)驗(yàn)通過信號采集器將采集的信號輸入PC端，再用示波器對信號波形進(jìn)行分析。

在電機(jī)正常工作情況下，施加負(fù)載，會(huì)產(chǎn)生一定的波形，如圖7所示。

給電機(jī)增加一定阻力時(shí)，即模擬機(jī)構(gòu)存在卡澀情況，此時(shí)的波形峰值、時(shí)間與正常工作情況下的波形相比，有明顯變化，所需時(shí)間增長，峰值增大，如圖8所示。

圖8卡澀情況下電機(jī)電流波形在正常工作情況下，隔離開關(guān)分合產(chǎn)生的電力電流的波形是一定的。

在一定誤差范圍內(nèi)，峰值大小，出現(xiàn)峰值的時(shí)間，動(dòng)作完成時(shí)間等參數(shù)應(yīng)為固定值。而當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)卡澀，例如當(dāng)隔離開關(guān)軸承座、拉桿、連接桿、活動(dòng)接頭等機(jī)械部件發(fā)生卡澀時(shí)，操作力矩增大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流也增大，根據(jù)電流峰值大小可判斷卡澀程度，根據(jù)電流峰值出現(xiàn)時(shí)刻，結(jié)合隔離開關(guān)動(dòng)作行程，可初步判斷發(fā)生卡澀缺陷的部位。

針對不同的情況，電機(jī)電流波形會(huì)出現(xiàn)不同的變化，通過與正常情況的波形進(jìn)行對比，以大量實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，便可以通過監(jiān)測電機(jī)電流從而對隔離開關(guān)進(jìn)行故障診斷。在變電站日常運(yùn)行維護(hù)管理中，可將驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流采集硬件系統(tǒng)安裝在電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，通過遠(yuǎn)程軟件系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測隔離開關(guān)分合閘操作過程中的電機(jī)電流信號，并基于此進(jìn)行隔離開關(guān)分?jǐn)?閉合監(jiān)測。

三、結(jié)束語

針對GIS隔離開關(guān)分閘到位難判斷問題，本文首先比較了目前應(yīng)用的 GIS隔離開關(guān)的檢測技術(shù)，然后提出基于電機(jī)電流的GIS隔離開關(guān)分合閘檢測方法，并通過MATLAB建立模型，模擬電機(jī)電流與操作力矩波形，對仿真信號進(jìn)行信號分析，證明電機(jī)電流與輸出力相關(guān)性極高，最后通過模擬實(shí)驗(yàn)，從實(shí)際角度上證明隔離開關(guān)分合閘動(dòng)作過程中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流可以作為隔離開關(guān)分合狀態(tài)的判據(jù)?；陔姍C(jī)電流信號檢測與分析，可以有效診斷GIS隔離開關(guān)機(jī)械故障，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。

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