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高壓隔離開關(guān)是一種起著隔離作用的開關(guān)設(shè)備，在變電站中使用較多，主要安裝于斷路器兩側(cè)，與斷路器配合使用。由于高壓隔離開關(guān)主要工作于戶外環(huán)境，飽受風(fēng)霜雨雪的侵蝕，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后金屬傳動(dòng)機(jī)構(gòu)容易氧化腐蝕，軸承軸銷處的潤(rùn)滑脂變質(zhì)、流失，同時(shí)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)處易積累灰塵與氧化物，加之運(yùn)行維護(hù)不及時(shí)，容易出現(xiàn)如絕緣子斷裂、導(dǎo)電回路過熱、機(jī)械故障、二次回路失效等各種故障缺陷。

根據(jù)云南電科院的統(tǒng)計(jì)，在2008年1月～2016年12月，云南電網(wǎng)110kV及以上電壓等級(jí)的隔離開關(guān)一共發(fā)生357起缺陷故障，其中機(jī)械故障缺陷發(fā)生195起，主要有分合閘不到位、操作卡澀、彈簧失效、夾緊力不足、三相不同期、傳動(dòng)部件損壞變形與松動(dòng)等，占總故障量的54.62%。

目前已有部分學(xué)者針對(duì)隔離開關(guān)這些機(jī)械故障隱患的影響與診斷做了部分研究。

• 有學(xué)者通過簡(jiǎn)化的GW4隔離開關(guān)數(shù)學(xué)模型定性分析了觸頭觸指接觸壓力、接觸輪廓和傳動(dòng)連桿的位置對(duì)操作力矩的影響。
• 有學(xué)者基于Adams對(duì)折臂式隔離開關(guān)分合閘過程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，分析了理想情況下分合閘過程操作力矩的變化情況，并對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。
• 有學(xué)者指出，對(duì)于帶手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的隔離開關(guān)，可根據(jù)操作時(shí)的手感輕重來判斷有無機(jī)械卡澀，該方法與操作人員的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，容易引起誤判。
• 有學(xué)者提出一種基于隔離開關(guān)電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)電流的機(jī)械故障診斷方法，指出在不考慮電機(jī)勵(lì)磁電流情況下，電機(jī)電流包絡(luò)線與操作桿力矩存在二次函數(shù)關(guān)系，可根據(jù)電機(jī)電流包絡(luò)線的變化來判斷隔離開關(guān)操作過程中是否存在缺陷，該方法在電機(jī)工作電壓恒定時(shí)可行，但在變電站現(xiàn)場(chǎng)隔離開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的供電電壓存在波動(dòng)，無法利用該方法進(jìn)行有效判斷。
• 有學(xué)者通過測(cè)量隔離開關(guān)動(dòng)作過程中操作桿的應(yīng)變來判斷隔離開關(guān)是否存在機(jī)械故障缺陷，該方法雖能對(duì)隔離開關(guān)的機(jī)械狀態(tài)進(jìn)行判斷，但對(duì)應(yīng)變片貼片技術(shù)要求較高，貼片位置不恰當(dāng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，影響分析判斷。
• 有學(xué)者提出了通過測(cè)量隔離開關(guān)操作力矩來判斷隔離開關(guān)狀態(tài)，采用安裝在手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)手柄上的力矩傳感器來測(cè)量隔離開關(guān)動(dòng)作過程操作力矩，測(cè)量時(shí)要求勻速搖動(dòng)手柄，測(cè)量結(jié)果受人為影響較大，數(shù)據(jù)可靠性不高，不能很好地反應(yīng)隔離開關(guān)的機(jī)械狀態(tài)。
• 有學(xué)者設(shè)計(jì)并制作了某GW4型隔離開關(guān)測(cè)力觸頭，在分合閘過程中實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量觸頭觸指接觸力，據(jù)此能有效判斷觸頭觸指加緊力是否滿足要求、三相是否同期，但該方法在測(cè)量過程中需改變隔離開關(guān)原有結(jié)構(gòu)，且操作繁瑣。
• 有學(xué)者將計(jì)算機(jī)視覺與圖像處理技術(shù)引入到對(duì)高壓隔離開關(guān)分合閘狀態(tài)檢測(cè)中，能有效判斷GW4、GW7、GW23型隔離開關(guān)分、合閘狀態(tài)。
• 有學(xué)者根據(jù)高壓隔離開關(guān)機(jī)械狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，其振動(dòng)信號(hào)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，提出通過監(jiān)測(cè)隔離開關(guān)振動(dòng)信號(hào)來判斷隔離開關(guān)機(jī)械狀態(tài)，并針對(duì)故障診斷時(shí)特征庫中故障類別不完備的問題，提出了基于多重支持向量域描述的故障診斷方法，能有效識(shí)別被測(cè)隔離開關(guān)的模擬故障狀態(tài)和異常狀態(tài)，為隔離開關(guān)機(jī)械故障診斷提供了一條可行的思路。

在目前隔離開關(guān)機(jī)械故障缺陷頻發(fā)，診斷方法尚不完善的背景下，有必要對(duì)隔離開關(guān)機(jī)械故障缺陷診斷技術(shù)進(jìn)行研究，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障隱患，防止事故擴(kuò)大造成更大損失。

為此，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院、武漢大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院、國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司技術(shù)培訓(xùn)中心的研究人員，以某GW4A 126型隔離開關(guān)為研究對(duì)象，在Adams中建立隔離開關(guān)虛擬樣機(jī)模型，模擬仿真計(jì)算隔離開關(guān)在正常、卡澀、三相不同期三種狀態(tài)的合閘力矩波形，并作對(duì)比分析；由不同機(jī)械狀態(tài)對(duì)應(yīng)的仿真力矩波形不同，提出一種基于操作力矩與操作桿轉(zhuǎn)角檢測(cè)的隔離開關(guān)機(jī)械故障診斷方法，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了基于操作力矩-轉(zhuǎn)角曲線的隔離開關(guān)機(jī)械故障診斷流程，為隔離開關(guān)的安裝調(diào)試、檢修維護(hù)提供參考。

圖1 某GW4A 126型隔離開關(guān)虛擬樣機(jī)模型

圖2 某GW4A 126型隔離開關(guān)與檢測(cè)裝置示意圖

圖3 基于操作力矩-轉(zhuǎn)角曲線的隔離開關(guān)機(jī)械故障診斷流程

研究人員最后分析得出以下結(jié)論：

1）當(dāng)隔離開關(guān)機(jī)械狀態(tài)改變時(shí)，其動(dòng)作過程操作力矩會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，因此可通過檢測(cè)隔離開關(guān)動(dòng)作過程的操作力矩與操作桿轉(zhuǎn)角來判斷隔離開關(guān)機(jī)械狀態(tài)。

2）本文提出的一種隔離開關(guān)操作力矩與轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法能夠有效、準(zhǔn)確檢測(cè)隔離開關(guān)動(dòng)作過程中操作力矩的變化情況。

3）不同機(jī)械狀態(tài)下的操作力矩-轉(zhuǎn)角曲線存在明顯差別，可根據(jù)曲線特性如操作桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度、典型波峰波谷的數(shù)量、峰值、位置、力矩均值/極值等對(duì)各機(jī)械狀態(tài)加以區(qū)分。

以上研究成果發(fā)表在2019年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2，論文標(biāo)題為“GW4隔離開關(guān)機(jī)械故障仿真與診斷技術(shù)”，作者為馬宏明、周濤濤、彭詩怡、邱志斌、朱琳。