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  • 頭條GW4隔離開關(guān)機械故障仿真與診斷技術(shù)
    2021-04-13 作者:馬宏明 周濤濤 等  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)用量最多的高壓開關(guān)設(shè)備之一,因安裝調(diào)試不當(dāng)或長時間運行后由于大氣腐蝕、傳動機構(gòu)關(guān)節(jié)潤滑脂流失、異物與灰塵積累等,導(dǎo)致隔離開關(guān)容易出現(xiàn)操作卡澀。針對隔離開關(guān)這類故障隱患的影響與診斷,目前研究較少,尚無有效檢測診斷方法。 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)電氣與自動化學(xué)院、國網(wǎng)湖北省電力公司技術(shù)培訓(xùn)中心的研究人員馬宏明、周濤濤、彭詩怡、邱志斌、朱琳,在2019年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2上撰文,提出一種基于操作力矩與操作桿轉(zhuǎn)角檢測的隔離開關(guān)機械故障診斷方法,總結(jié)出基于操作力矩-轉(zhuǎn)角曲線的隔離開關(guān)機械故障診斷流程,為隔離開關(guān)的安裝調(diào)試、檢修維護提供參考。

    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,長時間運行后金屬傳動機構(gòu)容易氧化腐蝕,軸承軸銷處的潤滑脂變質(zhì)、流失,同時運動關(guān)節(jié)處易積累灰塵與氧化物,加之運行維護不及時,容易出現(xiàn)如絕緣子斷裂、導(dǎo)電回路過熱、機械故障、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,在2008年1月~2016年12月,云南電網(wǎng)110kV及以上電壓等級的隔離開關(guān)一共發(fā)生357起缺陷故障,其中機械故障缺陷發(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、傳動部件損壞變形與松動等,占總故障量的54.62%。

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

    • 有學(xué)者通過簡化的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、接觸輪廓和傳動連桿的位置對操作力矩的影響。
    • 有學(xué)者基于Adams對折臂式隔離開關(guān)分合閘過程進行了動力學(xué)仿真計算,分析了理想情況下分合閘過程操作力矩的變化情況,并對傳動機構(gòu)中的關(guān)鍵部件進行強度校核。
    • 有學(xué)者指出,對于帶手動操作機構(gòu)的隔離開關(guān),可根據(jù)操作時的手感輕重來判斷有無機械卡澀,該方法與操作人員的經(jīng)驗有關(guān),容易引起誤判。
    • 有學(xué)者提出一種基于隔離開關(guān)電動操動機構(gòu)電機電流的機械故障診斷方法,指出在不考慮電機勵磁電流情況下,電機電流包絡(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,該方法在電機工作電壓恒定時可行,但在變電站現(xiàn)場隔離開關(guān)驅(qū)動電機的供電電壓存在波動,無法利用該方法進行有效判斷。
    • 有學(xué)者通過測量隔離開關(guān)動作過程中操作桿的應(yīng)變來判斷隔離開關(guān)是否存在機械故障缺陷,該方法雖能對隔離開關(guān)的機械狀態(tài)進行判斷,但對應(yīng)變片貼片技術(shù)要求較高,貼片位置不恰當(dāng)時,會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn),影響分析判斷。
    • 有學(xué)者提出了通過測量隔離開關(guān)操作力矩來判斷隔離開關(guān)狀態(tài),采用安裝在手動操作機構(gòu)手柄上的力矩傳感器來測量隔離開關(guān)動作過程操作力矩,測量時要求勻速搖動手柄,測量結(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)的機械狀態(tài)。
    • 有學(xué)者設(shè)計并制作了某GW4型隔離開關(guān)測力觸頭,在分合閘過程中實時連續(xù)測量觸頭觸指接觸力,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)者將計算機視覺與圖像處理技術(shù)引入到對高壓隔離開關(guān)分合閘狀態(tài)檢測中,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)機械狀態(tài)出現(xiàn)異常時,其振動信號會發(fā)生相應(yīng)的改變,提出通過監(jiān)測隔離開關(guān)振動信號來判斷隔離開關(guān)機械狀態(tài),并針對故障診斷時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,能有效識別被測隔離開關(guān)的模擬故障狀態(tài)和異常狀態(tài),為隔離開關(guān)機械故障診斷提供了一條可行的思路。

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

    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)電氣與自動化學(xué)院、國網(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)為研究對象,在Adams中建立隔離開關(guān)虛擬樣機模型,模擬仿真計算隔離開關(guān)在正常、卡澀、三相不同期三種狀態(tài)的合閘力矩波形,并作對比分析;由不同機械狀態(tài)對應(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)角檢測的隔離開關(guān)機械故障診斷方法,并通過試驗驗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)機械故障診斷流程,為隔離開關(guān)的安裝調(diào)試、檢修維護提供參考。

    GW4隔離開關(guān)機械故障仿真與診斷技術(shù)

    圖1 某GW4A 126型隔離開關(guān)虛擬樣機模型

    GW4隔離開關(guān)機械故障仿真與診斷技術(shù)

    圖2 某GW4A 126型隔離開關(guān)與檢測裝置示意圖

    GW4隔離開關(guān)機械故障仿真與診斷技術(shù)

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

    研究人員最后分析得出以下結(jié)論:

    1)當(dāng)隔離開關(guān)機械狀態(tài)改變時,其動作過程操作力矩會發(fā)生相應(yīng)的改變,因此可通過檢測隔離開關(guān)動作過程的操作力矩與操作桿轉(zhuǎn)角來判斷隔離開關(guān)機械狀態(tài)。

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

    3)不同機械狀態(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/極值等對各機械狀態(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》增刊2,論文標(biāo)題為“GW4隔離開關(guān)機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。