高压开关机械特性非接触式测量技术

秦娜 张西望

【摘  要】针对高压开关的拒动、误动、慢分和三相严重不同期等机械故障可能造成严重李故的问题，对运行中的高压开关相关机械特性参数进行测量：.判断高压开关能否正常工作.从而进行及时的维护和检修。为此研究高压开关机械特险非接触式测量的技术已迫在眉睫，落于图像处理技术和光传导技术的日趋成熟，将相关技术引入到裔压开关机械特性测试系统中.实现快速准确地非接触式测童高压开关机械特性。

【关键词】高压开关;机械故障;图像处理;光传导;测量

引言

近年来，电力系統对供电的可靠性和经济性提出了愈来愈高的要求。高压输变电设备的安全运行已成为影响电力系统安全、稳定、经济运行的重要因素。高压开关在电网中起着控制和保护的作用，当发生故障或事故时会引起电网事故或扩大事故。国际大电网会议（CIGRE）对高压开关及其操作机构的可靠性进行过两次世界范围的调查，结果表明，大多数开关故障（主要故障的70%和次要故障的86%）属于机械性质，主要涉及操作机构、监视装置和辅助装置。目前国内高压开关的问题也主要体现在机械故障上，如：绝缘拉杆脱落、断裂、击穿，水平拉杆断销等。因此，高压开关机械故障的检测具有十分重要的意义。

1高压开关柜概述

高压开关柜是以断路器为主的电气设备，其是根据电气一次主接线图的相关要求将控制器、保护器等高低压电器及母线、绝缘子等元件装配在一起形成能够在电力系统中接受和分配电能的一类装置。高压开关柜可根据电网运行要求将部分电力设备或者部分电路网络投入或者退出运行，也可将电力设备或者部分电路网络快速切除，进而确保电力系统的无故障运行，同时也可保证检修人员的安全。根据断路器的安装方式，可将高压开关柜分为移开式和固定式。移开式高压开关柜又称为手车式高压开关柜，柜体内的电器元件主要安装在可抽出的手车上，该型高压开关柜互换性较好，可提高供电系统的稳定性;固定式高压开关柜内的电器元件不可移动，但是操作简单，价格相对低廉，故常被应用于10kV及以下配电系统中。根据安装地点，可将高压开关柜分为户内式和户外式，因受户外环境的影响，户外式高压开关柜型号较少。根据柜体结构，可分为金属封闭铠装式、金属封闭间隔式、金属封闭箱式和敞开式等4种高压开关柜，其中金属封闭铠装式高压开关柜因具有运行安全可靠性高、互换性好、受地面水平影响小、检修方便、操作简单等优势而被越来越广泛地应用。

2设计方案

2.1信号检测

根据不同的现场检测情况设计出2种方案进行信号的检测，具体方案如下。1）激光位移传感器检测该方案是在高压开关中的垂直滑动部位上安装一个光反射杆，该光反射杆随动触头一起运动。在底板上安装激光传感器，以此来测量激光传感器与光反射杆之间的距离。激光传感器上输出的信号送入数据处理设备进行处理，得到距离变化与时间的曲线关系图，可得出真空断路器的各项性能参数。激光位移传感器的重复测！精度一般都能达到1um，完全能满足本项目的测量精度要求.该方案适合无接触、高精度、有光差的情形下使用。

2）微型拉杆式直线位移传感器检测该方案将激光传感器用微型拉杆式直线位移传感器代替，就是此方案的监测方法。微型拉杆式直线位移传感器是接触式监测，允许极限运动速度可达到5m/s，重复测量精度为10um，相对线性精度为土0.3%。完全能满足本项目的测量精度要求。该传感器的安装视实验情况可作调整，以满足最大限度地不影响高压开关机械性能及方便安装。该方案适合有接触、要实现数字化的情形下使用。

2.2监控室数据处理与显示

监控室收到现场传输来的数据后，对现场数据进行处理，上位机负责监控现场设备的工作状态，实现报警管理（含手机发送功能）、历史数据存档、合（开）闸曲线图显示、历史数据查询、检测项目指标生成与要求值显示表、报表生成、图表打印等功能。本系统要使用的上位机选用常用于工业控制的工控机。工控机是专门用于工业控制的特殊计算机，与普通计算机相比，优势很多，机箱上有专门电源，电源有较强的抗干扰能力，机箱应采用钢结构，有较强的防磁、防尘、防冲击能力，具有连续长时间工作的能力。

2.3高压开关动触头行程的检测

高压开关的行程–时间特性是表征高压开关机械特性的重要参数，也是计算高压开关分、合闸速度的依据。高压开关分合闸速度，尤其是开关合闸前、分闸后的动触头速度，对开关的开断性能有至关重要的影响。因此，高压开关的行程–时间特性检测，是高压开关检测的重要内容。由于开关动触头作直线运动，可以安装一个与动触头一起运动的附加件，当动触头做分、合操作时，该附加件随连杆做直线运动，通过光电传感器，将连续变化的位移量变成一系列电脉冲信号。记录该脉冲的个数，就可以实现动触头全行程参数的测量;同时，记录每一个电脉冲产生的时刻值，将位移同时间相除，就可计算出动触头运动过程中的最大速度和平均速度。目前测量高压开关的行程–时间特性，多采用光电式位移传感器与相应的测量电路配合进行，常用的有增量式旋转光电编码器或直线光电编码器。目前市场上根据这种方法研制的产品众多，可将测试结果直接打印，部分测试仪具备RS232/485接口，可将测试结果上传。

3误差分析

针对高压开关各检测项目的测量误差要求，分析出本设计方案的测量误差的主要来自于传感器的测量误差、数据处理产生的误差、信号测量频率产生的误差。由于传感器的测量精度相当高，可达10um，相对线性测量精度达f0.3%，因此传感器的测量误差可忽略不计。至于数据处理产生的误差，可通过算法的优化来达到最大程度地消除，因此它产生的误差也相当小。由于受到信号测量频率的限制，应尽量将信号处理的测量频率提高来减小误差。经分析得出，如果信号测量频率为5kHz时，高压开关最大运行速度按1m/s计算，则在最大运动速度下为每间隔0.2～采一次样。按最大运动行程为5～计算，这时的测量最大误差为4%。若按最大运动行程为巧～计算，这时的测量最大误差为1.33%.如果信号测量频率为10kHz时，高压开关最大运行速度按1m/s计算，则在最大运动速度下为每间隔0.1mm采一次样。按最大运动行程为5mm计算，这时的测量最大误差为2%。若按最大运动行程为15mm计算，这时的测量最大误差为0.667%.

结语

本设计方案源于保障高压电气成套设备安全运行，防止电力系统出现异常导致的高压开关产生拒动、误动、慢分和三相不同期等故障，要对运行中的高压开关相关机械特性参数进行测量，判断高压开关能否正常工作，从而进行及时的维护和检修，本研究设计出一种高压开关机械特性非接触式测量技术。本设计通过测量得出的曲线和特性，和离线常规测量的界面及参数种类一致，曲线中含有包络线和主触头分合闸曲线。可以对原始数据实现保存、查询、打印、传输、报警等功能。

参考文献：

[1]谢建鹏.浅谈配电工程中有关高压开关柜的若干问题[J].科技与创新，2017（23）：55-56.

[2]彭红霞，王智杰，牛硕丰，等.高压开关柜的全方位远程在线监测技术研究[J].科技创新导报，2018，15（1）：1，5.

[3]贾志刚.高压开关柜的故障分析和防范措施[J].化工安全与环境，2018（11）：12-13.

（作者单位：山东达驰电气有限公司）