淺談高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障的分析及診斷技術(shù)

吳初明 深圳國(guó)創(chuàng)名廚商用設(shè)備制造有限公司南海分公司

淺談高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障的分析及診斷技術(shù)

吳初明 深圳國(guó)創(chuàng)名廚商用設(shè)備制造有限公司南海分公司

高壓隔離開關(guān)出現(xiàn)最多的故障類型是機(jī)械故障，這種故障的頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行?；诖?，本文分析了高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障產(chǎn)生的原因，并分別介紹了從支柱瓷絕緣子斷裂的故障診斷技術(shù)、高壓隔離開關(guān)操作的故障診斷技術(shù)兩方面，介紹高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障診斷技術(shù)，為變電站調(diào)試與管理高壓隔離開關(guān)提供參考。

高壓隔離開關(guān) 支柱瓷絕緣子 電機(jī)電流

前言

變電站中使用量最大的就是高壓隔離開關(guān)設(shè)備，高壓隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理十分簡(jiǎn)單，但電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)高壓隔離開關(guān)的可靠性要求很高，由于高壓隔離開關(guān)長(zhǎng)期暴露于室外惡劣的天氣環(huán)境下，且相關(guān)人員對(duì)隔離開關(guān)存在管理不足、長(zhǎng)期失修的現(xiàn)象，所以隔離開關(guān)很容易發(fā)生各種機(jī)械故障。

一、高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障的分析

（一）支柱瓷絕緣管斷裂故障

支柱瓷絕緣子斷裂，是高壓隔離開關(guān)在運(yùn)行中危害性最大的機(jī)械故障，調(diào)查顯示，由于支柱瓷絕緣子斷裂導(dǎo)致的高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障次數(shù)，占到事故總數(shù)的81%。支柱瓷絕緣子斷裂的原因有以下兩點(diǎn)：

1.絕緣子的質(zhì)量不佳。相關(guān)人員對(duì)斷裂的支柱瓷絕緣子進(jìn)行觀察與分析，發(fā)現(xiàn)這些絕緣子的斷面全都有黃芯、雜質(zhì)與裂痕，不具備瀝青緩沖層，而且法蘭接口銹蝕嚴(yán)重。在燒制支柱瓷絕緣管子時(shí)，如果控制方法不當(dāng)或者法蘭膠的裝填方法不科學(xué)，都會(huì)導(dǎo)致絕緣子內(nèi)部質(zhì)量不合格，降低絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度，除此之外，如果選擇的絕緣子設(shè)計(jì)選型不準(zhǔn)確，容易導(dǎo)致由于絕緣子機(jī)械強(qiáng)度與機(jī)械裕度不滿足相應(yīng)規(guī)范，造成支柱瓷絕緣子斷裂故障。

2.絕緣子老化。支柱瓷絕緣子長(zhǎng)期處在惡劣大氣環(huán)境以及強(qiáng)電磁環(huán)境下，支柱會(huì)發(fā)生老化，在潮濕的環(huán)境中，高壓直流作用下的電流會(huì)腐蝕絕緣子的金屬部件，在系統(tǒng)長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，絕緣子外部的絕緣表面也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電蝕老化現(xiàn)象，大大降低絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度，致使絕緣子斷裂。

（二）高壓隔離開關(guān)操作失靈故障

如果隔離開關(guān)選擇的傳動(dòng)部件配合公差很大，且配件加工的精度不能達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)使隔離開關(guān)的合閘操作不穩(wěn)定。當(dāng)開關(guān)機(jī)械部件的材料剛度、硬度及強(qiáng)度達(dá)不到最低標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，這些部件在系統(tǒng)運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變形，進(jìn)而改變開關(guān)的行程特性，使隔離開關(guān)合閘操作不到位，引起隔離開關(guān)操作失靈。

二、高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障診斷技術(shù)

（一）支柱瓷絕緣子斷裂的故障診斷技術(shù)

1.超聲波檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)通常在絕緣子的法蘭接口處發(fā)射超聲波，然后依據(jù)絕緣子內(nèi)部反射的的信號(hào)，對(duì)絕緣子的內(nèi)部與表面的裂紋進(jìn)行檢測(cè)。超聲波檢測(cè)技術(shù)包括兩種檢測(cè)方法，分別為：爬波檢測(cè)法、小角度縱波檢測(cè)法，其中，小角度縱波檢測(cè)法適于檢測(cè)絕緣子的內(nèi)部缺陷，爬波檢測(cè)法對(duì)絕緣子表面缺陷的檢測(cè)靈敏度較高，在檢測(cè)絕緣子的缺陷時(shí)，往往將兩種方法結(jié)合使用。但值得注意的是，此種檢測(cè)技術(shù)屬于一種局部損傷檢測(cè)法，它的檢測(cè)結(jié)果受工作人員的經(jīng)驗(yàn)影響，因此，很有可能會(huì)出現(xiàn)誤判情況。

2.震動(dòng)聲學(xué)法檢測(cè)技術(shù)。此種方法是近年來新興的檢測(cè)支柱瓷絕緣子缺陷的方法，工作人員可以通過分析絕緣子對(duì)震動(dòng)聲波的諧振頻率，了解絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度，判斷支柱瓷絕緣子是否出現(xiàn)了質(zhì)量問題。震動(dòng)聲學(xué)法檢測(cè)技術(shù)可以帶電操作，檢測(cè)的方法簡(jiǎn)單，檢測(cè)效率高，適于快速普查支柱瓷絕緣子的運(yùn)行狀態(tài)，但是此種方法對(duì)支柱瓷絕緣子中細(xì)小裂痕的檢測(cè)靈敏度不高。

3.紅外熱像檢測(cè)技術(shù)。紅外熱像法通過檢測(cè)絕緣子的發(fā)熱現(xiàn)象，確定絕緣子的缺陷部位。支柱絕緣子在內(nèi)部存在裂紋或者表面存在缺陷的情況下，水分子極易侵入瓷柱中，水分子在電場(chǎng)的極化作用下，使水分子的溫度升高，同時(shí)引起支柱絕緣子的溫度升高。變電站在使用此種檢測(cè)方法檢測(cè)絕緣子是否存在缺陷時(shí)，可以根據(jù)紅外線顯示數(shù)據(jù)，判斷絕緣子內(nèi)部是否存在缺陷，如果一旦發(fā)現(xiàn)問題，便可以及時(shí)采取相應(yīng)解決措施，防止支柱瓷絕緣子斷裂[2]。

（二）高壓隔離開關(guān)操作的故障診斷技術(shù)

1.操作力矩檢測(cè)技術(shù)。在操作隔離開關(guān)時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作與扭矩驅(qū)動(dòng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)分閘與合閘的操作，在這個(gè)過程中，由于輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變力大小，與輸出力矩成正比，所以，我們?cè)跈z測(cè)隔離開關(guān)的操作力矩時(shí)，可以測(cè)量輸出軸的應(yīng)變力大小，以此得出隔離開關(guān)的操作力矩大小。隔離開關(guān)在正常工作的狀態(tài)下，應(yīng)變幅大小為319.42＊10-6，當(dāng)隔離開關(guān)操作失靈時(shí)，應(yīng)變幅的大小為610.10＊10-6。工作人員可以通過分析隔離開關(guān)操作力矩大小，判斷隔離開關(guān)是否存在操作失靈的故障。

2.驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流檢測(cè)技術(shù)。高壓隔離開關(guān)在操作失靈的情況下，隔離開關(guān)操作力矩的值會(huì)變大，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流也會(huì)超過正常工作的電流值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流大小與隔離開關(guān)操作軸扭矩之間存在二次函數(shù)關(guān)系，因此可以通過檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流大小，判斷高壓隔離開關(guān)是否存在卡澀故障。隔離開關(guān)在正常工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流的波形十分平穩(wěn)，電流的最大值為2.38A，當(dāng)隔離開關(guān)處于卡澀狀態(tài)時(shí)，電流的最大值將達(dá)到4.41A，峰值的大小不斷發(fā)生變化，電機(jī)電流的波形也會(huì)發(fā)生畸變。因此，變電站可以選擇遠(yuǎn)程軟件系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控高壓隔離開關(guān)在合閘與分閘過程中的電機(jī)電流波形，檢測(cè)高壓隔離開關(guān)操作是否存在障礙。

三、總結(jié)

綜上所述，支柱瓷絕緣管斷裂與高壓隔離開關(guān)操作失靈，是高壓隔離開關(guān)常見的機(jī)械故障。通過上述對(duì)高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障診斷技術(shù)的介紹，可以保證高壓隔離開關(guān)安裝調(diào)試的質(zhì)量，使工作人員根據(jù)電機(jī)電流的變化特點(diǎn)診斷開關(guān)是否存在卡澀故障，減輕工作人員的工作量，提高檢測(cè)效率。因此，變電站的工作人員要充分考慮上述高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障診斷技術(shù)，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

[1]邱志斌，阮江軍，黃道春，張宇，張恩偉.高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障分析及診斷技術(shù)綜述[J].高壓電器，2015，5108:171-179.

[2]林曉輝.高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障分析及改進(jìn)技術(shù)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，1407:45+47.