高壓斷路器機(jī)械特性在線檢測(cè)技術(shù)的探討

閆站正　周華

摘? 要：目前的很多現(xiàn)代化建設(shè)之中，高壓斷路器起到了非常重要的作用，其機(jī)械特性具有一定的可探討性，尤其是在在線檢測(cè)技術(shù)方面，有著不單單只是現(xiàn)在表面上體現(xiàn)出來的一些檢測(cè)指標(biāo)所代表的內(nèi)容。對(duì)此，文章主要提出了高壓斷路器機(jī)械特性一些常用的檢測(cè)方法，并針對(duì)其中仍然存在的一些問題，提出了未來相應(yīng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以期能夠帶給研究者一定的科研幫助。

關(guān)鍵詞：高壓斷路器;機(jī)械特性;在線檢測(cè)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM561? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）23-0164-02

Abstract： At present， in many modernization construction， high-voltage circuit breaker plays a very important role， and its mechanical properties can be explored to a certain extent. Especially in the aspect of on-line detection technology， it has the content represented by some detection indexes which has not only been reflected on the surface by now. In this regard， this paper mainly puts forward some commonly used testing methods for the mechanical characteristics of high-voltage circuit breakers， and in view of some problems that still exist， puts forward the corresponding technical development trend in the future， in order to bring some scientific research help to researchers.

Keywords： high voltage circuit breaker; mechanical characteristics; on-line detection technology

前言

就現(xiàn)在國(guó)家在電力方面的建設(shè)來說，進(jìn)行一定的檢測(cè)是必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容。而檢測(cè)技術(shù)又可以分為很多復(fù)雜的種類，確定一項(xiàng)固定的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于維持一定的經(jīng)濟(jì)效益又起著關(guān)鍵的作用。高壓斷路器，作為目前一項(xiàng)有待繼續(xù)發(fā)掘其潛在利用價(jià)值的檢測(cè)儀器，其機(jī)械特性正是確定監(jiān)測(cè)技術(shù)的核心與關(guān)鍵。對(duì)比其他的檢測(cè)技術(shù)，其在線監(jiān)測(cè)的便捷性與高效性可以使得我們?cè)诰S持電力建設(shè)穩(wěn)定性的同時(shí)，提高生產(chǎn)建設(shè)的生產(chǎn)價(jià)值。高壓斷路器（這里主要指的是額定電壓等級(jí)在12kV及以上的真空斷路器、SF6斷路器及現(xiàn)在用量不多的少油斷路器）作為電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，肩負(fù)著控制和保護(hù)的雙重任務(wù)，其性能的可靠性關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 機(jī)械特性參數(shù)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的常用檢測(cè)方法

1.1 動(dòng)觸頭行程的測(cè)量

高壓斷路器的動(dòng)觸頭，是我們當(dāng)下進(jìn)行在線檢測(cè)時(shí)，著重利用的一項(xiàng)功能性結(jié)構(gòu)。它不同于簡(jiǎn)單的觸頭，而是在移動(dòng)的過程當(dāng)中，記錄下一定的參數(shù)指標(biāo)。也就是說，隨著動(dòng)觸頭的一定規(guī)律的移動(dòng)，能夠?qū)⑽覀兯枰?，某些在檢測(cè)技術(shù)中起到?jīng)Q定性作用的因子所呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)特性，以固定方式反饋給相應(yīng)的儀器設(shè)備?；蛘哒f其測(cè)量出的數(shù)據(jù)指標(biāo)，能夠給之后的測(cè)量分析，帶來一定的正向分析效益，就可以認(rèn)為其測(cè)量精度符合我們的預(yù)期。旋轉(zhuǎn)光電編碼器是輸入軸角位移傳感器，結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，由光柵盤、光發(fā)射器、光電檢測(cè)器、信號(hào)處理單元和輸出單元組成。光柵盤被固定在操作機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過光電檢測(cè)器的光交替變化，將軸旋轉(zhuǎn)角位移量轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)和電平信號(hào)。當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，編碼器輸出A相、B相2路相位差90°的正交脈沖串，經(jīng)光電隔離和取反后，得到4路方波信號(hào)A，a，B，a，經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)電路處理得到上升沿窄脈沖信號(hào)，A，a，B，b對(duì)窄脈沖信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出2路加減計(jì)數(shù)脈沖P+，P：

P+=Ab+aB+BA+ba（1）

P=AB+ab+Ba+bA（2）

2路計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)加減計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，輸出12位二進(jìn)制編碼，脈沖數(shù)與旋轉(zhuǎn)軸的角位移成正比，電平信號(hào)的狀態(tài)，與旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，其值與斷路器操作過程中動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)過程相對(duì)應(yīng)。測(cè)試系統(tǒng)以一定的采樣頻率，讀取這12位結(jié)果，便得到斷路器操作過程中的行程——時(shí)間特性曲線。利用合、分閘操作動(dòng)觸頭的行程——時(shí)間波形，可算出動(dòng)觸頭合、分閘操作的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、動(dòng)觸頭行程、動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)速度、觸頭彈跳等參數(shù)。

1.2 合、分閘時(shí)間的確定

再有一個(gè)我們需要融入到檢測(cè)技術(shù)方法中的機(jī)械特性參數(shù)，就是高壓斷路器的合閘時(shí)間和分閘時(shí)間。但是，在實(shí)際的操作中，合閘時(shí)間和分閘時(shí)間卻往往沒有準(zhǔn)確地被記錄下來，這是非常不合理的。合閘分閘是高壓斷路器在進(jìn)行在線檢測(cè)時(shí)必要的一項(xiàng)工作，只有確定其時(shí)間，才能在檢測(cè)技術(shù)中的時(shí)間把握上，較為準(zhǔn)確的確定一個(gè)最為合適的操作流程和插入節(jié)點(diǎn)。合閘分閘時(shí)間的確定，能夠讓機(jī)械特性中，所表現(xiàn)出的流暢性和流程的穩(wěn)定性上，有一個(gè)清楚明晰的宏觀展現(xiàn)。確定下了合閘時(shí)間和分閘時(shí)間，也就讓我們確定了在高壓電流進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，在該時(shí)間節(jié)點(diǎn)的傳輸狀況，從而保證在之后的分析修正中能有一個(gè)簡(jiǎn)單合理的解釋?？紤]到所檢測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)性，一般選用對(duì)信號(hào)反應(yīng)非常迅速的磁平衡式霍爾電流傳感器來測(cè)量合、分閘電磁鐵線圈電流信號(hào)，從起動(dòng)時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，到電氣主觸頭移動(dòng)到換位點(diǎn)的時(shí)間，便是合、分閘時(shí)間。

2 當(dāng)前機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的問題

2.1 機(jī)械特性故障診斷閉值不能及時(shí)確定

機(jī)械特性故障診斷的閉值一旦不能夠及時(shí)的確定，那么就意味著，在出現(xiàn)故障之后，我們所進(jìn)行的排查工作不能夠在最快的時(shí)間內(nèi)反饋給相應(yīng)的分析儀器設(shè)備，這也就很可能會(huì)使得錯(cuò)過最佳的調(diào)整修改時(shí)機(jī)，讓機(jī)械特性暴露出來的故障，給在線檢測(cè)技術(shù)帶來連鎖的經(jīng)濟(jì)損失，這是相關(guān)的建設(shè)所犯的最致命的錯(cuò)誤，必須通過一定的方法來對(duì)閉值做好最佳的確定記錄工作。具體的來講，就是通過技術(shù)的革新以及相關(guān)在線針對(duì)單個(gè)區(qū)域部位的記錄反饋?zhàn)龊醚芯?，在閉值確定的專項(xiàng)結(jié)構(gòu)，不斷測(cè)試，找到最快捷，最準(zhǔn)確的反饋部件，這就是當(dāng)下的重點(diǎn)。

2.2 在實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)的性能價(jià)格比較低

傳感器的測(cè)量誤差和響應(yīng)時(shí)間，對(duì)測(cè)量有著非常明顯的影響?；魻栯娏鱾鞲衅鞯捻憫?yīng)時(shí)間可達(dá)10微秒，但濾波電路的延遲時(shí)間有幾毫秒，這就直接導(dǎo)致了精度不高，因此要考慮如何修正的問題。價(jià)格過高則與成本有直接聯(lián)系，所以在滿足測(cè)試精度的同時(shí)，要考慮盡量選用價(jià)格適宜的測(cè)試元件。

2.3 40.5kV及以下斷路器在線檢測(cè)人員技術(shù)不夠成熟

這個(gè)電壓等級(jí)范圍內(nèi)的斷路器作為一個(gè)可拆卸的模塊，自身成為一個(gè)整體，經(jīng)常裝配在開關(guān)柜中使用，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，安裝測(cè)試元件在開關(guān)柜中使用，空間很小，并且其信號(hào)相對(duì)不易測(cè)量。通常情況下，我們都會(huì)將操作的儀器設(shè)備認(rèn)為是在線監(jiān)測(cè)的核心與關(guān)鍵，這種觀點(diǎn)在某些方面的確是具有一定合理性的。但是，針對(duì)40.5kV以及以下的斷路器來講，在線監(jiān)測(cè)人員的技術(shù)不夠成熟將直接影響到在線監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和精確性。檢測(cè)人員技術(shù)的不夠成熟，會(huì)使得相應(yīng)的高壓斷路器機(jī)械參數(shù)映射到在線檢測(cè)技術(shù)的時(shí)候缺少一定的后期全面分析。不可否認(rèn)所有的檢測(cè)人員都會(huì)對(duì)反饋儀器設(shè)備上的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的歸納分析，但是全面性和針對(duì)性卻不是所有在線檢測(cè)人員都有的一項(xiàng)技能。這往往都是需要長(zhǎng)時(shí)間的工作所積累下的經(jīng)驗(yàn)，然而一些相關(guān)的建設(shè)部門在人員的選拔上，缺乏一定的考量，從而讓我國(guó)目前的高壓斷路器在線檢測(cè)人員素質(zhì)并沒有我們所預(yù)期的那么高，這同樣使在線檢測(cè)技術(shù)達(dá)不到我們所需要的后期處理，這個(gè)問題應(yīng)該引起有關(guān)部門足夠的重視。

3 機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 可靠性

機(jī)械特性在線檢測(cè)技術(shù)就目前來看，是要在設(shè)備的安全運(yùn)營(yíng)上有著一定的改善，也就意味著，一旦投入實(shí)際的相關(guān)使用，那么就要通過不斷對(duì)其技術(shù)的完善來保證機(jī)械設(shè)備能夠達(dá)到人們預(yù)期。當(dāng)然，雖然機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)可靠性上，依然包含來自其他方面的干擾，但是我們?nèi)绻枰岣呦嚓P(guān)領(lǐng)域的技術(shù)水平，可靠性上就必然要有明確的改變。

3.2 通用性

可靠性滿足之后，研究人員在未來需要面對(duì)的是機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能否在各類應(yīng)用中達(dá)到設(shè)計(jì)目的的問題。因?yàn)闄C(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)不只會(huì)單單的運(yùn)用于某一個(gè)方面，只有合理的進(jìn)行各領(lǐng)域的規(guī)劃設(shè)計(jì)，最后綜合在這一項(xiàng)設(shè)備上，才能真正帶動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)際發(fā)展。

3.3 智能型

未來的機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，是會(huì)在設(shè)備智能處理各個(gè)方面的問題上，有一個(gè)更加明確、綜合的考量，也就意味著，相關(guān)的操作和運(yùn)行，必須要朝著運(yùn)行高效率、操作更簡(jiǎn)便等智能化方向有明顯的改善。雖然目前我國(guó)這方面還有待提高，但是有著來自各方的推動(dòng)，機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)也不會(huì)持續(xù)保持在當(dāng)下的智能化水平不高的地步。

3.4 穩(wěn)定性

傳統(tǒng)的高壓斷路器，在運(yùn)行過程中，往往會(huì)由于自身在長(zhǎng)時(shí)間的使用運(yùn)行中的一些參數(shù)的改變，導(dǎo)致系統(tǒng)在自身運(yùn)行的波動(dòng)下，再次反作用于系統(tǒng)本身，這對(duì)于一些民用設(shè)備來說，影響可能不是很大。但是，在國(guó)家的電力建設(shè)，尤其是在線檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，斷路器的穩(wěn)定性強(qiáng)度，直接決定著我國(guó)電力事業(yè)的建設(shè)成敗。目前市面的很多高壓斷路器在一些機(jī)械特性細(xì)節(jié)問題的處理上，根據(jù)斷路器的運(yùn)行環(huán)境做出了有針對(duì)性的調(diào)整，故而相關(guān)的在線檢測(cè)技術(shù)，也就有著相比較于傳統(tǒng)的技術(shù)更為穩(wěn)定的發(fā)展方向。提升高壓斷路器的穩(wěn)定性，也就是將高壓斷路器的各個(gè)零件部位以及相關(guān)的機(jī)械特性，在實(shí)現(xiàn)各自的功能時(shí)，能夠盡量維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平，減少因?yàn)樯a(chǎn)造成的一些參數(shù)、性能上的不良改變，從而使得高壓斷路器的使用時(shí)限也會(huì)增加，減少相關(guān)的工廠企業(yè)因?yàn)榫S修等不確定因素而產(chǎn)生的額外經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)束語

在今后的幾年，設(shè)計(jì)具有數(shù)字化、硬件標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)功能模塊將是完善智能化斷路器的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

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