成毅 刘昶

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，任何设备性能状态的变化一般都有一个由量变到质变的过程，及早识别状态的变化并进行人工干预，就能减少或杜绝事故的发生。设备状态识别的关键就是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测，包括对有关设备运行参数及相关零部件性能工况的在线或离线监控、测量、试验等。目前，国内外对GIS的状态监测进行了大量的研究与应用，如现场监测绝缘性能、SF6气体状态、断路器机械特性等。唯独隔离开关机械故障还没有一个用于运行现场的有效测试手段。通过分析隔离开关的几种主要特征信号（如电机电流、操作力矩、主轴转动速度等）的测试原理和方法，介绍了一种基于嵌入式人机界面的、携带、测试方便的并具有自动故障诊断功能的负载特性现场智能测试装置。该装置的研制也为研究第三代智慧变电站的智能设备提供新的方案。

关键词：GIS;隔离开关;负载特性;状态检修

引言

接地开关、隔离开关是GIS的重要组成部分，接地开关用于在安装维护期间把GIS的各个对地绝缘部分接地，以便保护人身安全。隔离开关可以隔离电路，同接地一起实现对高压输电线路和电气设备的控制、保护和检修。在实际GIS运行过程中，接地开关、隔离开关最常见的故障为操作机构拒动问题，本文对隔离开关操作机构延时动作问题进行故障分析，并进行故障处理及改进优化。

1负载特性测试原理和方法

负载特性测试就是通过各种传感器来测试被测试对象运动特性的变化，从而来判断其性能的优劣。本项目GIS设备中隔离开关布置十分紧凑，运行中的隔离开关均处于封闭状态，其本体传动件无一外露。在现场通过测试转轴、拐臂等传动件扭矩来反映负载特性十分困难，而其操作机构却暴露在壳体外部，机构通过传动轴驱动本体运动，本体运动特性的变化将直接传导到机构使某些参数发生改变。因此，机构中的电机电流、手动操作力矩、主轴速度作为测试目标量是首选研究对象。在现场测试还要考虑不改动原有二次接线及零部件。如果隔离开关发生卡涩，其输出轴转动速度将发生变化，因此，通过检测机构输出轴的转动速度，可反映其本体负载特性的变化。转动速度降低越多说明本体传动部分阻力越大。本装置选用姿态传感器进行角度和转动速度的测量，其可同时输出输出轴角度和转动速度等多种数据。姿态传感器（E.T-ahrs）是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统。它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计（即IMU）、三轴电子罗盘等辅助运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器输出校准过的角速度、加速度等，通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数、欧拉角等表示的零漂移三维姿态数据。本测试装置只需采集角速度及角度信号。传感器输出TTL、RS485等多种接口，可直接与测试装置的相应端口连接。

2故障原因分析及處理

同一合闸/分闸信号（脉冲信号）触发三相机构动作，并且有一相或两相已经能正常动作，所以说明合闸/分闸信号及供电电源正常。故障相延时一定时间后正常动作，说明合闸继电器ZJ1A/B/C或分闸继电器ZJ2A/B/C已经正确动作，并且完成自锁供电，所以故障的原因在电机回路。电机回路主要元气件有：合分闸继电器辅助触点、电动解锁线圈Y1及微动开关S7、电机电枢绕组DS、电机激磁绕组JC、电容。由于电机能正常操作，所以故障可能原因为主要为：合分闸继电器辅助触点、电动解锁线圈Y1及微动开关S7。

3隔离开关负载特性测试

3.1测试装置软件方案

系统软件采用高级语言C++，其HMI主要实现初始化设置、数据处理，数据可视化（绘图）、故障诊断、数据存储等功能。与传统的检测仪相比，装置实现了传统仪器的硬件与计算机的结合，并扩展传统仪器的功能，完成数据采集、智能诊断和显示。数据处理，数据本身是通过传感器采集，将模拟量转化为数字信号，再传入到上位机系统中。传感器本身不可避免的受到噪声的干扰，再加上数字信号转换过程中引入的噪声，使得HMI接受到的数据会出现异常点，偏离了正常数值。为了准确地剔除噪声，还原真实数据，使用高斯滤波（Gaussfilter）算法对数据进行处理。引入此算法后，得到信噪比SNR较高的信号，数据的重复性和稳定性都得到很大的提高。

3.2隔离开关装配试验

根据相关权威数据统计，GIS设备因装配及安装工艺不良导致故障的占比为13.1%，其主要体现在装配过程母线导体插入时水平度及对中未调整好，导致导体间摩擦金属碎屑增多引起内部电场畸变和关键组部件公差装配后公差配合不好，导致分合闸不到位击穿放电。复现隔离开关装配及机械操作试验，检查装配后的隔离开关装配公差是否满足要求，其次在装配好的隔离开关基础上，依据十八项反措要求进行200次机械操作试验可验证金属碎屑及异物掉落情况。重点检查隔离开关与绝缘拉杆的装配公差配合，未见异常;装配后的隔离开关开展200次机械操作磨合试验，彻底清理罐体底部后，再次开展300次操作，再检查隔离开关底部的异物情况，并再次检查测量绝缘拉杆的装配尺寸未见明显变化。

3.3故障排查

在检修期间，对所有停电间隔内的几十个隔离开关、接地开关分合闸继电器进行检查，检查发现，继电器触点接触电阻普遍偏高，数值由几十欧姆到几千欧姆。所以继电器触点接触电阻高是隔离开关、接地开关延时动作的根本原因。

3.4局放及耐压试验

随机抽取3根绝缘拉杆分别完整装配至隔离开关上，完成500次机械操作试验后，开展局放及工频耐压和雷电冲击电压试验。在开展工频交流耐压试验同步开展特高频局放检测，3根绝缘拉杆装配至隔离开关后的局放量均约为0.6pC，特高频局放基本为背景信号，未见异常局放信号;其次再进行雷电冲击电压试验，依据国家标准及出厂试验检验规范，施加标准雷电1.2μs/50μs波形，峰值电压值为1675kV，正负极性各施加3次，未发生绝缘击穿。

3.5测试装置硬件方案

交流电流信号采集选用ZDKCT10M开合式精密仪用电流传感器;直流信号采集选用HSDS016L开合式霍尔电流传感器;主轴角速度、角度采集选用姿态传感器WT61P;操作力矩信号采集选用100N·m扭矩传感器，其无线传输选用ATK-HC05蓝牙无线收发模块，所有传感器组成数据采集模块。

结语

为防止此类故障再次发生，一是建议加强绝缘件质量管控和异物清理，提升触头装配工艺，及时发现隐性缺陷，合理设置微粒陷阱，从源头杜绝故障产生，防止缺陷GIS设备挂网运行;二是目前对GIS内部微粒运动机理认识不够，建议开展GIS试验技术研究。探讨了GIS设备中隔离开关负载特性的几种测试原理和测试方法并介绍了测试装置硬软件设计方案。只是初步探索，还需继续验证与完善。投入运行若干时间后在现场对其状态再次检测，分析其负载特性的变化趋势来预测是否有缺陷存在，从而为状态检修提供科学依据。

参考文献

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