高压断路器操动机构性能非接触检测技术的研究

2020-03-21闫站正

通信电源技术 2020年3期

关键词：图像处理断路器高压

闫站正，周华

（河南省高压电器研究所有限公司，河南平顶山467000）

0 引言

本文通过对高压断路器操动机构进行简述，探究了目前非接触检测技术的研究进展，然后分别对高压断路器操动机构测试性能、研究内容以及关键检测技术进行探究。

1 高压断路器

1.1 高压断路器操动机构概述

高压断路器不仅是电力系统中的控制设备，而且还是保护基础电力系统的主力军。在电力系系统运作的过程中，高压断路器能够将电力系统的一部分设备和线路进行处理和分载，从根本上起到保驾护航的作用。图1为高压断路器操动机构结构简图。

图1 高压断路器操动机构结构简图

由图1可以看出，压断路器操动机构结构较为简单，主要是通过基座在底部进行支撑，然后上半部分连接了传动机构以及传动机构，本体被绝缘支柱包裹住，以保证使用安全，防止出现漏电事故。而开断原件主要位于传动机构上方，它决定了整个部件启动或者禁止，而操动机构一般处于外侧作为附属启动和操作，虽然与整个高压断路器主体出现分离但是整体操作功能以及灵敏度并没有受到影响。

此外，当电力系统出现超载以及危险时，电力线路会出现严重的负荷，而高压断路器具有敏感的触觉，能及时发现电网中存在故障的地方并且提示工作人员进行切断和抢修，为电路电网安全提供保障。随着我国的电网建设不断进步，电路电网对于高压断路器操动机的设备要求也水涨船高。目前，我国220 V以上的高压断路器操动机的检测技术需要进一步提升，研究人员需要利用合理科学的方法为监测操作机构的机械特征进行升级换代，实现非接触检测技术的提升和飞越。

1.2 高压断路器操动机构性能非接触检测技术研究进展

在我国电机行业以及国际电机领域中，高压断路器都是研究人员的香饽饽，电气技术行业、计算机行业以及传感器领域都对高压断路器领域进行渗透，而非接触检测技术也应运而生。国际领域的高压断路器不仅有着雄厚的硬件实力，而且具有先进的非接触检测技术。表1为各种操动机构类型以及适用条件，在不同使用环境中需要扬长避短，结合各自高压断路器操动机构的特点和应用条件对其进行合理选取和使用。

我国想要实现高压断路器操动机构性能的突破，需要积极向外国先进的电气研究机构学习，同时升级检测软件，从硬实力和软实力两方面进行着手，双管齐下，突破我国目前高压断路器操动机构性能的技术瓶颈［1］。

2 高压断路器操动机构性能研究

2.1 高压断路器操动机构测试方案

高压断路器操动机构性能的测试有许多方法。由于传统的检测方法普遍存在稳定性低、接触不好以及操作过于繁琐等一系列的问题，所以急切需要升级改造。本文提出了一种新型的测试方法，对高压断路器操动机构性能进行测试。以非接触式的断路器实现四位一体的识别系统，搭建一个稳定性高且操作性能好的断路器，进行高压断路器操动机构性能的非接触检测。高压断路器的非接触平台主要由多个部分搭建而成，包括传感器单元、提供非接触信号的数据收集模块、可同步数据的记忆卡以及多功能高速控制的计算机四大部分。高分辨率的摄像机可以快速收集断路器的实时状态以及运作情况，将机械信号转换成图像信号便于实时观察，同时计算机可以迅速处理信号并且将信号转化成可视化图表或者曲线，增加检测的效率。同时，高压断路器操动机非接触平台可以有效处理动作的每一个分支以及每一帧运动状况，有效填补了以往传统高压断路器操动机构的缺点。高压断路器的测试需要从高压断路器的分合闸时间、分合闸速度以及高压断路器操动机构电源的性能进行研究和测试。

表1 操动机构类型

2.2 高压断路器操动机构测试研究内容

高压断路器操动机构的测试内容主要有3个方面，分别是断路器的固有时间、断路器的测试速度以及断路器电源的性能。断路器的固有时间是指高压断路器接到分/合闸命令之起，到动静触头刚分离/接触的一段时间作为计算时程，在电路电网进行响应的同时，将发出断口信号传输到计算机内，而非接触检测技术能捕捉不同断口之间的动作。因为非接触检测技术属于多维一体的信号处理，所以可快速将高压断路器的电信号、光信号和声信号进行有效处理，通过计算机算法进行计算以及整合以后成为可视化图像，方便工作人员综合判断高压断路器的状态。为避免传统高压断路器出现识别故障以及检测失败等老大难问题，将传统的传感器替换成高分辨率的清晰传感器。第二个研究内容是对速度进行测试。速度是指在固定位移之前消耗的时间。计算机可以将位移与时间的位移进行计算并且呈现出曲线图像便于观察和研究，克服了以往安装困难、耗时长等问题。最后需要对操作电源的整体性能进行测试，电池的续航能力间接代表了检测的时长，电池寿命、电池容量以及导电能力都十分关键。在控制一个电源因素后，计算机实时记录运行内容，并对电池质量进行研究测试。对新型的光电位移传感器进行检测不仅能提前测试断路器的性能，还能有备无患，为日后的检查提供保障。此外，非接触检测技术将收集到的信号进行计算，对高压断路器进行测试后，其运作参数更加准确，断路器的接触头在接触时的运动更加规律，提升了高压断路器操动机构的精准性和科学性。

3 高压断路器操动机构性能非接触检测技术

3.1 高压断路器操作机构性能非接触检测技术的引入

引入非接触检测技术不但能保持高压断路器操作机构的良好状态，还能为其日后运作提供技术保障。引入非接触检测技术可以提升高压断路器操动机构的图像处理水平。非接触检测技术促使了图像处理技术的诞生和使用。图像处理技术不仅能够帮助计算机快速诊断电力系统中存在的故障和问题，而且能突破以往高压断路器操作机构的处理瓶颈。目前，大多数的研究都只是在断路器的开关层面开展，极少涉及到非接触检测技术，尤其是图像处理技术［2］。

图像处理技术作为高压断路器操作机构的非接触检测办法，有着快速且精准的优势。目前，非接触检测技术中用到的图像处理机器主要是CCD摄像机。CCD摄像机具有高速的摄像系统，在高压断路器的开闸以及合闸过程中，摄像机可以将传动部件的每一个机械动作进行捕捉以及分解。计算机内的图像计算算法可以进行大数据分析和高压断路器的运动捕捉，实时记录传动部件的运作轨迹，同时对于接触头转动的角度、摆动幅度等运动参数都进行细致记录，保证运动真实性和可靠性。

3.2 高压断路器操作机构性能非接触检测关键技术

高压断路器操动机构的非接触检测关键技术需要考虑电源单元、测量单元、中央处理单元以及输出单元四个关键单元。研究检测人员需要对电源单元的直流电源电压进行调节，保证输出电流值的额度。操作电源与断路器可以合为一体，实现一致的参数输出。测量单元中的关键技术不仅可以将断路器行程回路以及开关量进行调整检测，还能实现单次检测和测量，一次性进行数据收集和处理。中央处理单元可以对测试人员的参数进行运算和诊断，协同指令并且对故障进行诊断。输出单元可以将机械信号输出，转换成图像或者曲线等可视化数据。