隔離開關機械狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)的研制

雷 興，徐 楠，李 洋，何 夢，王少偉，陳 佳

(國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 201204)

隔離開關是變電站內(nèi)數(shù)量最多的一次設備之一，隔離開關出現(xiàn)故障，將會導致停電范圍擴大、設備檢修時間延長等問題。目前，機械故障[1]約占隔離開關故障的80%，但對隔離開關的機械狀態(tài)缺乏有效的狀態(tài)監(jiān)測手段[2-4]?；陔娏髁窟@單一狀態(tài)量[5-6]進行故障診斷具有一定的局限性。

本文借助傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等實用化技術(shù)，研發(fā)了這套“隔離開關機械狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)”，實現(xiàn)了主軸扭矩和轉(zhuǎn)角等機械參數(shù)的在線監(jiān)測，可在早期發(fā)現(xiàn)隔離開關的機械故障隱患并給出診斷結(jié)果，方便運檢人員及時采取處理措施，提高設備檢修智能化水平。

1 技術(shù)方案

根據(jù)現(xiàn)狀—愿景—目標—方法這一思維序列制定技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)分為兩大部分：現(xiàn)場測量裝置和專家診斷系統(tǒng)?，F(xiàn)場測量裝置是本系統(tǒng)的“手”，負責采集負載扭矩、主軸轉(zhuǎn)角、電機功率信號等參數(shù)。專家診斷系統(tǒng)是本系統(tǒng)的“腦”，負責對本系統(tǒng)采集的各類參數(shù)進行處理、分析及建模，并按使用者需求智能分析出該臺產(chǎn)品是否存在異常并給出處理建議。系統(tǒng)組成見圖2。

系統(tǒng)通過現(xiàn)場測量裝置采集狀態(tài)量，生成M-θ曲線、P-θ曲線，不斷完善曲線數(shù)據(jù)庫，專家診斷系統(tǒng)能夠自學，進行智能診斷，原理框圖見圖3所示。

圖2 系統(tǒng)組成

圖3 系統(tǒng)原理框圖

3 關鍵模塊設計

關鍵模塊包括扭矩測量模塊、轉(zhuǎn)角測量模塊、Zigbee網(wǎng)絡拓撲和專家診斷系統(tǒng)等四部分，如圖4所示。

圖4 關鍵模塊

3.1 扭矩測量模塊設計

扭矩測量模塊應用電阻應變測量技術(shù)，將電阻應變片安裝在隔離開關主軸上、采用橋式電路抗干擾，如圖5所示。

圖5 扭矩測量模塊

本模塊具有靈敏度高、抗干擾性強的優(yōu)點，且安裝簡單、方便。

3.2 轉(zhuǎn)角測量模塊設計

轉(zhuǎn)角測量模塊應用光電傳感技術(shù)，將光電傳感器安裝在隔離開關主軸上、采用多連桿支架固定，如圖6所示。

本模塊具有靈敏度高、測量范圍廣的優(yōu)點。

圖6 轉(zhuǎn)角測量模塊

3.3 專家診斷系統(tǒng)軟件解決方案

系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)生成“M-θ”、“P-θ”曲線直觀展示機械參數(shù)在運行周期內(nèi)的變化情況。通過對幾種常用型號的隔離開關設置了機構(gòu)卡澀、分合閘不到位、操作失靈等典型機械故障模擬試驗，收集了大量隔離開關運行關鍵參數(shù)的樣本。通過特征提取，形成隔離開關故障機械狀態(tài)特征信息庫。專家診斷系統(tǒng)軟件解決方案如圖7所示。將被測隔離開關機械狀態(tài)特征自動納入信息庫，使專家分析的結(jié)論更具合理性和科學性，提高了專家診斷系統(tǒng)的準確性。

3.4 信息安全

Zigbee無線通信具備低功耗、低成本、可靠、短延時、網(wǎng)絡容量大的特點，本系統(tǒng)網(wǎng)絡接入方案將經(jīng)信息技術(shù)部門審核，設立專網(wǎng)通道和內(nèi)網(wǎng)防火墻，監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)加密接入內(nèi)網(wǎng)平臺，以確保信息安全。

圖7 專家診斷系統(tǒng)軟件解決方案

4 工程應用

專家診斷系統(tǒng)存儲有各型隔離開關的安裝、檢修和運維信息，在實際生產(chǎn)中的測試過程如圖8(a)所示，通過與數(shù)據(jù)庫中保存的該型隔離開關的標準曲線和歷史曲線進行智能化對比，從而給出診斷結(jié)果和相關的檢修及維護建議，如圖8(b)和圖8(c)所示。

圖8 應用實例展示

5 系統(tǒng)特點

本系統(tǒng)可實現(xiàn)對隔離開關“機械狀態(tài)監(jiān)測—隱患發(fā)現(xiàn)—故障定位—提出檢修建議—出具檢測報告”的全流程智能檢修，具有以下特點。

(1)扭矩轉(zhuǎn)角精密測量?；陔娮钁儨y量技術(shù)和光電傳感器技術(shù)的隔離開關主軸扭矩和轉(zhuǎn)角測量元件測量精確、穩(wěn)定。測量元件均具有安裝簡便、使用成本低，不影響隔離開關主軸軸系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。

(2)機械性能在線監(jiān)測。能在不停電狀態(tài)下自動監(jiān)測隔離開關機械性能。測量可結(jié)合日常倒閘操作進行，實現(xiàn)了對隔離開關機械狀態(tài)的實時測量，具有隱患早發(fā)現(xiàn)早處理的優(yōu)點。

(3)機械故障智能診斷。專家智能診斷系統(tǒng)，能通過對海量的隔離開關機械故障樣本進行特征提取，形成 特征信息庫，將被測隔離開關機械狀態(tài)特征自動納入信息庫，具有對隔離開關機械特性曲線的分析準確，特征信息庫自我完善的優(yōu)點。

(4)特征圖譜深度挖掘。該系統(tǒng)實現(xiàn)了基于環(huán)境因素等隔離開關機械劣化因變量的特征圖譜分析功能。結(jié)合溫濕度、污穢等級對隔離開關所處環(huán)境進行評估與類型劃分，具有對不同隔離開關分地區(qū)分季節(jié)的差異化檢修的優(yōu)點。

6 結(jié)語

本系統(tǒng)已通過產(chǎn)品檢測認證、出廠型式試驗，成功實現(xiàn)了隔離開關機械故障狀態(tài)在線監(jiān)測和診斷功能，填補了隔離開關機械狀態(tài)在線監(jiān)測領域的行業(yè)空白。本成果已推廣至江蘇如高開關廠等單位使用，現(xiàn)場運行效果良好。

具有模塊化、小型化設計的優(yōu)點，不僅適用于已投運的國內(nèi)外各類型隔離開關，還便于在新型隔離開關生產(chǎn)過程中進行一體化定制，因此對于新老設備均具備很高的推廣價值。