高壓開關故障原因及檢測辦法

電力系統對供電的可靠性和經濟性提出了越來越高的要求，高壓輸變電設備的安全運行已成為影響電力系統安全、穩定、經濟運行的重要因素。高壓開關在電網中起著控制和保護的作用，當發生故障或事故時會引起電網事故或擴大事故。大電網會議（CIGRE）對高壓開關及其操作機構的可靠性進行過兩次世界范圍的調查，結果表明，大多數開關故障（主要故障的70%和次要故障的86%）屬于機械性質，主要涉及操作機構、監視裝置和輔助裝置。目前國內高壓開關的問題也主要體現在機械故障上，如：絕緣拉桿脫落、斷裂、擊穿，水平拉桿斷銷等。因此，高壓開關機械故障的檢測具有十分重要的意義。

1.內部故障

1.1 熱功率異常。高壓開關設備局部過熱現象是高壓開關設備工作中經常遇到的現象，之所以發生上述現象，究其原因我們發現，高壓開關導流回路中電阻增加是主要原因。仔細分析導流回路結構，汞、鉛等多種金屬與非金屬是導流回路的主要組成成分，設備工作時極易引發電阻增加，系統電流經過導流回路后，回路會有熱量持續產生，這樣會造成開關設備大幅溫升，雖然單個的節點影響高壓開關設備運行較小，若導流回路中存在多個影響節點時，則會集聚增大導流回路中的熱量，以致高壓設備導流電路產生局部發熱，如果此時處理不及時，就會引發高壓開關設備內部有較高溫度。

1.2 絕緣結構發熱。多種介質相互配合共同組成了高壓開關設備絕緣結構，當開關設備實際熱功率發生異常時，會有一定的電流、電壓通過該異常區域，但基于設備有不同規格，這樣就會有不同的電壓施加于設備上，引發損耗絕緣結構介質，而絕緣結構介質消耗一旦增加，會造成熱功率增加，引發整個絕緣結構發熱，也就是通常所說的高壓開關設備絕緣結構發熱故障。

2.外部故障

我們把高壓開關設備在空氣中暴露的外露部分發生的故障稱為高壓開關設備外部故障。常見的外部故障有開關不良接觸、設備發生熱異常等，診斷這類故障相對比較簡單，通常借助肉眼、觸覺輔助一些簡單工具便可直接判斷。如可用溫度計對高壓開關設備的內外溫差進行測量，若溫差在10℃～25℃之間，可推斷設備處于正常運行狀態，若溫差在25℃～40℃之間，可推斷為設備內部發生了故障，需進行檢修，若內外溫差比40℃還大，則應及時停用設備，及時安排專業人員，把設備故障排查清楚，以免繼續運行損壞設備。

若在設備運行過程中發現開關有不良接觸或開關存在不靈活現象，對于此種情況，可考慮是由高壓開關設備質量存在問題引發的，若檢查后發現高壓開關設備不存在質量問題，斷路器部分與電源部分則應是接下來重點排查的對象，應逐個排查，直到把故障*解決，此外，在使用高壓開關設備的情況下，摩擦也可能會導致結構原件出現不靈活現象，如高壓開關設備部分彈簧與鎖扣發生不良接觸等。高壓開關設備，外部故障的處理不及時也會影響到高壓開關設備的正常運行，如開關設備彈簧、鎖扣的不良接觸，會影響到設備電磁原件缺乏靈敏的感性，引發電阻增加，當電流通過原件時會有大量熱量產生，此時處理不及時，會導致設備內部發生溫度異常，進而損壞高壓開關設備。

1  高壓開關機械故障檢測基本方法及原理

1.1  分、合閘線圈電流的檢測

高壓開關一般都是以電磁鐵作為操作的級控制元件，并且大多數開關皆以直流作為控制電源。在每次分、合過程中，直流電磁線圈的電流隨時間變化，此變化波形中蘊藏著極為重要的信息。線圈電流波形可以反映的狀態有鐵心行程、鐵心卡滯、線圈狀態（如是否有短路匝）、與鐵心頂桿連接的鐵閂和閥門的狀態、合、分線圈的輔助接點狀況與轉換時間。通過對分合操作線圈動作電流的檢測，運行人員可以大致了解開關二次控制回路的工作情況及鐵心的運動有無卡滯等，為檢修提供一個輔助判據。分合閘線圈的電流是開關狀態檢測的一個重要內容。通過霍爾傳感器可以很方便的采集分合閘線圈的電流。通過實測的波形與典型波形進行比較即可判斷開關的鐵心有無卡滯等問題。

1.2  高壓開關動觸頭行程的檢測

高壓開關的行程–時間特性是表征高壓開關機械特性的重要參數，也是計算高壓開關分、合閘速度的依據。高壓開關分合閘速度，尤其是開關合閘前、分閘后的動觸頭速度，對開關的開斷性能有至關重要的影響。因此，高壓開關的行程–時間特性檢測，是高壓開關檢測的重要內容。由于開關動觸頭作直線運動，可以安裝一個與動觸頭一起運動的附加件，當動觸頭做分、合操作時，該附加件隨連桿做直線運動，通過光電傳感器，將連續變化的位移量變成一系列電脈沖信號。記錄該脈沖的個數，就可以實現動觸頭全行程參數的測量；同時，記錄每一個電脈沖產生的時刻值，將位移同時間相除，就可計算出動觸頭運動過程中的大速度和平均速度。目前測量高壓開關的行程–時間特性，多采用光電式位移傳感器與相應的測量電路配合進行，常用的有增量式旋轉光電編碼器或直線光電編碼器。目前市場上根據這種方法研制的產品眾多，可將測試結果直接打印，部分測試儀具備RS232/485接口，可將測試結果上傳。

1.3  振動信號的檢測

高壓開關是一種瞬動式機械，在其分合過程中，有一系列運動構件的起動、制動、撞擊的出現，這些運動形態的改變都在其構架上引起多個沖擊振動，每個振動對應著開關分、合過程中特定的動作事件。這些沖擊振動的波形呈上升和衰減過程，其峰值點在時間上具有很好的辨認性。但是，從振動發生到振動傳感器測量到的峰值時間之間，總會由于振動波的傳播帶來一定的誤差，因此峰值時間較振動發生時間有一定的時間延遲。不過，檢測系統只是根據振動信號來求取各個振動事件之間的時間差，并不一定需要知道其發生的準確時刻。所以只要每個事件均進行了相似的簡化，時間差的計算誤差不受影響，可以利用振動信號的峰值時間作為各個振動事件的發生時刻，并將它們相減后得到動觸頭運動過程中各個振動事件之間的時間差。此外，對于某一臺特定的開關而言，在健康狀態下它的分、合操作的振動信號具有較強的相似性。對于實時測量得到的振動信號，可在離線實驗數據（振動信號波形和機械特性曲線）的基礎上，并結合考慮該次動作的機械特性曲線來粗略確定各個振動事件發生的先后次序和時間區段，然后將各個區段的峰值時間作為該振動事件的發生時刻。各時間相差后得到各事件之間的相對時間，以接到分、合電脈沖時間為基準計算各事件的發生時間，就能找到動靜觸頭間的合、分時刻。將動觸頭的行程信號同該合、分時刻結合，并根據相應的定義，就可以計算出剛分（合）速度、行程、超行程；將三相的分合時刻相差就可獲得該次動作的不同期參數。 傳動機構系統的檢測和診斷對保證高壓開關安全運行有重要的意義。

2  高壓開關機械故障檢測存在的主要問題

目前高壓開關機械故障的檢測方法基本上成熟，機械特性測試儀產品眾多，大部分具有分、合閘線圈電流及行程測試的功能。其有效性已被開關生產廠商和供電部門所認可。存在的主要問題在于缺乏有效的數據管理及分析診斷平臺。大部分的測試儀都可將測試結果打印出來，但無法存儲；對于故障的判斷，大多采用閾值的方法，對某個斷路器的多次測試結果無法通過數學統計分析等手段進行有效的“縱比”，更無法對各地同一型號斷路器的測試結果進行“橫比”，不利于故障的診斷。因而，設計和開發高壓開關機械故障分析和診斷平臺十分必要的。

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