《高压电器》文章推荐
原文发表在《高压电器》2024年第12期。
https://www.chndoi.org/Resolution/Handler?doi=10.13296/j.1001-1609.hva.2024.12.029
基于电机输出功率的隔离开关机械故障检测技术研究
马宏明1，钱国超1，赵现平1，阮江军2，刘宇飞2
(1. 云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2. 武汉大学电气工程学院， 武汉 430072)
一 内容简介
高压隔离开关在变电站中用量较多，其运行状态对电网安全稳定运行影响较大，但由于高压隔离开关长期暴露于户外环境，容易出现各种机械缺陷。文中提出一种基于电机输出功率的隔离开关机械故障检测技术，通过检测隔离开关动作过程中电机的电压与电流，获得电机输入功率，进一步减去在电机内部传递过程中的功率损耗，得到电机输出功率，可以有效避免电机功率损耗对测试结果的影响。针对电力系统中常用4种110 kV及以上电压等级的隔离开关典型波形进行分析，明确各段波形波峰波谷的位置及对应机械状态，为后续机械故障诊断提供指导，并经现场测试验证了其有效性。
二 主要内容
高压隔离开关是电力系统中用量最多的变电一次设备，主要用于隔离电源、倒闸操作、拉合无电流或小电流电路等，具有数量多、分布广的特点，电网公司每年耗费大量人力、物力、财力对其进行运维以保证其安全稳定运行。
高压隔离开关多数工作于户外环境，由于制造工艺参差不齐、安装调试不到位、运行环境恶劣、检修维护不及时等情况，容易出现各种机械缺陷。据统计，2016—2020年云南电网110 kV及以上隔离开关发生紧急、重大缺陷597台，其中机械缺陷328台，占比54.94%。
针对隔离开关机械缺陷检测，部分主流制造厂出厂时采用输出轴植入力矩传感器进行质量管控，但现场无法实施；有作者提出采用输出轴粘接电阻应变片进行检测，但检测结果受贴片安装状况影响大、稳定性差、准确度低，无法作为有效判断依据；有作者等考虑到每台隔离开关都会配备摇手柄，进而设计了一款内置力矩传感器的摇手柄，可以实时记录手摇时的操作力矩，但实测发现测量结果受手摇速度影响大，重复性差，无法作为判断依据；云南电科院等提出一种外置步进电机、转角传感器、力矩传感器的隔离开关操作力矩—转角检测技术，但由于成套装置较大，现场实施困难；清华大学等采用电机电流进行诊断，但实测发现，电机电流随现场电网电压存在波动，电流波形重复性差，根据电流进行状态判断困难；云南电科院等尝试通过电机输入功率进行判断，但由于电机损耗问题，输入功率曲线也存在类似波动。
文中提出一种基于电机输出功率的隔离开关机械故障诊断技术，通过检测隔离开关动作过程中电机的电压与电流，根据检测的电压电流数据计算电机的输入功率，在此基础上减去功率在电机内部传递过程中的功率损耗，得到电机输出功率，有效避免电机功率损耗对测试结果的影响。同时，可以结合隔离开关运动过程将输出功率曲线进行分段，根据每段波峰波谷的位置及峰值，实现隔离开关机械故障的判断与故障定位。
1 检测原理
2 检测结果分析
2.1 双柱水平旋转式
2.2 三柱水平旋转式
2.3 双柱水平伸缩式
2.4 单柱单臂垂直伸缩式
3 现场应用
三 结论
1)文中提出了一种基于电机输出功率的隔离开关机械故障检测技术，并经现场验证了其有效性。
2)该方法可以用于隔离开关机械状态在线检测或传动时的带电检测，也可以用于隔离开关出厂试验、交接验收、检修后评估等质量把控。
3)后续通过智能化算法，结合输出功率曲线分段及各段波峰波谷的位置，可以实现隔离开关机械状态的自动判定及预警。
作者简介
马宏明(1987—)，男，高级工程师，硕士，研究方向为高压开关设备状态评价(E-mail：ncepuming@126. com)。
本文索引
马宏明，钱国超，赵现平，等. 基于电机输出功率的隔离开关机械故障检测技术研究[J]. 高压电器，2024,60(12)：256-263.
MA Hongming，QIAN Guochao，ZHAO Xianping，et al. Research on mechanical fault detection technology of disconnector based on output power of motor[J]. High Voltage Apparatus，2024, 60(12)：256-263.
《高压电器》，CN 61-1127/TM，ISSN 1001-1609，邮发代号：52-36，1958年创刊，月刊，国内外公开发行，刊名由当时的人大常委会副委员长、中国科学院院长郭沫若同志亲笔题写。陕西省科技期刊精品期刊。
《高压电器》入选的数据库有：中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国科学引文数据库（CSCD）核心刊、RCCSE中国核心学术期刊、世界期刊影响力指数（WJCI）报告。另外，《高压电器》还被国际著名的Scopus数据库收录，同时被俄罗斯的《文摘杂志》（AJ，VINITI）、英国的《科学文摘》（SA）及日本科学技术振兴机构数据库（JST）等著名期刊检索机构列为来源期刊。
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