GIS隔离开关分合闸检测方法研究及应用

王语嫣 刘慧娟 苏柄全

摘要：GIS设备是密封性设备，不能直接观测到动静触头的分合到位情况，如果GIS隔离开关分合闸不到位，则很容易造成设备事故，且GIS设备的事故处理难度较大，导致恢复供电慢，事故处理费用高，为电网安全运行带来隐患。本文针对此类问题，对比目前针对GIS隔离开关的主要检测手段，提出通过在分合闸过程中检测电机电流来判断GIS隔离开关分合闸情况的方法并进行详细分析及方案设计。

关键词：GIS;隔离开关;电机电流;仿真模型

引言

GIS设备由于其结构特点的限制，设备内部的状态无法从外观察，因此当GIS隔离开关分合闸出现故障时，机构处分合闸指示往往不能够准确反映隔离开关本体的真实状态。目前各地供电局在进行GIS操作时都必须采用辅助手段进行位置核实，通过测量GIS隔离开关拐臂至止钉距离，以确认隔离开关分合到位情况。但是这种方法存在不直观、不明确的情况，且不宜在设备运行时测量。因此，本文通过分析比较目前正在应用的GIS隔离开关检测方法，提出一种基于电机电流的GIS隔离开关分合的检测方法。

一、GIS隔离开关检测技术

1.1基于机械特性的检测

在GIS设备连杆处进行划线，即在隔离开关完全分合闸到位后在传动拐臂上作划线标记，然后在之后的操作完成后以“是否与分、合闸对线成一条直线”为到位依据。该方法在一段时间内能起到一定的作用，但随着外部环境的影响，标线会模糊甚至消失，需要人员对其进行定期维护划线，且GIS结构紧凑，导致观测存在盲区，夜间难以观测。设备常年运行，传动部分容易出现变位，且传动轴和动触头连接若脱扣，将导致划线标识无法准确表明已分合到位。

1.2基于X射线数字成像技术的检测

该方法是利用X射线通过被检测物体，由于物体中有缺陷部位（如气孔、非金属杂质等）与无缺陷部位对X射线的吸收能力不同，因此可以通过对比被检物体射线强度的差异，来判断被检物体中是否存在缺陷。

X射线数字成像技术实现了GIS内部结构“可视化”的诊断，可有效解决GIS设备内部结构复杂，解体困难、检修技术含量高、耗时长及停电损失大等检测难题，为准确定位设备的故障点提供了极大便利。但X光成像角度受GIS结构的影响，容易出现成像角度偏移，引起结果判断误差，同时X光成像存在电离辐射，对作业人员而言，存在健康风险，不适用于日常快速检测，一般用于设备特殊巡检或者事故后检测。

二、基于电机电流的GIS隔离开关分合闸检测

2.1基于matlab的三相异步电机仿真模型

由牛顿力学可知，力矩表示力对物体作用时所产生的转动效应的物理量，力和力臂的乘积为力矩，为矢量。电机转矩=电机输出力x力臂，此处的力臂即指电机带动隔离开关分合转动的半径。因此，验证电机电流与电机转矩之间的关系即可以验证电机电流与输出力的关系。本文利用MATLAB搭建仿真模型。

该仿真模型为开环控制模型，可以通过调节负载从而改变输出的参数波形。程序运行后电机电流及电机转矩波形如下图。1s之前为电机启动电

流。

为进一步分析电机电流与操作转矩之间的关系，需对这两组波形进行简化处理。忽略启动电流部分后，对剩余部分的波形取峰值点并连接起来，电机电流包络波形与电机转矩波形如图5、6所示。

利用MATLAB对电机电流和操作转矩进行函数关系拟合后，得出函数的相关系数为0.991313，接近1，证明电机电流与电机转矩相关程度很高。

2.2模拟实验

为进一步验证电机电流与操作转矩之间存在高相关性及该检测方法的可行性，在厂家的帮助下进行了模拟实验。模拟电机分别在正常情况与卡涩情况下，对上述两种情况的电机电流的波形进行采集，然后比较两个波形之间的区别。该实验通过信号采集器将采集的信号输入PC端，再用示波器对信号波形进行分析。

在电机正常工作情況下，施加负载，会产生一定的波形，如图7所示。

给电机增加一定阻力时，即模拟机构存在卡涩情况，此时的波形峰值、时间与正常工作情况下的波形相比，有明显变化，所需时间增长，峰值增大，如图8所示。

图8卡涩情况下电机电流波形在正常工作情况下，隔离开关分合产生的电力电流的波形是一定的。

在一定误差范围内，峰值大小，出现峰值的时间，动作完成时间等参数应为固定值。而当机械出现卡涩，例如当隔离开关轴承座、拉杆、连接杆、活动接头等机械部件发生卡涩时，操作力矩增大，驱动电机电流也增大，根据电流峰值大小可判断卡涩程度，根据电流峰值出现时刻，结合隔离开关动作行程，可初步判断发生卡涩缺陷的部位。

针对不同的情况，电机电流波形会出现不同的变化，通过与正常情况的波形进行对比，以大量实验为基础，便可以通过监测电机电流从而对隔离开关进行故障诊断。在变电站日常运行维护管理中，可将驱动电机电流采集硬件系统安装在电动操动机构箱内，通过远程软件系统实时检测隔离开关分合闸操作过程中的电机电流信号，并基于此进行隔离开关分断-闭合监测。

三、结束语

针对GIS隔离开关分闸到位难判断问题，本文首先比较了目前应用的 GIS隔离开关的检测技术，然后提出基于电机电流的GIS隔离开关分合闸检测方法，并通过MATLAB建立模型，模拟电机电流与操作力矩波形，对仿真信号进行信号分析，证明电机电流与输出力相关性极高，最后通过模拟实验，从实际角度上证明隔离开关分合闸动作过程中的驱动电机电流可以作为隔离开关分合状态的判据。基于电机电流信号检测与分析，可以有效诊断GIS隔离开关机械故障，提高设备运行可靠性。

参考文献：

[1]邱志斌，阮江军，黄道春，姚文军，张恩伟，魏晓伟.基于电机电流检测的高压隔离开关机械故障诊断[J].中国电机工程学报，2015，35（13）：

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[2]吴如祥.GIS隔离开关动作特性状态监测的应用研究[D].华南理工大学，2015.