高壓線路隔離開(kāi)關(guān)故障的分析與研究

0開(kāi)、閉定位機(jī)構(gòu)的選擇隔離開(kāi)關(guān)與高壓設(shè)備和道路器一起打開(kāi)和關(guān)閉。尤其是在高壓電氣檢修的工作流程中,必須確認(rèn)隔離開(kāi)關(guān)處于明顯斷開(kāi)狀態(tài)后,檢修人員才能在高壓電氣設(shè)備或線路上進(jìn)行作業(yè)。當(dāng)以人工方式對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作時(shí),操作人員處于隔離開(kāi)關(guān)的附近,可以直接觀察隔離開(kāi)關(guān)主觸頭的動(dòng)作情況,以確定是否“分”、“合”到位。然而在智能化變電站的設(shè)計(jì)中,由于逐步實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守功能,其選用的高壓隔離開(kāi)關(guān)一般使用電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)以替代人力的開(kāi)拉操作,這樣就帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題:使用電動(dòng)操作后,由于操作人員是在遠(yuǎn)方后臺(tái)遙控,無(wú)法觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作后的閘刀刀片實(shí)際的“分”、“合”狀況。因此對(duì)電動(dòng)遙控閘刀操作后的高壓動(dòng)觸頭的在線位置進(jìn)行檢測(cè),直接關(guān)系到電氣設(shè)備作業(yè)人員的安全,一旦出現(xiàn)判斷失誤,將會(huì)引起重大安全事故。傳統(tǒng)的高壓隔離開(kāi)關(guān)判斷刀閘的開(kāi)、閉狀態(tài)采用的方法是:在控制刀閘“分”、“合”的操作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸上安裝輔助開(kāi)關(guān)。而安裝于操作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸上的輔助開(kāi)關(guān),當(dāng)操作機(jī)械動(dòng)作時(shí),帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),從而改變輔助開(kāi)關(guān)的狀態(tài),對(duì)刀閘的開(kāi)合狀態(tài)進(jìn)行間接地判斷。這只是通過(guò)對(duì)二次側(cè)(低壓側(cè)的檢測(cè),并沒(méi)有反映出隔離開(kāi)關(guān)一次側(cè)(高壓側(cè))的實(shí)際“分”、“合”狀態(tài)的情況。其次,現(xiàn)有的隔離開(kāi)關(guān)閘臂的轉(zhuǎn)軸雖然有諸如限位開(kāi)關(guān)之類(lèi)的機(jī)構(gòu)可以輔助定位,但由于其原理是機(jī)械定位,一旦出現(xiàn)磨損等狀況,這種定位就會(huì)失去準(zhǔn)確性,因此在實(shí)際操作中,這種定位方式無(wú)法成為完全有效的自動(dòng)定位手段。針對(duì)上述的問(wèn)題,本文提出一種新型的110kV隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置,利用激光感應(yīng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓線路隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合狀態(tài)的精準(zhǔn)遠(yuǎn)程檢測(cè),有效地解決了隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠監(jiān)測(cè)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化確認(rèn),大大提高了高壓線路維護(hù)的安全性和高效性。1高壓隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為了提高高壓電氣設(shè)備及輸電線路檢修維護(hù)作業(yè)的安全性,實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守變電站中高壓隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)監(jiān)測(cè),本文提出了一種將激光感應(yīng)技術(shù)應(yīng)用到高壓隔離開(kāi)關(guān)的觸頭開(kāi)合位置監(jiān)測(cè)的新思路,實(shí)現(xiàn)了一套新型的隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。圖1為高壓隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置系統(tǒng)示意圖。圖1中,整套系統(tǒng)由隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合狀態(tài)激光感應(yīng)模塊、通信模塊和后端服務(wù)器三個(gè)主要功能模塊組成。其中:隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合狀態(tài)激光感應(yīng)模塊安裝于隔離開(kāi)關(guān)位置,用以監(jiān)測(cè)隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭的合閘或開(kāi)閘狀態(tài);通訊模塊用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)前端和后臺(tái)監(jiān)測(cè)終端的通訊,其方式可以使無(wú)線通訊或者有線方式,圖中所示的就是一種基于低壓側(cè)電力線載波技術(shù)的通訊模塊。電力載波通訊模塊沿著控制電纜備用芯安裝,利用低壓電線作為通訊傳輸介質(zhì),建立隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)激光感應(yīng)模塊和后端服務(wù)器的連接;后端服務(wù)器用以接收所有的隔離開(kāi)關(guān)激光感應(yīng)模塊的開(kāi)合狀態(tài)信息,并以圖形化的方式直觀地顯示在終端屏幕上。2隔離開(kāi)關(guān)工作原理本文提出的激光感應(yīng)式隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置的工作原理主要是感測(cè)隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭的位置。正常情況下,隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸頭一般具有2種狀態(tài),即完全閉合和完全打開(kāi)。因此,要精準(zhǔn)可靠地監(jiān)測(cè)一個(gè)隔離開(kāi)關(guān)某個(gè)動(dòng)觸頭的狀態(tài),需要針對(duì)閉合和完全打開(kāi)2種狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。由于隔離開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)形態(tài)存在著不同的方式,根據(jù)其動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)方式的不同分為剪刀式、插入式和旋轉(zhuǎn)式,相應(yīng)地,安裝激光感應(yīng)裝置的方式也不一樣,但是其基本工作原理都是相同的。圖2是位于三相高壓線路上的隔離開(kāi)關(guān)的示意圖。圖2中,每組隔離開(kāi)關(guān)包含有12個(gè)激光發(fā)射器,分別對(duì)應(yīng)控制三相高壓線路的開(kāi)合。每個(gè)隔離開(kāi)關(guān)由2個(gè)閘臂組成,分別是左動(dòng)觸頭和右動(dòng)觸頭,激光感應(yīng)模塊必須同時(shí)監(jiān)測(cè)2個(gè)動(dòng)觸頭的狀態(tài)。對(duì)于動(dòng)觸頭的狀態(tài),針對(duì)2種狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),即閉合狀態(tài)和全開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)分別置于這2種狀態(tài)時(shí),動(dòng)觸頭會(huì)處于2個(gè)不同位置,針對(duì)這2個(gè)位置,需要2組激光發(fā)射器、激光反射鏡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這樣,監(jiān)測(cè)每組隔離開(kāi)關(guān)共需要12組激光發(fā)射器、激光反射鏡。3隔離開(kāi)關(guān)的輸出由于高壓線路一次側(cè)有著數(shù)百千伏的高壓,如何對(duì)隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭這樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠定位,具有一定的難度。本文中所提出的激光感應(yīng)裝置是一種無(wú)接觸式的光電感應(yīng)系統(tǒng),利用激光線束實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)觸頭位置的遠(yuǎn)距離感測(cè),從而避開(kāi)了一次側(cè)的高壓環(huán)境。圖3為本激光感應(yīng)裝置的基本組成。圖3中,整個(gè)裝置包含激光發(fā)射器、激光反射鏡、激光感應(yīng)器和主控處理器幾個(gè)主要組成部分。激光發(fā)射器固定安裝于隔離開(kāi)關(guān)下方,恒定或者脈沖方式發(fā)射激光線束;激光反射鏡安裝于隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸頭上,作用是當(dāng)動(dòng)觸頭處于特定位置時(shí),將激光發(fā)射器射來(lái)的激光線束反射到相應(yīng)激光感應(yīng)器的光敏面;激光感應(yīng)器負(fù)責(zé)接收激光反射鏡發(fā)射過(guò)來(lái)的激光信號(hào),并根據(jù)是否有接收到激光線束而分別輸出不同的二進(jìn)制狀態(tài)位“0”或“1”,當(dāng)沒(méi)有接收到激光信號(hào)時(shí),輸出“0”,接收到激光信號(hào)則輸出“1”。激光感應(yīng)器的輸出連接到主控CPU的GPIO管腳,將表征是否接收到激光信號(hào)的狀態(tài)位傳送給主控CPU;主控CPU針對(duì)不同的激光發(fā)射方式以不同的信號(hào)特征來(lái)判斷是否接收到反射的激光信號(hào)。如果是恒定發(fā)射的激光,則直接以“1”或“0”來(lái)判斷激光反射鏡是否到位;如果是脈沖式激光發(fā)射器,則根據(jù)脈沖信號(hào)的規(guī)律是否被破壞來(lái)判定激光反射鏡到位與否,從而進(jìn)一步識(shí)別出隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸頭的位置。圖4顯示了2種不同的輸出信號(hào)。主控CPU還通過(guò)通過(guò)以太網(wǎng)口連接到通訊模塊如電力線載波模塊,通過(guò)通訊模塊實(shí)現(xiàn)和后端的服務(wù)器的信息交互。主控CPU通過(guò)GPIO管腳采集所有激光感應(yīng)器的輸出信號(hào),并將這些信號(hào)數(shù)據(jù)傳送到后端服務(wù)器。激光感應(yīng)模塊包含有多組激光發(fā)射器、激光反射鏡、激光感應(yīng)器,這些光電模塊的工作原理和流程完全相同。4動(dòng)觸頭閉合、污染時(shí)的監(jiān)測(cè)以插入式隔離開(kāi)關(guān)為例來(lái)圖解激光感應(yīng)模塊的工作流程。圖5為激光感應(yīng)監(jiān)測(cè)隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合狀態(tài)原理示意圖。如圖5所示,針對(duì)動(dòng)觸頭的監(jiān)測(cè),分別針對(duì)動(dòng)觸頭處于閉合位置和全開(kāi)位置,需要2組激光發(fā)射器、激光反射鏡和激光感應(yīng)器。激光反射鏡固定安裝于動(dòng)觸頭上,激光發(fā)射器和激光感應(yīng)器固定安裝于動(dòng)觸頭的下方的地面或支架上。以A相線路隔離開(kāi)關(guān)左臂為例,針對(duì)動(dòng)觸頭閉合的監(jiān)測(cè)方法是:當(dāng)動(dòng)觸頭處于閉合位置時(shí),激光發(fā)射器發(fā)出的光線線束剛好能經(jīng)由動(dòng)觸頭上的反射鏡反射后到達(dá)對(duì)應(yīng)的激光感應(yīng)器,激光感應(yīng)器接收到激光信號(hào),便輸出一個(gè)高電平信號(hào),也就是二進(jìn)制數(shù)位“1”(Kals=1);當(dāng)動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)離開(kāi)閉合位置時(shí),由于激光反射鏡也會(huì)隨著動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)而改變位置,無(wú)法再將激光線束發(fā)射至激光感應(yīng)器上,此時(shí),激光感應(yīng)器接收不到激光信號(hào),便相應(yīng)輸出一個(gè)低電平信號(hào),也就是二進(jìn)制數(shù)位“0”(Kals=0)。與此類(lèi)似,針對(duì)動(dòng)觸頭全開(kāi)的監(jiān)測(cè)方法是:當(dāng)動(dòng)觸頭處于全開(kāi)位置時(shí),激光發(fā)射器發(fā)出的光線線束剛好能經(jīng)由動(dòng)觸頭上的反射鏡反射后到達(dá)對(duì)應(yīng)的激光感應(yīng)器,激光感應(yīng)器接收到激光信號(hào),便輸出一個(gè)高電平信號(hào),也就是二進(jìn)制數(shù)位“1”(Kalo=1);當(dāng)動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)離開(kāi)全開(kāi)位置時(shí),由于激光反射鏡也會(huì)隨著動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)而改變位置,無(wú)法再將激光線束發(fā)射至激光感應(yīng)器上,此時(shí),激光感應(yīng)器接收不到激光信號(hào),便相應(yīng)輸出一個(gè)低電平信號(hào),也就是二進(jìn)制數(shù)位“0”(Kalo=0)。利用上述方法,便可以精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)動(dòng)觸頭是否處于閉合或全開(kāi)位置,從而監(jiān)測(cè)到每個(gè)隔離開(kāi)關(guān)的合閘和開(kāi)閘狀態(tài)。5激光傳感器組與橫擔(dān)構(gòu)架的聚合反應(yīng),利用激光傳感器組直接反回回射線vp在山東威海供電公司220kV榮城變電站實(shí)施了隔離開(kāi)關(guān)激光狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),如圖6所示。為110kV隔離開(kāi)關(guān)的監(jiān)測(cè)設(shè)備,激光傳感器組安裝于橫擔(dān)構(gòu)架上的兩只圓桶體內(nèi),激光光線通過(guò)防雨弧形球罩射出并反回。其中,球罩與隔離開(kāi)關(guān)帶電體保持110kV電壓等級(jí)所要求的安全凈距。6抗干擾性測(cè)試目前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于110kV電壓等級(jí),由于激光開(kāi)關(guān)離110kV帶電距離大于安全距離,約為1.5m,經(jīng)測(cè)試尚未發(fā)現(xiàn)因電場(chǎng)影響的失靈干擾,同時(shí),因激光脈沖頻率較高(MHz級(jí))。目前抗干擾性基本能滿足現(xiàn)場(chǎng)需求,但是對(duì)500kV尚無(wú)測(cè)試驗(yàn)證。圖7中將激光反射板安裝在隔離開(kāi)關(guān)觸頭的導(dǎo)電桿上,即桿中間的2只手表帶狀的淡白色鋁質(zhì)帶,用螺栓固定。經(jīng)檢測(cè)試驗(yàn),不會(huì)對(duì)操作中產(chǎn)生意外影響。由于固定套是金屬鋁,與導(dǎo)電桿是同類(lèi)金屬,也不會(huì)產(chǎn)生金屬腐蝕及電池效應(yīng),對(duì)運(yùn)行來(lái)講不會(huì)產(chǎn)生干擾影響。7無(wú)線通訊通訊模式現(xiàn)代智能化的變電站都以無(wú)人值守的方式運(yùn)轉(zhuǎn),采集到的隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)必須能實(shí)時(shí)傳送到后端的監(jiān)測(cè)中心,這就涉及到采集現(xiàn)場(chǎng)和后端平臺(tái)的通信。幾種典型的通信模式是直接用光纖寬帶線或者五類(lèi)線寬帶,或者是基于2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通訊和基于電力線載波的有線通訊。無(wú)線通訊可借助于電信、聯(lián)通或移動(dòng)的公共網(wǎng)絡(luò)建立虛擬專網(wǎng)通訊;基于電力線載波的通訊模塊可沿著電力線路安裝,利用低壓電線作為通訊傳輸介質(zhì),建立起隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)激光感應(yīng)模塊和后端服務(wù)器的連接。后端服務(wù)器接收所有的隔離開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀態(tài)信息,并以圖形顯示的方式顯示在屏幕上。當(dāng)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)異常情況時(shí),可啟動(dòng)警報(bào)機(jī)制提醒維護(hù)人員進(jìn)行進(jìn)一步的狀態(tài)確認(rèn)。8距離精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)本文提出的激光感應(yīng)式隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置,利用激光感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓線路一次側(cè)的隔離