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高壓隔離開關是一種起著隔離作用的開關設備，在變電站中使用較多，主要安裝于斷路器兩側，與斷路器配合使用。由于高壓隔離開關主要工作于戶外環境，飽受風霜雨雪的侵蝕，長時間運行后金屬傳動機構容易氧化腐蝕，軸承軸銷處的潤滑脂變質、流失，同時運動關節處易積累灰塵與氧化物，加之運行維護不及時，容易出現如絕緣子斷裂、導電回路過熱、機械故障、二次回路失效等各種故障缺陷。

根據云南電科院的統計，在2008年1月～2016年12月，云南電網110kV及以上電壓等級的隔離開關一共發生357起缺陷故障，其中機械故障缺陷發生195起，主要有分合閘不到位、操作卡澀、彈簧失效、夾緊力不足、三相不同期、傳動部件損壞變形與松動等，占總故障量的54.62%。

目前已有部分學者針對隔離開關這些機械故障隱患的影響與診斷做了部分研究。

• 有學者通過簡化的GW4隔離開關數學模型定性分析了觸頭觸指接觸壓力、接觸輪廓和傳動連桿的位置對操作力矩的影響。
• 有學者基于Adams對折臂式隔離開關分合閘過程進行了動力學仿真計算，分析了理想情況下分合閘過程操作力矩的變化情況，并對傳動機構中的關鍵部件進行強度校核。
• 有學者指出，對于帶手動操作機構的隔離開關，可根據操作時的手感輕重來判斷有無機械卡澀，該方法與操作人員的經驗有關，容易引起誤判。
• 有學者提出一種基于隔離開關電動操動機構電機電流的機械故障診斷方法，指出在不考慮電機勵磁電流情況下，電機電流包絡線與操作桿力矩存在二次函數關系，可根據電機電流包絡線的變化來判斷隔離開關操作過程中是否存在缺陷，該方法在電機工作電壓恒定時可行，但在變電站現場隔離開關驅動電機的供電電壓存在波動，無法利用該方法進行有效判斷。
• 有學者通過測量隔離開關動作過程中操作桿的應變來判斷隔離開關是否存在機械故障缺陷，該方法雖能對隔離開關的機械狀態進行判斷，但對應變片貼片技術要求較高，貼片位置不恰當時，會導致測量數據不準，影響分析判斷。
• 有學者提出了通過測量隔離開關操作力矩來判斷隔離開關狀態，采用安裝在手動操作機構手柄上的力矩傳感器來測量隔離開關動作過程操作力矩，測量時要求勻速搖動手柄，測量結果受人為影響較大，數據可靠性不高，不能很好地反應隔離開關的機械狀態。
• 有學者設計并制作了某GW4型隔離開關測力觸頭，在分合閘過程中實時連續測量觸頭觸指接觸力，據此能有效判斷觸頭觸指加緊力是否滿足要求、三相是否同期，但該方法在測量過程中需改變隔離開關原有結構，且操作繁瑣。
• 有學者將計算機視覺與圖像處理技術引入到對高壓隔離開關分合閘狀態檢測中，能有效判斷GW4、GW7、GW23型隔離開關分、合閘狀態。
• 有學者根據高壓隔離開關機械狀態出現異常時，其振動信號會發生相應的改變，提出通過監測隔離開關振動信號來判斷隔離開關機械狀態，并針對故障診斷時特征庫中故障類別不完備的問題，提出了基于多重支持向量域描述的故障診斷方法，能有效識別被測隔離開關的模擬故障狀態和異常狀態，為隔離開關機械故障診斷提供了一條可行的思路。

在目前隔離開關機械故障缺陷頻發，診斷方法尚不完善的背景下，有必要對隔離開關機械故障缺陷診斷技術進行研究，以及時發現機械故障隱患，防止事故擴大造成更大損失。

為此，云南電網有限責任公司電力科學研究院、武漢大學電氣與自動化學院、國網湖北省電力公司技術培訓中心的研究人員，以某GW4A 126型隔離開關為研究對象，在Adams中建立隔離開關虛擬樣機模型，模擬仿真計算隔離開關在正常、卡澀、三相不同期三種狀態的合閘力矩波形，并作對比分析；由不同機械狀態對應的仿真力矩波形不同，提出一種基于操作力矩與操作桿轉角檢測的隔離開關機械故障診斷方法，并通過試驗驗證了該方法的可行性，在此基礎上總結了基于操作力矩-轉角曲線的隔離開關機械故障診斷流程，為隔離開關的安裝調試、檢修維護提供參考。

圖1 某GW4A 126型隔離開關虛擬樣機模型

圖2 某GW4A 126型隔離開關與檢測裝置示意圖

圖3 基于操作力矩-轉角曲線的隔離開關機械故障診斷流程

研究人員最后分析得出以下結論：

1）當隔離開關機械狀態改變時，其動作過程操作力矩會發生相應的改變，因此可通過檢測隔離開關動作過程的操作力矩與操作桿轉角來判斷隔離開關機械狀態。

2）本文提出的一種隔離開關操作力矩與轉角檢測方法能夠有效、準確檢測隔離開關動作過程中操作力矩的變化情況。

3）不同機械狀態下的操作力矩-轉角曲線存在明顯差別，可根據曲線特性如操作桿轉動的角度、典型波峰波谷的數量、峰值、位置、力矩均值/極值等對各機械狀態加以區分。

以上研究成果發表在2019年《電工技術學報》增刊2，論文標題為“GW4隔離開關機械故障仿真與診斷技術”，作者為馬宏明、周濤濤、彭詩怡、邱志斌、朱琳。