一种水平三柱式高压隔离开关的振动测试方法技术领域
本发明涉及一种水平三柱式高压隔离开关的振动测试方法，尤其是涉及
输变电技术领域。
背景技术
高压隔离开关是发电厂和变电站中重要的开关电器，与高压断路器配套
使用。其主要作用有：1、当高压电器设备在检修时，用来隔离被检修设备和
带点的电网，以保证安全检修。2、在双母线接线回路中，可以利用隔离开关
将电气设备或电路从一组母线切换到另一组母线。
高压隔离开关本身不像高压断路器具备专门的灭弧结构，所以它不能用
来开断负荷电流和短路电流。它需要和断路器配合使用，只有当断路器开断
电流后才能进行相关操作。目前我国不少变电站已经采用了无人值班方式，
但因为开关没有实现遥控操作，有倒闸任务时还是需要运行人员到站执行任
务。随着变电站的自动化水平的提高，隔离开关遥控成为可能。隔离开关的
遥控，是指利用测控系统经过二次控制回路，控制隔离开关操动机构中电动
机电源的接通或断开，进而控制电动机的起停，实现对隔离开关的分合闸遥
控操作。这不仅要求隔离开关具备遥控功能，而且要质量可靠，为进一步保
障操作安全和提高操作效率，综合自动化系统还要具有对隔离开关的监测和
控制功能，所以有必要对隔离开关在线监测进行深入探讨。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足，提供一种对现场运行的
高压隔离开关动作时所产生的振动信号进行实时测量、采集以及分析的手段，
从而全面跟踪记录隔离开关动作过程中的振动特性，用于可靠反馈隔离开关
动作位置结果以及预测隔离开关异常状态。
本发明涉及的一种水平三柱式高压隔离开关的振动测试方法，包括如下
步骤：
1、隔离开关振动信号采集测点选取。
是指对隔离开关设定振动监测点的过程。水平三柱式隔离开关在底座上
有三根绝缘支柱瓷瓶，这三根瓷瓶处于同一平面。其中两侧的绝缘支柱瓷瓶
上端固定安装有静触头，中间的绝缘支柱瓷瓶为旋转支柱瓷瓶，旋转支柱瓷
瓶上固定安装有导电杆，导电杆两端固定安装有动触头。现场应用时，输电
母线与水平三柱式高压隔离开关的静触头相联。中间的旋转支柱瓷瓶带动导
电杆运动，来实现线路的分闸及合闸。
导电杆由两根相同铜管组成。其端部各焊有一个圆柱形触头，借助铜夹
筷和铝罩连成一体。静触头(如图1所示)为指形多点接触形式，每对触片
有单独的弹簧.有足够的插入行程以保证两端支柱绝缘子在母线拉力作用时
仍能保证接触可靠。图中虚线状态为分闸位置，隔离开关合闸时，导电杆旋
转一定角度后，圆柱形触头和静触头接触在一起，然后静触头旋转约45度，
实现隔离开关的合闸。分闸时，静触头在复位弹簧的作用下偏转至初始状态，
以准备在下次合闸过程中起到导向和缓冲作用。
水平三柱式隔离开关在合闸或分闸时，动静触头、导电杆及绝缘支柱瓷
瓶都会受到较强的冲击力，此时动静触头、导电杆、绝缘支柱瓷瓶都能产生
丰富的振动信号。本发明使用工业振动传感器采集这些振动信号，并对其进
行分析，根据分析的结果判断水平三柱式隔离开关的分合闸状态是否到位。
将振动信号测点选择在静触头的接线端子侧方(如图2所示)。连接后振动传
感器与静触头成为刚性连接，隔离开关分合闸时静触头上的振动信号将无损
传递到振动传感器。
2、振动信号测量过程。
是指在隔离开关实时运行时对其分合闸产生的振动信号进行测量的过
程。本发明是一种采用中国优能特电力科技发展有限公司生产的ISD-500隔
离开关振动监测仪对在运隔离开关进行分合闸振动测试信号监测并分析的方
法，本发明针对国内外目前无人涉及的领域进行研究，成功用于实现隔离开
关在无现场人员监视的情况下进行遥控分合，并有效反映了隔离开关的运行
健康状态。
隔离开关在分闸或合闸时，通过监测仪对隔离开关振动监测点的振动数
据进行监测和采集，并对此进行记录。
3、数据分析和处理建议步骤。
是指对记录的振动数据进行分析，并根据分析结果判断隔离开关分合闸
是否到位，并且评估其健康状态的过程，根据分合闸的到位情况提供报警，
根据评估的健康状态提供相应的检修策略用于状态检修。
隔离开关作为电气设备中的运动部件，其在分闸、合闸过程中会产生丰
富的振动信号。隔离开关合闸是否到位、过位，合闸后是否自锁，分闸是否
到位，传动机构是否卡涩，都会毫无“保留”地反映到振动信号中。
合闸出现的问题包括合不到位、过位、触点接触不良、以及在运行过程
中逐渐松动等。合闸过程中动触头和静触头撞击、接触、摩擦会在不同时段
产生不同频率和强度的振动信号。触头结合的紧密程度直接影响了隔离开关
整个和部分的振动特性，对于每一种型号的隔离开关，其隔离开关整个和部
分的振动特性是一致的，本发明对水平三柱式隔离开关预先进行了振动分析
及记录，建立了完善的数据库。水平三柱式隔离开关运行中的每一次振动采
集都可以比较数据库中的正常数据模型进行分析。
分闸过程中的振动以动触头与静触头之间的摩擦为主，其振动幅度及频
率均小于合闸过程，振动响应时间也较短。但整个分闸过程中的时域特性和
振动频谱也具有明显的分析特性。可以使用类似于合闸分析的方法分析分闸
过程。
传动机构的卡涩会使合闸过程延长，并在振动信号中伴随有低频振动信
号，也能通过振动分析对其进行分析。
水平三柱式隔离开关在分合闸过程中，其主要运动形态是在水平面(x，
y平面)上的，对于ISD-500的振动传感器而言，其可以采集x、y、z三个
方向上的振动信号，因此对于振动信号的分析可以很方便的从中选取采集数
据。不过对于振动传感器的安装，要求它和静触头的接触面是垂直于水平面
的，这样可以有效避免安装接触面与水平面平行时，由于刚性误差造成水平
位移，而对水平面上的振动信号的采集有损失。照此要求，振动传感器应该
安装在静触头的侧面，并进行刚性连接处理。
附图说明
图1是静触头的结构部件图
图2是振动传感器的安装位置。
图3是合闸正常时的振动信号时域图
图4是分闸正常时的振动信号时域图
图5是合闸不能自锁时的振动信号时域图
图6是分闸不到位时的振动信号时域图
图7合闸不到位时的振动信号时域图
具体实施方式
1、监测及分析正常合闸过程。
1)合闸正常时的振动信号的时域图：见图3
2)正常合闸时监测数据分析：
时域图的起始时刻为动触头与静触头开始接触的时刻。
0ms至247ms之间静触头开始吸收来自动触头的动能，但由于惯性原因，
静触头并没有出现明显振动。
247ms至412ms之间，静触头克服惯性开始运动，因此产生振动信号，
不过此时动触头与静触头的结合还没有到最紧密的时候，动触头的动能还在
向静触头传递能量，同时，静触头还在克服其转动轴上的摩擦力做功，对外
传递能量。
412ms至783ms之间振动信号幅度最大，这个期间动触头与静触头已经
紧密接触，并且二者以最大能量进行运动并发出最大强度的振动，这个时间
段也是动静触头完成整个运动以致到最终位置的时间。
783ms至968ms之间是动静触头正常合闸到位后的静止阶段，这一段时
间基本没有振动信号。
从968ms开始，合闸自锁开始启动，重新产生新的振动信号，这一过程
持续到1600ms之后基本趋于结束。
2、监测及分析正常分闸过程。
1)正常分闸时的振动信号的时域图：见图4
2)正常分闸时监测数据分析：
时域图的起始时刻为动触头受外力作用连同静触头共同发生振动的时
刻。
0ms至806ms之间，动触头与静触头由铜夹筷和铝罩连接在一起，在动
触头所受外力(来自传动机构)的作用下共同产生位移，发生振动。这段时
间内，动触头与静触头仅需要克服静触头传动轴上的摩擦力，期间不产生碰
撞，其运动特性并不激励，因此振动幅度也不大。
806ms至1185ms之间，动、静触头经历了第一阶段的运动后，在806ms
时刻左右，二者到达联合结构的极限，动触头开始与静触头分离，此阶段，
振动信号主要来自于静触头自身的位置恢复。动触头在脱离静触头后，在传
动机构作用力下平稳运动，向其在隔离开关分闸状态时的固定位置运动。
4643ms至5199ms之间，传感器接收到较强烈的振动信号。其主要原因
是此阶段初始时刻，动触头连同其连接体达到自身固定位置，其之前的动能
转化为较强的振动信号，通过隔离开关自身传至振动传感器。这个强烈的振
动信号经历此阶段逐渐消失。这个阶段的起始时间和振动信号是非常重要的
监测指标，它们直接表明隔离开关的分闸是否到位，并且反映出传动机构的
传动力是否正常。
3、监测及分析合闸不能自锁的过程。
1)合闸不能自锁时的振动信号时域图：见图5
2)合闸不能自锁时的监测数据分析：
时域图的起始时刻为动触头与静触头开始接触的时刻。
0ms至252ms之间静触头开始吸收来自动触头的动能，但由于惯性原因，
静触头并没有出现明显振动。这一阶段与正常合闸时并无差异。
252ms至415ms之间，静触头克服惯性开始运动，因此产生振动信号，
此阶段动触头与静触头的没有达到最紧密的结合程度，动触头向静触头传递
动能，同时，静触头克服其转动轴上的摩擦力做功，对外传递能量。这一阶
段与正常合闸时基本无差异。
415ms至791ms之间振动信号幅度最大，这个期间动触头与静触头已经
紧密接触，并且二者以最大能量进行运动并发出最大强度的振动，这个时间
段也是动静触头完成整个运动以致到最终位置的时间。但对比正常合闸的振
动时域图，可以发现合闸不能自锁时，此阶段的最大振动幅度略小于正常合
闸时的振动幅度。
783ms至975ms之间是动静触头正常合闸到位后的静止阶段，这一段时
间基本没有振动信号。
从975ms开始，合闸自锁开始启动，重新产生新的振动信号。但该振动
信号的幅度相比于正常合闸时的振动幅度要小的多，表面合闸自锁并没有成
功。虽然有自锁外力启动，但自锁过程并没有执行下去。
4、监测及分析分闸不到位的过程。
1)分闸不到位时的振动信号时域图：见图6
2)分闸不到位时的监测数据分析：
时域图的起始时刻为动触头与静触头开始接触的时刻。
0ms至803ms之间，动触头与静触头由铜夹筷和铝罩连接在一起，在动
触头所受外力(来自传动机构)的作用下共同产生位移，发生振动。这段时
间内，动触头与静触头仅需要克服静触头传动轴上的摩擦力，期间不产生碰
撞，其运动特性并不激励，因此振动幅度也不大。
806ms至1185ms之间，动、静触头经历了第一阶段的运动后，在806ms
时刻左右，二者到达联合结构的极限，动触头开始与静触头分离，此阶段，
振动信号主要来自于静触头自身的位置恢复。动触头在脱离静触头后，在传
动机构作用力下平稳运动，向其在隔离开关分闸状态时的固定位置运动。
与正常分闸不同的是，在完成上述动作之后，在3754ms，振动传感器即
采集较为强烈的振动信号。这个振动信号的发生时刻要早于正常分闸时第三
阶段强烈振动信号的发生时刻。经历时间要短于正常分闸时第三阶段强烈振
动信号的经历时间。振动幅度也要小于正常分闸时第三阶段强烈振动的信号
幅度。这种振动信号表明隔离开关的分闸并没有到位，并且反映出传动机构
的传动力也异常(传动力不够)或者传动机构有卡涩现象。
5、监测及分析合闸不到位的过程。
1)合闸不到位时的振动信号的时域图：见图7
2)合闸不到位时监测数据分析：
时域图的起始时刻为动触头与静触头开始接触的时刻。
0ms至245ms之间静触头开始吸收来自动触头的动能，但由于惯性原因，
静触头并没有出现明显振动。
245ms至409ms之间，静触头克服惯性开始运动，因此产生振动信号，
不过此时动触头与静触头的结合还没有到最紧密的时候，动触头的动能还在
向静触头传递能量，同时，静触头还在克服其转动轴上的摩擦力做功，对外
传递能量。
409ms至742ms之间振动信号幅度最大，这个期间动触头与静触头已经
紧密接触，并且二者以最大能量进行运动并发出最大强度的振动，这个时间
段本应是动静触头完成整个运动以致到最终位置的时间。但与正常合闸时的
时域图比较发现，这个时间段振动幅度明显偏小。
742ms至1735ms之间振动传感器采集到高频振动信号，同时该振动幅度
较为稳定，在1021ms后开始减弱。这段时间持续时间较长，覆盖了正常合闸
时的自锁阶段。持续稳定的振动信号是因为动触头发生卡涩，传动机构持续
的传动力给动触头的动能无法完全释放而造成的。