新型扭矩传感器助力隔离开关状态监测与检修 CNR218-199

项目背景

本文针对电力生产中的实际痛点，研发了扭矩传感器助力隔离开关状态监测与检修，有效提升了作业效率与安全水平。隔离开关是变电站中数量最多的电气设备之一，其运行状态直接影响电网的安全稳定。长期运行中，隔离开关的传动部件和导电臂容易出现机械卡涩，若未能及时发现，可能发展为分合闸不到位甚至拒动，威胁多条输电回路的正常运行。

机械卡涩的形成具有渐进性，早期表现为操作扭矩的轻微变化，但传统巡视和停电检修难以捕捉这类细微征兆。运维人员通常只能在故障显现后被动处理，缺乏对隔离开关机械状态的量化判断手段。

针对这一现状，本项目研制了一种新型扭矩传感器装置，在不改变隔离开关轴系结构的前提下测量输出主轴扭矩，结合专家诊断系统绘制扭矩与转角关系曲线，为状态评价和检修决策提供依据。

存在问题

• 机械故障缺乏早期诊断手段。隔离开关的卡涩缺陷在初期不会引起明显的电气量变化，现有监测手段难以在故障早期发出有效预警。
• 停电检修依赖定期计划。传统检修按周期安排停电，既可能对状态良好的设备过度检修，也可能遗漏已存在隐患的设备。
• 卡涩部位难以准确判断。即使发现操作异常，运维人员也难以确定卡涩发生在传动机构的哪一级，检修针对性不强。
• 现场测量条件受限。隔离开关轴系结构紧凑，常规扭矩测量需要拆解传动部件，实施难度大且影响设备原有状态。
• 数据积累不足。不同厂家、型号和运行年限的隔离开关缺乏系统的扭矩数据，状态判定缺少可比对的基准。

创新目标

项目旨在研制一种可在不拆解隔离开关轴系的情况下测量主轴扭矩的装置，通过扭矩与转角关系曲线判断机械卡涩缺陷并定位卡涩部位，同时具备诊断结果传输功能，为隔离开关的状态评价、检修优化和新装验收提供技术支撑。

技术方案

装置由新型扭矩传感器和专家诊断系统两部分构成。传感器直接安装于隔离开关输出主轴，在不改变轴系结构的前提下采集扭矩信号；专家系统接收测量数据后，绘制扭矩与转角的对应关系曲线，并将当前曲线与历史测量曲线进行比对。

操作流程上，运维人员在隔离开关操作过程中启动测量，装置同步记录扭矩和转角数据。专家系统根据曲线形态特征判断是否存在机械卡涩，并依据曲线异常段对应的转角区间确定卡涩部位，随后将诊断结果发送给检修和运行人员。

该装置可在多种运行工况下测量隔离开关的机械负载，测量过程不影响设备正常操作，诊断结果可直接用于指导现场检修。

创新亮点

• 免拆解测量：传感器直接安装于输出主轴，无需断开隔离开关轴系结构，避免了传统测量方式对设备状态的干扰。
• 曲线比对诊断：通过扭矩与转角关系曲线与历史数据的对比，可判断机械卡涩缺陷并确定卡涩部位，诊断依据直观可查。
• 结果实时传输：装置具备信息传输功能，诊断结果可及时发送给检修和运行人员，缩短了从发现异常到处置的响应时间。
• 数据持续积累：装置在试运行期间积累了不同工况下的测量数据，为后续建立覆盖多厂家、多型号的数据库奠定基础。
• 拓展应用潜力：技术思路可延伸至GIS隔离开关的参数测量，为其他电气设备的现场测试和校验提供参考。

落地应用效果

该装置已在多个变电站实地应用，试运行期间应用效果良好，改变了过去隔离开关机械故障缺乏有效早期诊断手段的局面，为检修工作提供了技术支撑，并积累了大量现场数据。

应用过程中，装置能够发现机械卡涩缺陷并给出卡涩部位判断，使检修人员可以提前安排针对性处理，减少了设备迫停的风险。后续产业化的重点在于完善专家系统、拓展应用空间和推进小型化设计，以提高装置在户外复杂天气条件下的可靠性。

产出物：新型扭矩传感器装置、专家诊断系统、隔离开关扭矩与转角关系曲线及诊断结果。

适用场景：变电站隔离开关的状态监测与检修优化，GIS隔离开关参数测量，隔离开关新装验收及全过程状态检修。

常见问题

Q：装置安装是否需要停电或拆解隔离开关？

A：不需要。传感器直接安装于输出主轴，不改变隔离开关轴系结构，可在设备操作过程中完成测量。

Q：诊断结果如何指导现场检修？

A：专家系统根据扭矩与转角曲线判断是否存在卡涩并确定部位，检修人员可据此提前安排针对性处理，减少停电范围和检修工作量。

Q：后续产业化需要解决哪些问题？

A：需要完善专家系统、积累不同厂家和型号隔离开关的数据、推进小型化设计，并将测量思路拓展到GIS隔离开关等设备的参数测试中。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。