2017年国家电网公司牵头智能运检体系建设，发布《智能运检白皮书》，全力推动电力检修方式从传统计划检修向状态检修的积极转变，致力于打造以状态实时检测为基础、以故障有效诊断和决策为输出的智能运检体系。

在众多电力设备中，高压隔离开关应用规模、故障次数均位列高压输变电设备榜首。根据国家电网公司2015年开关设备运行情况统计，全国高压隔离开关设备在运368454套，常与断路器配合使用，以便形成明显断口，确保断电的可靠性。

而户外隔离开关因为工作在开放环境中，经历不同天气状况，伴随空气中灰尘、粉尘等颗粒污染物的长期堆积，叠加了需在现场进行安装调试的不确定性，以及相关研发投入不足、性能提升缓慢的市场现状，使得隔离开关故障率居高不下。

而且隔离开关数量多、分布广，随着用电负荷的日益增长，隔离开关年久失修引起的事故占比越来越高，对电网造成巨大影响，例如广东电网某500kV变电站“4.10”事件及某500kV变电站“4.11”事件，均是因为没有及时发现隔离开关存在隐患，最终造成大面积停电。

据国网公司开关设备运行情况统计，2015年72.5kV及以上隔离开关发生缺陷7682台•次；浙江电网2014年在役110kV及以上开放式隔离开关32934台，2006年~2014年发生故障3777起，其中锈蚀、触头发热、卡涩等典型故障共发生2664起，占总故障的70％以上；2008年~2016年，云南电网110kV及以上电压等级的隔离开关一共发生357起缺陷故障，其中机械故障缺陷占比54.62%；2019年，江西电网在役110kV及以上隔离开关35881台，其中220kV及以上隔离开关全年发生严重及以上缺陷57处，占变电设备的43%。

而隔离开关现行检修方式依旧以计划检修为主，其判断在很大程度上依赖运维人员经验，如《隔离开关和接地开关状态评价导则》要求对隔离开关各部件是否存在缺陷逐一判断和打分，但判断手段模糊且无法同时诊断多种故障，操作性差。

随着智能运检的发展与推进，国内外学者也对隔离开关的状态检修开展系列研究。

有的学者基于隔离开关分合闸轨迹判断隔离开关是否正常，如王黎明等归纳出基于隔离开关主轴转角特性的故障诊断方法；马宏明等将此方法应用于折叠式隔离开关，取得一定效果。这种方法直观明晰，但对于不改变隔离开关运动特性的轻微卡涩等机械故障，不能有效识别。

李少华等通过振动信号与各状态标准信号的相似程度来判断隔离开关状态，随后采用ReliefF算法和BP神经网络实现故障类型、位置诊断；JiaYongyong等通过振动信号判断气体金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear, GIS）内隔离开关合闸状态。

振动信号也是目前对断路器机械缺陷诊断的主流研究方向，但振动信号仅对零件松动和间歇性接触等故障敏感，对卡涩、不同期等常见故障无明显特征，且检测结果受传感器安装位置影响大，稳定性和通用性不高。

考虑到电机是隔离开关的动力来源，许多学者提出将电机电流作为隔离开关机械状态的在线检测状态量。王黎明提出利用电机电流时间特性及电机功率转角特性诊断隔离开关机械故障的设想，但尚未进行实际试验验证；刘贤杰等以电流信号为判断标准防止电机过载及支柱绝缘子断裂，但并未进行定量分析；邱志斌和PengTao等推导了电机电流与操作力矩的函数关系，通过电流幅值及时间点判断隔离开关是否卡涩，但电机电流信号在隔离开关机械故障诊断中尚无实际应用，且在电流信号的特征提取和智能诊断方面缺乏深入研究。

针对隔离开关机械故障频发，对电力系统构成严重威胁，且缺乏有效检测诊断方法的现状，国网江西省电力有限公司电力科学研究院等单位的研究人员，为对操作力矩进行准确检测，研制了电机式操作力矩检测装置，并通过刚柔耦合动力学仿真模型验证了试验结果的准确性，通过模拟合闸不到位、卡涩和三相不同期三种典型机械缺陷，分析总结操作力矩在不同机械状态下变化规律。

图1 手柄式操作力矩检测装置及测量结果

图2 电机式操作力矩检测装置及测量结果

他们从波形中提取啮合前力矩均值、啮合角度、停止角度三个特征量，作为神经网络诊断模型的输入，实现缺陷智能判断。再从特征量中反演出表征故障严重程度的故障量，使该诊断技术不仅能判断正常、卡涩、三相不同期和合闸不到位四种机械状态，还可输出卡涩等级与标准位相差角度，触头触指间距离等与检修标准密切相关的故障量，为隔离开关检修提供实用性参考。

图3 神经网络模型结构

图4 卡涩状态模拟装置

研究人员获得的主要结论包括：

1）仿真与试验结果一致表明，GW4型隔离开关正常状态下合闸力矩波形表现为一小一大两个典型波峰。

2）通过典型机械缺陷模拟试验力矩波形可知：合闸不到位缺陷主要影响合闸角度；卡涩缺陷使力矩值变大，合闸前力矩波形相似度和包络线峭度也随之改变，但角度相关特征量不变；三相不同期缺陷影响包络线峭度、力矩最大值及最大值出现时间和啮合角度。

3）本隔离开关典型机械缺陷智能诊断系统，以啮合前力矩的平均值、啮合角度和停止角度作为特征量输入，可判断隔离开关正常、合闸不到位、三相不同期、卡涩四种机械状态，当诊断为卡涩时，输出卡涩级别；当诊断为三相不同期时，输出三相不同期量；当诊断为合闸不到位时，输出与标准合闸角度差值。

本文编自2021年第7期《电工技术学报》，论文标题为“基于操作力矩的高压隔离开关机械缺陷智能诊断”，作者为彭诗怡、刘衍 等。