课题名称：高压开关装置机械状态多元感知关键手段研究及应用

主要完成人：马宏明、钱国超、郑易谷、程志万、陈宇民、阮江军、徐肖庆、龚绍成、周琼芳、彭兆裕

主要完成单位：云端南电网有限责任组织电力科学研究院；武汉大学；运达平台(昆明)有限公司；云端南电网有限责任组织昆明供电局；昆明电器科学研究所；广西电网有限责任组织电力科学研究院；武汉黉门大维资讯有限组织

提名单位：云端南电网有限责任组织

课题简介：

本课题属于高压开关装置状态监测手段领域。

高压开关装置作为电网核心装置，数量众多，开关装置的运行状态对电网的安全稳定运行至关重要。据统计，开关装置常见缺陷中，机械缺陷占比超过50%以上。开关装置作为刚柔组合动态装置，元件的缺陷既无法现场单独检测，也无法静态检测，且元件缺陷资讯往往被掩盖在开关运动整体状态中，难以依靠间接手段或主观经验判定。目前国内外研究重点关注开关装置机械状态定性检测，其体系性研究不足，缺乏对故障机理、量化检测、智能诊断等深层次方面的探究，检测效果有待提升。因此，高压开关装置机械状态精确诊断成为亟待攻克的难题。 本课题基于高压开关装置传动输出的可测多元状态量，从机理仿真、检测手段、智能诊断、装置研发、施工应用5个方面开展研究，解决了高压开关装置机械故障精确诊断和准确定位难的问题。主要创意内容如下：

（1）提出了典型缺陷下的开关装置刚柔耦合机电一体化仿真模型，揭示了各典型缺陷与多状态参量之间的关联机制，为装置的机械缺陷状态诊断奠定了手段基础；（2）提出了隔离开关操作力矩-转角离线检测方法、电机输出功率-转角在线检测方法，研制了隔离开关机械特性检测装置，实现了隔离开关机械缺陷类型的智能诊断与精确定位；（3）提出了用断路器弹簧力值、分合闸速度和弹簧储能电机电流综合参数诊断断路器弹簧状态的方法，研发出断路器弹簧操动机构状态在线监测装置，实现了断路器弹簧操动机构状态的准确判断。 

课题授权专利16项（发明专利5项、实用新型11项），发表论文21篇（其中SCI收录1篇，EI 检索8篇），发布团体制度1项。课题成果在云端南的40.5kV～550kV开关装置先行应用的基础上，推广至广东、广西、贵州、海南、湖北、湖南、江西、河南、安徽等省份，创作经济效益1.56亿元。    

课题经中国南方电网组织鉴定，由潘垣院士担任主任委员的同行专家一致认为：成果整体达到了国际领先水平，对促进行业成长具有重大推进意义，具有显著的经济和社会效益。

完成人及完成单位对课题的贡献情况（推广应用情况）：

本课题所研发的高压开关装置机械故障成套检测装置已在云端南电网大范围应用，其中昆明、曲靖、玉溪、红河、大理、楚雄、昭通、保山、迪庆等地区使用效果良好，检测装置达 291 台，发现隐患 7 起，准确率达 100%，成为高压开关装置机械故障诊断的手段中心。

    课题研究成果的应用覆盖多种型式的高压开关，涉及型号如下所示：

    1）单臂垂直伸缩式隔离开关：

    GW10 型、GW16 型、GW20 型、GW22 型、GW35 型、SPV-550 型；

    2）单臂水平伸缩式隔离开关：

    GW11 型、GW17 型、GW21 型、GW23 型、GW28 型、GW36 型、TP5 型、SPO-550 型；

    3）双臂垂直伸缩式隔离开关：

    GW6 型、PR5/2 型；

    4）双柱水平旋转式隔离开关：

    GW4 型、GW14 型、GW25 型、S2DA/T/2T 型；

    5）三柱水平旋转式隔离开关：

    GW7 型、GW27 型、DR2 型、S2C 型；

    6）双柱 V 型旋转式隔离开关：

    GW5 型；

    7）其他型号隔离开关：

    GW8 型和 GW13 型（多用于变压器中性点接地）；

    8）500kV 断路器产品：

    HPL550B2、HPL550TB2、 3AP2FI、LTB1/170/550E1、DT2-550F3；

    9）220kV 断路器产品

    LW24-252、LW25-252、3AP1FI、FXT14F、HPL245B1、LTB245E1、GL314、3AP1FG；

    10）110kV 断路器产品

    LW33A-126、LW35-126、LW36-126、LW30-126、LW25-126、FXT11、GL312、S1-145、LTB145、3AP1FG；

    同时，本课题研究成果也在云端南以外其他地区的现场检测中得到广泛应用。应用区域以云端南为中心，辐射广东、广西、贵州、海南、湖北、湖南、江西、河南、安徽等省份，电压等级覆盖 35kV、110kV、220kV、500kV，具体的应用单位包含： 1）广西南宁供电局、2）广西贵港供电局、3）广西北海供电局、4）广西柳州供电局、5）广东东莞供电局、6）贵州兴义局、7）海南检修中心、8）湖北黄石供电局、9）湖北孝感供电局、10）江西九江供电局、11）河南三门峡风电厂、12）江苏如高、13）河南平高、14）湖南长高、15）山东泰开。课题应用试验开展过程中，一共进行高压开关机械状态检测 1024 台/次（除云端南地区外），涉及9个主流厂家，26个型号高压开关。共检测出缺陷 20 台，检测准确率达 100%。

第一完成单位  南方电网科学研究院有限责任组织

课题主导单位及主要完成单位，主要完成以下内容：开关装置多体动力学机电一体化仿真手段及缺陷模拟方法研究；高压开关装置机械状态检测手段研究；高压开关装置机械缺陷智能诊断手段研究；高压开关装置机械状态检测成套装置研发及幅度化应用。

第二完成单位  武汉大学

主要完成理论研究、仿真计算和手段开发，提出高压开关装置多体动力学机电一体化仿真手段及缺陷模拟手段，研究高压开关装置机械状态检测手段，研究高压开关装置机械缺陷智能诊断手段。配合完成检测装置的开发。

第三完成单位  运达平台(昆明)有限公司

课题部分成果研究单位、主要实施单位及应用单位。配合完成：高压开关装置机械状态检测手段研究；高压开关装置机械缺陷智能诊断手段研究，成套检测装置的研发。

第四完成单位  云端南电网有限责任组织昆明供电局

课题部分成果研究单位、主要实施单位及应用单位。配合完成：高压断路器机械状态检测手段研究；高压断路器机械缺陷智能诊断手段研究；高压断路器机械状态检测成套装置研发及幅度化应用。

第五完成单位  昆明电器科学研究所

部分成果成果检测与应用单位。配合完成：隔离开关机械状态检测手段研究；断路器机械状态检测手段研究。

第六完成单位  广西电网有限责任组织电力科学研究院

部分成果完成单位、成果应用单位。配合完成：隔离开关机械状态检测手段研究；隔离开关机械缺陷智能诊断手段研究；隔离开关机械状态检测成套装置研发及幅度化应用。

第七完成单位  武汉黉门大维资讯有限组织

部分成果完成单位、成果应用单位。配合完成：隔离开关机械状态检测手段研究；隔离开关机械缺陷诊断装置的研发。

获得知识产权及曾获奖励情况：本成果申请发明专利16项，其中授权国家发明专利5项，授权实用新型专利11项，主持编写团体制度1项，发表SCI、EI检索论文9篇，2018年获得云端南电网有限责任组织资讯进步一等奖。典型知识产权如下：