高壓隔離開關與遠程監控自動化的研究

王祎菲

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

高壓隔離開關與遠程監控自動化的研究

王祎菲

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

遼寧電科院虎石臺高壓試驗場大容量實驗室原隔離開關為40.5 kV氣動操作機構。冬季受氣溫影響，氣路系統易產生漏氣，導致氣體壓力不足，無法實現正常的合、分閘操作，試驗過程中存在很多安全隱患。因此，根據現有隔離開關的基本情況，為降低改造成本，在原有開關主體結構不變的條件下，研究一種采用交流電機旋轉傳動的操動機構，代替氣缸實現操作，并通過控制器與上位機通信，實現操作人員對隔離開關進行遠程操作與監控，滿足試驗需要，確保安全生產。

隔離開關；電動機構；遠程控制

遼寧電科院虎石臺高壓大容量實驗室需通過隔離開關的投切來控制實驗室內各電抗器及斷路器來進行相應的試驗操作，從而實現針對不同型號電器產品的不同試驗方式的操作控制。

虎石臺高壓試驗場大容量實驗室原采用隔離開關的氣動控制方式，在冬季氣溫較低時存在氣路漏氣、凝水、壓力不足及開關動作不穩定造成可靠性降低。此外試驗中由于氣壓不足使隔離開關動作不到位，需要人為手動操作，對試驗人員人身安全造成極大威脅［1－2］。為解決上述問題，并根據實際情況，研制一種在原有隔離開關主結構不變的條件下，采用電機代替氣缸的操作機構，其控制器通過串口與上位機通信，實現氣動隔離開關改為電動隔離開關的遠程監控，實現操作人員在控制室內遠程對隔離開關的操作與監控，滿足試驗需要，確保安全生產。

目前國內、外已有多種型號的電動隔離開關，該項目將根據虎石臺高壓試驗場大容量試驗室的實際情況，充分利用現有條件，降低改造成本，進行開關改造及遠程監控的設計［3］。

1 電動隔離開關的改造

虎石臺高壓試驗場大容量試驗室原有的氣動隔離開關是通過空氣壓縮機提供操作動力。動觸頭采用單隔離刀頭、雙隔離刀臂的設計，使觸頭的接觸與分離平穩可靠。靜觸頭的多觸指結構使動觸頭與靜觸頭接觸面積大大增加，提高開關設備的動熱穩定性，防止因觸頭接觸不良而燒損。

在主結構不變及安裝位置受限的前提下，只需設計一種能滿足傳動機構所需參數的電機及配合該電機的齒輪傳動機構。其主要研究難點在于新的電機要求體積小、行程短、低轉速、大扭矩，代替氣缸實現操作［4－5］。

1.1 電動操作機構參數

通過對原有氣動隔離開關的氣動機構進行測量，并根據隔離開關的實際開合角度，確定電動機構的有關參數（如表1所示），電動機構如圖1所示［6－7］。

表1 電機主要技術參數

圖1 電動機構

為穩固電動機構，配合實際安裝環境需要，設計制作了配套底座，如圖2所示。

1.2 電動機構控制器

增加了電機控制器，一方面可控制電機的前進和后退，實現開關的合分操作；另一方面可實現遠程通信連接，實現開關的遠程操作［8－10］。控制回路如圖3所示。

控制器的供電電源為交流220 V，控制電源為直流24 V，圖3中S1為限位開關，S2與S3分別為電動機構前進和后退開關，K1與K2為電磁鐵，K1－1、K1－2和K2－1、K2－2分別為K1與K2的常開與常閉觸點。當電機達到指定位置時，即開關徹底打開或閉合時，能返回相應位置信號到總控制室［11］。

圖2 固定底座結構圖

圖3 電動機構控制回路

電機運行時，控制電源需持續觸發。當電機后退時隔離開關應為分閘操作，電機前進時隔離開關應為合閘操作。電機滿行程運行時，開關達到分閘狀態或合閘狀態［12］。為確保控制器返回信號能準確反映開關狀態，信號返回節點采用位置節點，既當電機運行滿行程時才有信號返回。

為防止電機遇到堵轉現象，控制器增加保護電路。當電機發生堵轉，控制器將在0.3 s內自動切斷電機電源，此時內部保護電路鎖定，需斷開控制電源15 s以上，內部保護電路才解除保護鎖定，起到保護電機的作用［13－14］。

1.3 遠程控制的上位機設計

在虎石臺高壓試驗場原有的總控平臺基礎上，為增加對電動隔離開關的遠程操作與監控，采用PLC控制模塊，設計相應的信號傳輸與轉換，通過串口通信實現上位機遠程監控，控制平臺操作界面如圖4所示［15］。

圖4 總控制室控制平臺

控制平臺中間部分表示電抗器室，左端為開關場主線路，右端為兩個試驗小室。以電抗器為例，每1臺電抗器下端對應1臺隔離開關，在平臺上可直接進行操作，通過上位機發送控制信號到電機控制器，控制隔離開關的合分［16－17］。當開關完成合分操作時，控制器有相應的位置節點信號發送至上位機，經過信號轉換，將開關合分狀態顯示到總控制平臺上的按鈕，紅色為合閘狀態，綠色為分閘狀態。

1.4 電動隔離開關的調試

根據設計的電機與控制器的相關數據，分別找廠家生產樣機，并進行安裝測試。驗證當電機運行滿行程時開關是否開合到位，信號返回是否正確，電機是否運行正常［18］。并進行故障操作試驗，驗證保護電路的可靠性。

樣機測試合格后，大批量生產制作，逐步將虎石臺高壓試驗場原有的氣動隔離開關的氣動機構更換為電動機構，并通過控制平臺對隔離開關逐一進行遠程合分閘操作。經驗證全部開關均達到預期要求。

2 電動隔離開關的應用效果

與氣動機構相比，電動機構運行更穩定可靠，同時，控制器和上位機的增加，實現了對隔離開關的遠程操作與監控，提高了試驗場大容量試驗的自動化水平，降低了安全隱患，減少了試驗人員的工作量，提高了工作效率，確保試驗的安全正常進行。同時，由于原有開關機構運行狀態良好，且合分閘穩定可靠，此次改造充分利用原有開關機構，僅將氣動機構更換為電動機構，大大降低了改造成本。

3 結束語

隨著電網的發展，對電器產品檢驗的要求逐漸提高。虎石臺高壓試驗場成立較早，許多設備均已陳舊，不能完全達到試驗要求，且存在安全隱患。此次隔離開關的成功改造，不僅實現了預期目標，并為接下來試驗場試驗條件的擴充打下堅實基礎。

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Study on High?Voltage Isolation Switch and Remote Monitoring Automation

WANG Yifei
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Hushitai high voltage laboratory testing ground for large?capacity original isolation switch is 40.5 kV pneumatically operation mechanism.In winter，gas system affected by temperature is easy to leak，this results can lead to insufficient gas pressure，unsuccess?fully normal closing and opening operations，there is the hidden trouble for test.According to the basic situation existing isolation switch，a rotating AC motor drive actuator instead of the cylinder is studies which can to reduce costs.The operators also achieve isola?tion switch for remote operation and monitoring to meet the test needs and safe production.

isolating switch；electric mechanism；remote control

TM564.1

A

1004－7913（2016）10－0020－03

王祎菲（1985），女，碩士，工程師，從事高壓開關試驗、高電壓與絕緣研究工作。

2016－08－10）