可識別接觸狀態的隔離開關分合位置判別方法研究及應用

汪 洋，劉 帆，汪 濤，曾 國，張 海，何育勇，陳 雋，謝齊家，吳傳奇（.國網湖北省電力公司，湖北 武漢 40077；.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 40077；.國網湖北省電力公司黃石供電公司，湖北 黃石 45000）

0 引言

隔離開關是一種無滅弧功能的開關設備，是電力系統中重要的部件之一[1]。隔離開關在合位時，必須保證接觸良好，能夠承載正常運行條件下的電流以及規定時間內異常條件下的電流。隔離開關在分位時，觸頭間有負荷規定要求的絕緣距離和明顯的斷開標志，以建立可靠的絕緣間隙，將需要檢修的設備或線路與電源用一個明顯的斷點隔開，保證檢修人員和設備的安全。隔離開關合閘不到位或合閘后觸頭接觸狀態不良，將導致放電或過熱等設備異常，嚴重的還會造成電網事故。隔離開關分閘不到位時，將會造成絕緣距離不滿足要求，對檢修人員生命及設備安全造成嚴重威脅。因此對隔離開關進行分合位置的判別具有重要的意義[2]。

隔離開關的分合位置，最終是由其觸頭的分合來決定的?，F有的隔離開關分合位置判別，主要依靠隔離開關自帶的輔助接點，輔助接點位于隔離開關機構箱中，與隔離開關傳動部分相連，通過傳動部件的位移來推斷觸頭的分合位置。但輔助接點與觸頭間相隔較長的距離，如果傳動部分發生異常，輔助接點輸出的分合位置將于觸頭分合位置不一致，導致分合位置誤判[3]。其它隔離開關分合位置判別方法包括力矩法、激光測量法、壓力測量法、圖像識別法等。力矩法是在隔離開關傳動部件上加裝微動開關來判斷觸頭分合位置，雖然微動開關與輔助接點相比離觸頭位置較近，但其離觸頭仍然有一定距離，不能直接判斷觸頭分合位置。激光測量法是在隔離開關觸頭位置安裝激光傳感器識別觸頭分合位置，壓力測量法是在隔離開關觸頭位置安裝壓力傳感器識別觸頭分合位置，圖像識別法是在觸頭附近安裝攝像頭并通過圖像識別的方法判斷觸頭分合位置，這些方法都能直接判別隔離開關觸頭分合位置，但均不能識別出隔離開關在合位時觸頭接觸狀態是否良好，即不能判別隔離開關是否處于半合位[4-6]。隔離開關觸頭處于半合位時，接觸狀態不良，會導致發熱或放電故障，嚴重威脅設備及電網安全。因此研究可識別接觸狀態是否良好的隔離開關分合位置判別方法將具有重要意義。

本文提出了一種可識別接觸狀態是否良好的隔離開關分合位置判別方法。該方法通過對隔離開關觸頭壓緊彈簧壓力和觸頭溫度的綜合判別來實現，根據壓力的突變量大小來判別隔離開關處于分位還是合位，當判斷隔離開關處于合位時，根據溫度的高低來判斷觸頭接觸狀態是否良好，最終實現既可判別隔離開關分合位置，又可判別接觸狀態是否良好。

1 可識別接觸狀態的隔離開關分合位置判別方法邏輯

可識別接觸狀態的隔離開關分合位置判別方法邏輯框圖如圖1所示。壓力傳感器不間斷測量隔離開關觸頭彈簧壓力，同時將測量的壓力值與上次測量值進行對比，以判斷壓力值是否有突變，當出現負突變即壓力值突然下降，且下降幅度超過設定閾值時，即可判別隔離開關變為分位。當出現正突變即壓力值突然上升，且上升幅度超過設定閾值時，即可判別隔離開關變為合位。當判斷隔離開關處于合位時，即開始不間斷測量觸頭溫度，當溫度值小于設定閾值時，即可判別觸頭接觸情況良好，當溫度值大于設定閾值時，即可判別觸頭接觸情況不良。

圖1 可識別接觸狀態的隔離開關分合位置判別方法邏輯框圖Fig.1 Logic diagram of disconnector breaking-closing position discrimination method with the function of contact condition recognition

2 隔離開關分合位置判別裝置結構和原理

2.1 裝置安裝位置

隔離開關觸頭壓力和溫度的測量通過隔離開關分合位置判別裝置實現，隔離開關分合位置判別裝置安裝示意圖如圖2所示，裝置安裝于隔離開關動觸頭壓緊彈簧底部，裝置與彈簧接觸的部位安裝有壓力傳感器，可測量壓緊彈簧壓力，同時裝置上還安裝有紅外測溫傳感器，用來測量觸頭部位的溫度。

圖2 隔離開關分合位置判別裝置安裝示意圖Fig.2 Installation diagram of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

2.2 裝置結構

隔離開關分合位置判別裝置外形結構如圖3所示，其主要部件包括壓力傳感元件、紅外測溫探頭、殼體及內部的電路板等。

殼體是傳感器外形結構，起到保護內部電路作用，外殼使用尼龍加玻纖材料，具有阻燃和耐腐蝕功能。殼體底部為金屬板，后部有圓形的凸臺，用于水平面上的限位。傳感器用于高電壓環境，內部電路板通過金屬螺絲與底部金屬板接觸，形成一個等電位體。壓力傳感元件固定在金屬面板上。傳感器外殼防護等級為IP67。

殼體上端開有小孔，安裝紅外玻璃，紅外玻璃下面內部電路板上有紅外測溫探頭。

壓力傳感元件安裝于絕緣桿下方，絕緣桿是高壓隔離刀閘自帶結構，安裝于螺旋彈簧的兩端，起到絕緣的作用。絕緣桿與壓力傳感元件接觸，絕緣桿用于傳遞彈簧的壓力。

圖3 隔離開關分合位置判別裝置外形結構Fig.3 Structure of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

2.3 裝置原理

圖4 隔離開關分合位置判別裝置原理框圖Fig.4 Principle diagram of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

隔離開關分合位置判別裝置原理框圖如圖4所示。處理器控溫度傳感器和壓力傳感器工作，溫度傳感器用來測量觸頭溫度，壓力傳感器用來測量觸頭壓緊彈簧壓力，溫度和壓力測量結果發送至處理器，處理器再將測量結果通過發射天線發送出去，與電網測控系統相連的接收裝置接收發送的測量結果，進行分析后得出隔離開關分合位置結果及接觸狀態結果，供測控系統使用。

3 隔離開關分合位置判別裝置性能

3.1 性能參數

隔離開關分合位置判別裝置性能參數如表1所示。

表1 隔離開關分合位置判別裝置性能參數Tab.1 Performance parameters of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

3.2 主要性能特點

（1）壓力采集使用過采樣與均值濾波技術，提高壓力監測的準確性和可靠性；

（2）根據采樣壓力值的突變，觸發冗余上傳數據，保證通信可靠性；

（3）系統的無線通信部分，采用FEC前向糾錯方法，提高數據傳輸可靠性；使用正向交織編碼進行數據加密，提高數據傳輸安全性；無線通信頻段433 MHz，非通用通信協議單向傳輸，傳感器不接收任何外界信息和指令，即保證外界無法通過無線433 MHz電波發送指令對隔離刀閘進行非法操作；接收裝置IED接收器存儲數據等待主站召喚后通信，不主動上送數據，提高后臺通信安全性。

（4）刀閘分合狀態判斷方法的可靠性，采用壓力差值、正常經驗差值、判據系數等綜合判斷，容錯性強，提高刀閘位置判斷可靠性。

4 隔離開關分合位置判別裝置應用

4.1 壓力傳感器校準

在測試或校準前，讓壓力傳感元件適應使用壓力，可采用110%的力加在壓力傳感元件上，讓壓力傳感元件穩定，再移動負載。重復這個過程四到五次。壓力傳感元件和測試材料的接觸面需保持和測試和校準時一致。在校準和使用前，壓力傳感元件必須經過適應使用壓力。

校準時，可采用已知力加在壓力傳感元件上，然后把壓力傳感元件的阻值和力值對應起來，用與實際測試中相近的力來進行校準，在校準中用的圓盤與在測試中使用的圓盤面積需相同。測試和校準時溫度需保持一致。

4.2 壓力傳感器現場測試

將隔離開關分合位置判別裝置安裝于隔離開關觸頭壓緊彈簧上，測試其在合閘位置和分閘位置的壓力，重復20次，測試值如圖5所示。測試結果表明，測試結果穩定，重復性較好，完全滿足判斷隔離開關分合位置的要求。

圖5 隔離開關分合位置判別裝置壓力測試結果Fig.5 Pressure test result of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

4.3 紅外測溫傳感器應用

紅外測溫傳感器采用集成紅外測溫模塊，無需進行再次校準，測試及現場應用表明，其測量精度在±2℃以內，完全滿足判斷觸頭接觸狀態的要求。

5 結論

本文研究了一種可識別接觸狀態是否良好的隔離開關分合位置判別方法及相應裝置，在判別隔離開關分合位置的基礎上，還能可靠判別隔離開關觸頭接觸狀態，解決了現有隔離開關分合位置判別方法不能判別隔離開關處于半合狀態的難題，提升了隔離開關分合位置判別的準確性和全面性，對于電網設備的安全穩定運行具有重要的意義。

（References）

[1]崔景春，袁大陸，宋杲.高壓隔離開關運行分析及其完善化[J].電氣工業，2007（2）：51-56.CUI Jingchun,YUAN Dalu,SONG Hao.Operation analysis and improvement of high voltage discon?nector[J].Electrical Industry,2007（2）：51-56.

[2]張濤.高壓隔離開關安裝與檢修[M].北京：中國電力出版社，2012.ZHANG Tao.Installation and overhaul of high volt?age disconnector[M].Beijing:China Electric Power Press,2012.

[3]苑舜，崔文軍.高壓隔離開關設計與改造[M].北京：中國電力出版社，2004.YUAN Shun,CUI Wenjun.Design and improvement ofhigh voltage disconnector[M].Beijing:China Electric Power Press,2004.

[4]將平，李晶.高壓隔離開關觸指壓力的測試[J].四川電力技術，2009（6）：26-28.JIANG Ping,LI Jing.Contact pressure test of high voltage disconnector[J].Sichuan Electric Power,2009（6）：26-28.

[5]張志超，郭亞成，周開峰,等.基于光柵傳感器和無線傳輸的高壓隔離開關觸指壓力在線監測系統的研究[J].中國科技縱橫，2016（5）：131-133.ZHANG Zhichao,GUO Yacheng,ZHOU Kaifeng,et al.Research on contact pressure online monitoring ofhigh voltage disconnector based on wireless transmission and grating sensor[J].China's Science and Technology,2016（5）：131-133.

[6]楊超，李剛，安永帥,等.一種基于VLD開發的智能高壓隔離開關到位監測方法[J].高壓電器，2014（7）：76-82.YANG Chao,LI Gang,AN Yongshuai,et al.Smart position monitoring method of high voltage discon?nector based on VLD exportation[J].High Voltage Equipment,2014（7）：76-82.