隔离开关触头在线测温研究

冯建宇

摘 要：随着电网电压等级不断提高，用电设备对供电可靠性的要求也越来越高。高压隔离开关是电力系统中使用量最大的高压开关设备，通常是高压断路器使用数量的2～4倍。高压隔离开关在高电压、大电流状态下运行，其工作可靠性与触头温升有着密切的关系。在电网运行过程中，机械振动、触头烧蚀等原因都可能使接触条件恶化，接触电阻增加，引起接触点温度升高，加剧接触表面氧化，导致局部熔焊或接触松动处产生电弧放电，最终造成电气设备的损坏甚至停电等重大事故。因此，对触头温度进行在线监测意义重大。

关键词：高电压；可靠性；触头；在线监测

中图分类号：TM59 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）14-0065-03

1 隔离开关触头过热原因分析

GW4型户外交流隔离开关因其具有结构简单、纵向尺寸小、布置方便、操作轻便、规格品种齐全、适用范围广等特点，被电力系统广泛应用，具有十分重要的地位。但是，由于这种设备完全暴露在大气环境中，受环境和气候条件影响严重，随着运行年限的增长，也暴露出一些缺点，其中导电回路过热是主要问题之一。

要解决导电回路过热的问题，就必须充分了解GW4型高压隔离开关发生过热的部位和程度、分析和评估过热的发展趋势。

通过调查统计发现，GW4型隔离开关的过热一股发生在触头、触指、接线座等接触部位。

GW4型触头结构如图1所示。正常情况下，触指与触头、触指座的4个接触点，实际形成一个电桥电路。当合闸不到位或合闸过度造成触指末端接触不良时，电桥平衡被破坏，电流被迫从内置弹簧中流过。流过电流的大小与接触不良的程度相关。当弹簧长时间流过较大电流后，将使其退火，弹性减弱，降低接触压力，使接触电阻增大，接触不良情况进一步恶化，触头发热越加严重。因此，对隔离开关导电回路过热的问题监测最直接测点是触头及触指部分。

隔离开关产品在出厂前型式试验中必须通过温升试验。

温升试验的要求：

①温升试验应在不受通风影响的场所内进行，试验时可为常温，即≥+10 ℃，≤+40 ℃。

②隔离开关温升不得超过65 K（有镀银层部件）或35 K（无镀银层部件）。

③辅助装置的温升应在110%额定电压下连续操作10次后进行测量，其温升不得超过GB 763中的规定。

④温升试验必须考虑日照、氧化和脏污等自然环境的影响和暂时过负荷下的使用，试验时接触电阻应为允许的最大值，触头的接触压力应调整至允许的最低压力。为考虑上述综合影响，试验电流可为120%的额定电流值（户外设备），或110%的额定电流值（户内设备）。

⑤隔离开关在完成机械稳定性试验、动热稳定试验和开合母线转换电流试验后，应各进行一次温升校核试验。GW 4-126DVI/J1250 A隔离开关型式试验中温升实验数据如图2所示。

GW 4-126DVI产品的触头板和触指材质为铜镀银、触头座材质为铝镀锡。铜和铝都是热的良导体，触头板和触指接触部位为发热点、触头座距离发热点最远≤105 mm，温差<1 ℃，几乎可以忽略不计。

如图3所示，8、9、10为触指、触头板及触头座的监测，是隔离开关触头位置最接近的3个点。温升值相差<1 ℃。

为验证安装位置的合理性，我们同时选择了另一款产品作为试验参考。

如图4所示，6、7监测点温差<1 ℃。因此在测温装置正常工作的情况下，触头测温安装位置首先需要选择距离触头最近的位置，隔离开关测温传感器植入示意图如图5所示。

安装在触指、触头板或者触头座上不会影响测量结果准确度。

2 传感器的选型

当前用于高压设备接点运行温度监测的技术主要有红外辐射非接触式和采用热敏器件接触式两种类型，非接触式测温的准确度和可靠性受镜头光学变形、拍摄角度、拍摄距离、被测表面形状和环境温度、湿度、大气压等因素影响测量温度不准。

接触式产品测温准确。主要有无线电磁发射型、光纤型。光纤连接传送方案存在光纤封光层绝缘低表面污闪（是指电气设备绝缘表面附着的污秽物在潮湿条件下，其可溶物质逐渐溶于水，在绝缘表面形成一层导电膜，使绝缘子的绝缘水平大大降低，在电力场作用下出现的强烈放电现象）危险和柔软光纤布置难等不安全隐患；无线电磁发射方案，因高低压端没有导电体连接被认为是安全的方案。红外，光纤和无线三种测温方式比较见表1。

因此，项目在研发技术前期沟通中确定无线无源的测温系统。结构简单、对开关本体没有影响、便于工程安装实施，且经济实惠易于应用和推广。

根据运行经验，高压隔离开关的工作电流一般只能用到其额定工作电流的60%左右，如果超过70%就可能发生过热。为了解决运行中隔离开关的过热问题，电力行业标准中要求高压隔离开关按1.2倍的额定电流进行温升试验，最高温升上限为70 K。

当前，国内外无线测温系统多用于高低压开关柜。测温范围：-45 ℃～125 ℃。户外隔离开关的无线测温系统处于研究研制阶段。110 kV智能开关设备研发项目中所采用的GW 4-126户外隔离开关及接地开关，正常温升在65 K以下，测温传感器测温范围在-45 ℃～125 ℃基本满足需求。但须针对隔离开关的触头处户外安装的测温传感器发送端提高防护等级。

当前，国内外厂家的无线测温系统在传感器端的设计上存在两种方式。见表2。

绝缘防护：一体式设计本身采用耐高温高压的绝缘材料封装。分体式设计采用耐高温高压的绝缘材料封装后，再用不锈钢外壳防护，如图6所示。

3 传感器的安装

对110 kV户外SF6智能开关研发项目GW 4-126/J1250 产品触头处安装无线无源温度传感器设计说明：

①安装的无线无源温度传感器分两种，一种是带传感器探头，测量时保证传感器探头与被测面接触；另一种是不带传感器探头，有一个侧面是感温面，传感器测到的温度就是该感温面的温度。无论是采用哪种结构，温度传感器的测量要求都是传感器的探头或测温面与被测物体紧密接触。

②对GW 4-126/J1250隔离开关产品（如图7所示）而言，加装的无线无源温度传感器是为了监测隔离开关触头的温度信息，需要在触头处植入无线无源温度传感器，完成对隔离开关触头温度的采集。从使用的要求出发，温度传感器的探头或测温面必须与被测触头相接触。

③对GW 4-126/J1250隔离开关产品的触头结构进行分析，选择合适的安装位置。

触指侧：水平方向上，内侧需满足与触头啮合的要求，不能放置温度传感器。外侧压有板簧，板簧本身不导电，表面呈弧形，无法放置温度传感器。垂直方向上，上面和下面均为触指的两条棱边，难以固定和安装温度传感器。如图8所示。

触头侧：水平方向上，左右两侧需满足与触指啮合的要求，外侧需固定触头板，不能放置温度传感器。垂直方向上，触头板的上方或下方可以安装传感器的探头，但无法安装温度传感器模块，但触头座的上方或下方可以安装温度传感器。如图9所示。

从以上对触头触指的结构分析可知，触头板上适合放置温度传感器的探头，触头座上适合放置温度传感器的测温面。正是基于上述考虑，我们将温度传感器的探头固定在触头板上，将温度传感器的测温面固定在触头座上。根据安装和检修的方便，以及下雨时便于雨水的排出，我们最终确定将带有测温面的温度传感器固定在触头座的上方。见表3：

4 结 语

考虑到室外风速等因素的影响，以及无线测温系统的精度影响，智能单元对最后采集到的温度数据进行相应温度补偿调整，无论是触头相对于环境温度的温升过高或者ABC三项温度差过大都会在后台系统上进行预警。提醒工作人员做出合理判断和处理。这两种传感器的优劣性须在工程应用中验证。对比得出最优的方案在以后的工程中推广。

参考文献：

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