高压隔离开关与远程监控自动化的研究

王祎菲

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

高压隔离开关与远程监控自动化的研究

王祎菲

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

辽宁电科院虎石台高压试验场大容量实验室原隔离开关为40.5 kV气动操作机构。冬季受气温影响，气路系统易产生漏气，导致气体压力不足，无法实现正常的合、分闸操作，试验过程中存在很多安全隐患。因此，根据现有隔离开关的基本情况，为降低改造成本，在原有开关主体结构不变的条件下，研究一种采用交流电机旋转传动的操动机构，代替气缸实现操作，并通过控制器与上位机通信，实现操作人员对隔离开关进行远程操作与监控，满足试验需要，确保安全生产。

隔离开关；电动机构；远程控制

辽宁电科院虎石台高压大容量实验室需通过隔离开关的投切来控制实验室内各电抗器及断路器来进行相应的试验操作，从而实现针对不同型号电器产品的不同试验方式的操作控制。

虎石台高压试验场大容量实验室原采用隔离开关的气动控制方式，在冬季气温较低时存在气路漏气、凝水、压力不足及开关动作不稳定造成可靠性降低。此外试验中由于气压不足使隔离开关动作不到位，需要人为手动操作，对试验人员人身安全造成极大威胁［1－2］。为解决上述问题，并根据实际情况，研制一种在原有隔离开关主结构不变的条件下，采用电机代替气缸的操作机构，其控制器通过串口与上位机通信，实现气动隔离开关改为电动隔离开关的远程监控，实现操作人员在控制室内远程对隔离开关的操作与监控，满足试验需要，确保安全生产。

目前国内、外已有多种型号的电动隔离开关，该项目将根据虎石台高压试验场大容量试验室的实际情况，充分利用现有条件，降低改造成本，进行开关改造及远程监控的设计［3］。

1 电动隔离开关的改造

虎石台高压试验场大容量试验室原有的气动隔离开关是通过空气压缩机提供操作动力。动触头采用单隔离刀头、双隔离刀臂的设计，使触头的接触与分离平稳可靠。静触头的多触指结构使动触头与静触头接触面积大大增加，提高开关设备的动热稳定性，防止因触头接触不良而烧损。

在主结构不变及安装位置受限的前提下，只需设计一种能满足传动机构所需参数的电机及配合该电机的齿轮传动机构。其主要研究难点在于新的电机要求体积小、行程短、低转速、大扭矩，代替气缸实现操作［4－5］。

1.1 电动操作机构参数

通过对原有气动隔离开关的气动机构进行测量，并根据隔离开关的实际开合角度，确定电动机构的有关参数（如表1所示），电动机构如图1所示［6－7］。

表1 电机主要技术参数

图1 电动机构

为稳固电动机构，配合实际安装环境需要，设计制作了配套底座，如图2所示。

1.2 电动机构控制器

增加了电机控制器，一方面可控制电机的前进和后退，实现开关的合分操作；另一方面可实现远程通信连接，实现开关的远程操作［8－10］。控制回路如图3所示。

控制器的供电电源为交流220 V，控制电源为直流24 V，图3中S1为限位开关，S2与S3分别为电动机构前进和后退开关，K1与K2为电磁铁，K1－1、K1－2和K2－1、K2－2分别为K1与K2的常开与常闭触点。当电机达到指定位置时，即开关彻底打开或闭合时，能返回相应位置信号到总控制室［11］。

图2 固定底座结构图

图3 电动机构控制回路

电机运行时，控制电源需持续触发。当电机后退时隔离开关应为分闸操作，电机前进时隔离开关应为合闸操作。电机满行程运行时，开关达到分闸状态或合闸状态［12］。为确保控制器返回信号能准确反映开关状态，信号返回节点采用位置节点，既当电机运行满行程时才有信号返回。

为防止电机遇到堵转现象，控制器增加保护电路。当电机发生堵转，控制器将在0.3 s内自动切断电机电源，此时内部保护电路锁定，需断开控制电源15 s以上，内部保护电路才解除保护锁定，起到保护电机的作用［13－14］。

1.3 远程控制的上位机设计

在虎石台高压试验场原有的总控平台基础上，为增加对电动隔离开关的远程操作与监控，采用PLC控制模块，设计相应的信号传输与转换，通过串口通信实现上位机远程监控，控制平台操作界面如图4所示［15］。

图4 总控制室控制平台

控制平台中间部分表示电抗器室，左端为开关场主线路，右端为两个试验小室。以电抗器为例，每1台电抗器下端对应1台隔离开关，在平台上可直接进行操作，通过上位机发送控制信号到电机控制器，控制隔离开关的合分［16－17］。当开关完成合分操作时，控制器有相应的位置节点信号发送至上位机，经过信号转换，将开关合分状态显示到总控制平台上的按钮，红色为合闸状态，绿色为分闸状态。

1.4 电动隔离开关的调试

根据设计的电机与控制器的相关数据，分别找厂家生产样机，并进行安装测试。验证当电机运行满行程时开关是否开合到位，信号返回是否正确，电机是否运行正常［18］。并进行故障操作试验，验证保护电路的可靠性。

样机测试合格后，大批量生产制作，逐步将虎石台高压试验场原有的气动隔离开关的气动机构更换为电动机构，并通过控制平台对隔离开关逐一进行远程合分闸操作。经验证全部开关均达到预期要求。

2 电动隔离开关的应用效果

与气动机构相比，电动机构运行更稳定可靠，同时，控制器和上位机的增加，实现了对隔离开关的远程操作与监控，提高了试验场大容量试验的自动化水平，降低了安全隐患，减少了试验人员的工作量，提高了工作效率，确保试验的安全正常进行。同时，由于原有开关机构运行状态良好，且合分闸稳定可靠，此次改造充分利用原有开关机构，仅将气动机构更换为电动机构，大大降低了改造成本。

3 结束语

随着电网的发展，对电器产品检验的要求逐渐提高。虎石台高压试验场成立较早，许多设备均已陈旧，不能完全达到试验要求，且存在安全隐患。此次隔离开关的成功改造，不仅实现了预期目标，并为接下来试验场试验条件的扩充打下坚实基础。

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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，硕士，工程师，从事高压开关试验、高电压与绝缘研究工作。

2016－08－10）