可识别接触状态的隔离开关分合位置判别方法研究及应用

汪 洋，刘 帆，汪 涛，曾 国，张 海，何育勇，陈 隽，谢齐家，吴传奇（.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 40077；.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 40077；.国网湖北省电力公司黄石供电公司，湖北 黄石 45000）

0 引言

隔离开关是一种无灭弧功能的开关设备，是电力系统中重要的部件之一[1]。隔离开关在合位时，必须保证接触良好，能够承载正常运行条件下的电流以及规定时间内异常条件下的电流。隔离开关在分位时，触头间有负荷规定要求的绝缘距离和明显的断开标志，以建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的设备或线路与电源用一个明显的断点隔开，保证检修人员和设备的安全。隔离开关合闸不到位或合闸后触头接触状态不良，将导致放电或过热等设备异常，严重的还会造成电网事故。隔离开关分闸不到位时，将会造成绝缘距离不满足要求，对检修人员生命及设备安全造成严重威胁。因此对隔离开关进行分合位置的判别具有重要的意义[2]。

隔离开关的分合位置，最终是由其触头的分合来决定的。现有的隔离开关分合位置判别，主要依靠隔离开关自带的辅助接点，辅助接点位于隔离开关机构箱中，与隔离开关传动部分相连，通过传动部件的位移来推断触头的分合位置。但辅助接点与触头间相隔较长的距离，如果传动部分发生异常，辅助接点输出的分合位置将于触头分合位置不一致，导致分合位置误判[3]。其它隔离开关分合位置判别方法包括力矩法、激光测量法、压力测量法、图像识别法等。力矩法是在隔离开关传动部件上加装微动开关来判断触头分合位置，虽然微动开关与辅助接点相比离触头位置较近，但其离触头仍然有一定距离，不能直接判断触头分合位置。激光测量法是在隔离开关触头位置安装激光传感器识别触头分合位置，压力测量法是在隔离开关触头位置安装压力传感器识别触头分合位置，图像识别法是在触头附近安装摄像头并通过图像识别的方法判断触头分合位置，这些方法都能直接判别隔离开关触头分合位置，但均不能识别出隔离开关在合位时触头接触状态是否良好，即不能判别隔离开关是否处于半合位[4-6]。隔离开关触头处于半合位时，接触状态不良，会导致发热或放电故障，严重威胁设备及电网安全。因此研究可识别接触状态是否良好的隔离开关分合位置判别方法将具有重要意义。

本文提出了一种可识别接触状态是否良好的隔离开关分合位置判别方法。该方法通过对隔离开关触头压紧弹簧压力和触头温度的综合判别来实现，根据压力的突变量大小来判别隔离开关处于分位还是合位，当判断隔离开关处于合位时，根据温度的高低来判断触头接触状态是否良好，最终实现既可判别隔离开关分合位置，又可判别接触状态是否良好。

1 可识别接触状态的隔离开关分合位置判别方法逻辑

可识别接触状态的隔离开关分合位置判别方法逻辑框图如图1所示。压力传感器不间断测量隔离开关触头弹簧压力，同时将测量的压力值与上次测量值进行对比，以判断压力值是否有突变，当出现负突变即压力值突然下降，且下降幅度超过设定阈值时，即可判别隔离开关变为分位。当出现正突变即压力值突然上升，且上升幅度超过设定阈值时，即可判别隔离开关变为合位。当判断隔离开关处于合位时，即开始不间断测量触头温度，当温度值小于设定阈值时，即可判别触头接触情况良好，当温度值大于设定阈值时，即可判别触头接触情况不良。

图1 可识别接触状态的隔离开关分合位置判别方法逻辑框图Fig.1 Logic diagram of disconnector breaking-closing position discrimination method with the function of contact condition recognition

2 隔离开关分合位置判别装置结构和原理

2.1 装置安装位置

隔离开关触头压力和温度的测量通过隔离开关分合位置判别装置实现，隔离开关分合位置判别装置安装示意图如图2所示，装置安装于隔离开关动触头压紧弹簧底部，装置与弹簧接触的部位安装有压力传感器，可测量压紧弹簧压力，同时装置上还安装有红外测温传感器，用来测量触头部位的温度。

图2 隔离开关分合位置判别装置安装示意图Fig.2 Installation diagram of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

2.2 装置结构

隔离开关分合位置判别装置外形结构如图3所示，其主要部件包括压力传感元件、红外测温探头、壳体及内部的电路板等。

壳体是传感器外形结构，起到保护内部电路作用，外壳使用尼龙加玻纤材料，具有阻燃和耐腐蚀功能。壳体底部为金属板，后部有圆形的凸台，用于水平面上的限位。传感器用于高电压环境，内部电路板通过金属螺丝与底部金属板接触，形成一个等电位体。压力传感元件固定在金属面板上。传感器外壳防护等级为IP67。

壳体上端开有小孔，安装红外玻璃，红外玻璃下面内部电路板上有红外测温探头。

压力传感元件安装于绝缘杆下方，绝缘杆是高压隔离刀闸自带结构，安装于螺旋弹簧的两端，起到绝缘的作用。绝缘杆与压力传感元件接触，绝缘杆用于传递弹簧的压力。

图3 隔离开关分合位置判别装置外形结构Fig.3 Structure of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

2.3 装置原理

图4 隔离开关分合位置判别装置原理框图Fig.4 Principle diagram of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

隔离开关分合位置判别装置原理框图如图4所示。处理器控温度传感器和压力传感器工作，温度传感器用来测量触头温度，压力传感器用来测量触头压紧弹簧压力，温度和压力测量结果发送至处理器，处理器再将测量结果通过发射天线发送出去，与电网测控系统相连的接收装置接收发送的测量结果，进行分析后得出隔离开关分合位置结果及接触状态结果，供测控系统使用。

3 隔离开关分合位置判别装置性能

3.1 性能参数

隔离开关分合位置判别装置性能参数如表1所示。

表1 隔离开关分合位置判别装置性能参数Tab.1 Performance parameters of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

3.2 主要性能特点

（1）压力采集使用过采样与均值滤波技术，提高压力监测的准确性和可靠性；

（2）根据采样压力值的突变，触发冗余上传数据，保证通信可靠性；

（3）系统的无线通信部分，采用FEC前向纠错方法，提高数据传输可靠性；使用正向交织编码进行数据加密，提高数据传输安全性；无线通信频段433 MHz，非通用通信协议单向传输，传感器不接收任何外界信息和指令，即保证外界无法通过无线433 MHz电波发送指令对隔离刀闸进行非法操作；接收装置IED接收器存储数据等待主站召唤后通信，不主动上送数据，提高后台通信安全性。

（4）刀闸分合状态判断方法的可靠性，采用压力差值、正常经验差值、判据系数等综合判断，容错性强，提高刀闸位置判断可靠性。

4 隔离开关分合位置判别装置应用

4.1 压力传感器校准

在测试或校准前，让压力传感元件适应使用压力，可采用110%的力加在压力传感元件上，让压力传感元件稳定，再移动负载。重复这个过程四到五次。压力传感元件和测试材料的接触面需保持和测试和校准时一致。在校准和使用前，压力传感元件必须经过适应使用压力。

校准时，可采用已知力加在压力传感元件上，然后把压力传感元件的阻值和力值对应起来，用与实际测试中相近的力来进行校准，在校准中用的圆盘与在测试中使用的圆盘面积需相同。测试和校准时温度需保持一致。

4.2 压力传感器现场测试

将隔离开关分合位置判别装置安装于隔离开关触头压紧弹簧上，测试其在合闸位置和分闸位置的压力，重复20次，测试值如图5所示。测试结果表明，测试结果稳定，重复性较好，完全满足判断隔离开关分合位置的要求。

图5 隔离开关分合位置判别装置压力测试结果Fig.5 Pressure test result of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

4.3 红外测温传感器应用

红外测温传感器采用集成红外测温模块，无需进行再次校准，测试及现场应用表明，其测量精度在±2℃以内，完全满足判断触头接触状态的要求。

5 结论

本文研究了一种可识别接触状态是否良好的隔离开关分合位置判别方法及相应装置，在判别隔离开关分合位置的基础上，还能可靠判别隔离开关触头接触状态，解决了现有隔离开关分合位置判别方法不能判别隔离开关处于半合状态的难题，提升了隔离开关分合位置判别的准确性和全面性，对于电网设备的安全稳定运行具有重要的意义。

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