馮建宇

摘 要：隨著電網(wǎng)電壓等級不斷提高，用電設(shè)備對供電可靠性的要求也越來越高。高壓隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中使用量最大的高壓開關(guān)設(shè)備，通常是高壓斷路器使用數(shù)量的2～4倍。高壓隔離開關(guān)在高電壓、大電流狀態(tài)下運行，其工作可靠性與觸頭溫升有著密切的關(guān)系。在電網(wǎng)運行過程中，機械振動、觸頭燒蝕等原因都可能使接觸條件惡化，接觸電阻增加，引起接觸點溫度升高，加劇接觸表面氧化，導(dǎo)致局部熔焊或接觸松動處產(chǎn)生電弧放電，最終造成電氣設(shè)備的損壞甚至停電等重大事故。因此，對觸頭溫度進(jìn)行在線監(jiān)測意義重大。

關(guān)鍵詞：高電壓；可靠性；觸頭；在線監(jiān)測

中圖分類號：TM59 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）14-0065-03

1 隔離開關(guān)觸頭過熱原因分析

GW4型戶外交流隔離開關(guān)因其具有結(jié)構(gòu)簡單、縱向尺寸小、布置方便、操作輕便、規(guī)格品種齊全、適用范圍廣等特點，被電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，具有十分重要的地位。但是，由于這種設(shè)備完全暴露在大氣環(huán)境中，受環(huán)境和氣候條件影響嚴(yán)重，隨著運行年限的增長，也暴露出一些缺點，其中導(dǎo)電回路過熱是主要問題之一。

要解決導(dǎo)電回路過熱的問題，就必須充分了解GW4型高壓隔離開關(guān)發(fā)生過熱的部位和程度、分析和評估過熱的發(fā)展趨勢。

通過調(diào)查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，GW4型隔離開關(guān)的過熱一股發(fā)生在觸頭、觸指、接線座等接觸部位。

GW4型觸頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。正常情況下，觸指與觸頭、觸指座的4個接觸點，實際形成一個電橋電路。當(dāng)合閘不到位或合閘過度造成觸指末端接觸不良時，電橋平衡被破壞，電流被迫從內(nèi)置彈簧中流過。流過電流的大小與接觸不良的程度相關(guān)。當(dāng)彈簧長時間流過較大電流后，將使其退火，彈性減弱，降低接觸壓力，使接觸電阻增大，接觸不良情況進(jìn)一步惡化，觸頭發(fā)熱越加嚴(yán)重。因此，對隔離開關(guān)導(dǎo)電回路過熱的問題監(jiān)測最直接測點是觸頭及觸指部分。

隔離開關(guān)產(chǎn)品在出廠前型式試驗中必須通過溫升試驗。

溫升試驗的要求：

①溫升試驗應(yīng)在不受通風(fēng)影響的場所內(nèi)進(jìn)行，試驗時可為常溫，即≥+10 ℃，≤+40 ℃。

②隔離開關(guān)溫升不得超過65 K（有鍍銀層部件）或35 K（無鍍銀層部件）。

③輔助裝置的溫升應(yīng)在110%額定電壓下連續(xù)操作10次后進(jìn)行測量，其溫升不得超過GB 763中的規(guī)定。

④溫升試驗必須考慮日照、氧化和臟污等自然環(huán)境的影響和暫時過負(fù)荷下的使用，試驗時接觸電阻應(yīng)為允許的最大值，觸頭的接觸壓力應(yīng)調(diào)整至允許的最低壓力。為考慮上述綜合影響，試驗電流可為120%的額定電流值（戶外設(shè)備），或110%的額定電流值（戶內(nèi)設(shè)備）。

⑤隔離開關(guān)在完成機械穩(wěn)定性試驗、動熱穩(wěn)定試驗和開合母線轉(zhuǎn)換電流試驗后，應(yīng)各進(jìn)行一次溫升校核試驗。GW 4-126DVI/J1250 A隔離開關(guān)型式試驗中溫升實驗數(shù)據(jù)如圖2所示。

GW 4-126DVI產(chǎn)品的觸頭板和觸指材質(zhì)為銅鍍銀、觸頭座材質(zhì)為鋁鍍錫。銅和鋁都是熱的良導(dǎo)體，觸頭板和觸指接觸部位為發(fā)熱點、觸頭座距離發(fā)熱點最遠(yuǎn)≤105 mm，溫差<1 ℃，幾乎可以忽略不計。

如圖3所示，8、9、10為觸指、觸頭板及觸頭座的監(jiān)測，是隔離開關(guān)觸頭位置最接近的3個點。溫升值相差<1 ℃。

為驗證安裝位置的合理性，我們同時選擇了另一款產(chǎn)品作為試驗參考。

如圖4所示，6、7監(jiān)測點溫差<1 ℃。因此在測溫裝置正常工作的情況下，觸頭測溫安裝位置首先需要選擇距離觸頭最近的位置，隔離開關(guān)測溫傳感器植入示意圖如圖5所示。

安裝在觸指、觸頭板或者觸頭座上不會影響測量結(jié)果準(zhǔn)確度。

2 傳感器的選型

當(dāng)前用于高壓設(shè)備接點運行溫度監(jiān)測的技術(shù)主要有紅外輻射非接觸式和采用熱敏器件接觸式兩種類型，非接觸式測溫的準(zhǔn)確度和可靠性受鏡頭光學(xué)變形、拍攝角度、拍攝距離、被測表面形狀和環(huán)境溫度、濕度、大氣壓等因素影響測量溫度不準(zhǔn)。

接觸式產(chǎn)品測溫準(zhǔn)確。主要有無線電磁發(fā)射型、光纖型。光纖連接傳送方案存在光纖封光層絕緣低表面污閃（是指電氣設(shè)備絕緣表面附著的污穢物在潮濕條件下，其可溶物質(zhì)逐漸溶于水，在絕緣表面形成一層導(dǎo)電膜，使絕緣子的絕緣水平大大降低，在電力場作用下出現(xiàn)的強烈放電現(xiàn)象）危險和柔軟光纖布置難等不安全隱患；無線電磁發(fā)射方案，因高低壓端沒有導(dǎo)電體連接被認(rèn)為是安全的方案。紅外，光纖和無線三種測溫方式比較見表1。

因此，項目在研發(fā)技術(shù)前期溝通中確定無線無源的測溫系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡單、對開關(guān)本體沒有影響、便于工程安裝實施，且經(jīng)濟(jì)實惠易于應(yīng)用和推廣。

根據(jù)運行經(jīng)驗，高壓隔離開關(guān)的工作電流一般只能用到其額定工作電流的60%左右，如果超過70%就可能發(fā)生過熱。為了解決運行中隔離開關(guān)的過熱問題，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中要求高壓隔離開關(guān)按1.2倍的額定電流進(jìn)行溫升試驗，最高溫升上限為70 K。

當(dāng)前，國內(nèi)外無線測溫系統(tǒng)多用于高低壓開關(guān)柜。測溫范圍：-45 ℃～125 ℃。戶外隔離開關(guān)的無線測溫系統(tǒng)處于研究研制階段。110 kV智能開關(guān)設(shè)備研發(fā)項目中所采用的GW 4-126戶外隔離開關(guān)及接地開關(guān)，正常溫升在65 K以下，測溫傳感器測溫范圍在-45 ℃～125 ℃基本滿足需求。但須針對隔離開關(guān)的觸頭處戶外安裝的測溫傳感器發(fā)送端提高防護(hù)等級。

當(dāng)前，國內(nèi)外廠家的無線測溫系統(tǒng)在傳感器端的設(shè)計上存在兩種方式。見表2。

絕緣防護(hù)：一體式設(shè)計本身采用耐高溫高壓的絕緣材料封裝。分體式設(shè)計采用耐高溫高壓的絕緣材料封裝后，再用不銹鋼外殼防護(hù)，如圖6所示。

3 傳感器的安裝

對110 kV戶外SF6智能開關(guān)研發(fā)項目GW 4-126/J1250 產(chǎn)品觸頭處安裝無線無源溫度傳感器設(shè)計說明：

①安裝的無線無源溫度傳感器分兩種，一種是帶傳感器探頭，測量時保證傳感器探頭與被測面接觸；另一種是不帶傳感器探頭，有一個側(cè)面是感溫面，傳感器測到的溫度就是該感溫面的溫度。無論是采用哪種結(jié)構(gòu)，溫度傳感器的測量要求都是傳感器的探頭或測溫面與被測物體緊密接觸。

②對GW 4-126/J1250隔離開關(guān)產(chǎn)品（如圖7所示）而言，加裝的無線無源溫度傳感器是為了監(jiān)測隔離開關(guān)觸頭的溫度信息，需要在觸頭處植入無線無源溫度傳感器，完成對隔離開關(guān)觸頭溫度的采集。從使用的要求出發(fā)，溫度傳感器的探頭或測溫面必須與被測觸頭相接觸。

③對GW 4-126/J1250隔離開關(guān)產(chǎn)品的觸頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，選擇合適的安裝位置。

觸指側(cè)：水平方向上，內(nèi)側(cè)需滿足與觸頭嚙合的要求，不能放置溫度傳感器。外側(cè)壓有板簧，板簧本身不導(dǎo)電，表面呈弧形，無法放置溫度傳感器。垂直方向上，上面和下面均為觸指的兩條棱邊，難以固定和安裝溫度傳感器。如圖8所示。

觸頭側(cè)：水平方向上，左右兩側(cè)需滿足與觸指嚙合的要求，外側(cè)需固定觸頭板，不能放置溫度傳感器。垂直方向上，觸頭板的上方或下方可以安裝傳感器的探頭，但無法安裝溫度傳感器模塊，但觸頭座的上方或下方可以安裝溫度傳感器。如圖9所示。

從以上對觸頭觸指的結(jié)構(gòu)分析可知，觸頭板上適合放置溫度傳感器的探頭，觸頭座上適合放置溫度傳感器的測溫面。正是基于上述考慮，我們將溫度傳感器的探頭固定在觸頭板上，將溫度傳感器的測溫面固定在觸頭座上。根據(jù)安裝和檢修的方便，以及下雨時便于雨水的排出，我們最終確定將帶有測溫面的溫度傳感器固定在觸頭座的上方。見表3：

4 結(jié) 語

考慮到室外風(fēng)速等因素的影響，以及無線測溫系統(tǒng)的精度影響，智能單元對最后采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)溫度補償調(diào)整，無論是觸頭相對于環(huán)境溫度的溫升過高或者ABC三項溫度差過大都會在后臺系統(tǒng)上進(jìn)行預(yù)警。提醒工作人員做出合理判斷和處理。這兩種傳感器的優(yōu)劣性須在工程應(yīng)用中驗證。對比得出最優(yōu)的方案在以后的工程中推廣。

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