GW4/GW5型隔離開關(guān)燒壞原因分析及預(yù)防控制措施研究

何兵，鄧海峰

(宜昌供電公司，湖北 宜昌 443000)

1 引言

隔離開關(guān)在電力系統(tǒng)的變電設(shè)備中廣泛應(yīng)用，其運行過程中的發(fā)熱給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成了很大的威脅?，F(xiàn)場實際運行經(jīng)驗表明，隔離開關(guān)運行過程中發(fā)熱燒壞觸頭的現(xiàn)象比較常見，甚至有的在60%額定負荷時溫升就超過了規(guī)定值［1，2］。本文以GW4/GW5型隔離開關(guān)為例，研究并分析了觸頭在隔離開關(guān)運行過程中燒壞現(xiàn)象的主要原因，提出了GW4/GW5型隔離開關(guān)運行中發(fā)熱控制的措施，從而為實現(xiàn)電力系統(tǒng)的可靠性供電打下了堅實的基礎(chǔ)。

2 隔離開關(guān)發(fā)熱原因分析

隔離開關(guān)主要由支撐底座、導(dǎo)電載體、操動構(gòu)件、傳動構(gòu)件等組成。發(fā)熱故障主要發(fā)生在導(dǎo)電罩、觸頭、觸指、開關(guān)接線端及設(shè)備線夾與導(dǎo)線的連接處。實際運行檢修維護過程中經(jīng)常見到的發(fā)熱原因主要有以下幾個方面:

(1)觸指的彈簧性能逐漸發(fā)生退化

觸指彈簧的功能主要有兩個:一是用來穩(wěn)固觸指，二是使觸指和觸頭之間有足夠的作用壓力。由于觸指彈簧具有上述兩個功能，所以彈簧性能的好壞將直接影響觸指和觸頭能否有效的接觸。

另外，在電力系統(tǒng)實際運行過程中，隔離開關(guān)大部分時間處于閉合的狀態(tài)，這就使得彈簧長期的處于拉伸狀態(tài)。如果彈簧的性能不佳或經(jīng)過長期的拉伸其性能發(fā)生退化，則觸指與觸頭之間的接觸壓力就會大大減小，觸頭與觸指之間的接觸電阻變大，從而引起接觸處的溫度升高，進一步使彈簧受熱，彈性指標進一步退化。長期惡性循環(huán)，彈性變差，接觸電阻更大，溫度急劇升高，最終使得隔離開關(guān)的觸指和觸頭燒壞。

(2)隔離開關(guān)長期在空氣中裸露運行，從而引起接觸表面發(fā)生氧化，使得接觸電阻增大，導(dǎo)致隔離開關(guān)發(fā)熱。

(3)隔離開關(guān)在閉合和斷開過程中會產(chǎn)生電弧，這些電弧會侵蝕觸頭和觸指，使得接觸表面不再光滑平整，導(dǎo)致接觸電阻增大，隔離開關(guān)發(fā)熱。

(4)運行人員的操作過程不規(guī)范，造成觸頭或觸指的機械磨損，從而造成發(fā)熱的加?。?］。

(5)首次進行安裝時，由于安裝人員的技術(shù)水平有限或操作不規(guī)范，造成安裝工藝不符合要求。

結(jié)合該項目實際運行過程情況，除了上述的幾個原因外，還有一個更重要的原因就是隔離開關(guān)的設(shè)計結(jié)構(gòu)存在一定的問題。如圖1所示為一現(xiàn)場燒壞的GW4/GW5型隔離開關(guān)。

圖1 現(xiàn)場燒壞的隔離開關(guān)

其燒壞的主要原因有以下幾點:

①在圖1中，觸指所在的B面或者C面明顯不在一個平面內(nèi)，即GW4/GW5型隔離開關(guān)的每一豎排的觸指不在一個平面內(nèi)，這就導(dǎo)致了觸頭與觸指由正常情況下的面接觸變?yōu)辄c接觸，從而增大了接觸電阻，使得GW4/GW5型隔離開關(guān)在運行過程中容易發(fā)熱，從而燒壞隔離開關(guān)。

②在圖1中，由于隔離開關(guān)的每一豎排的觸指不在一個平面內(nèi)，使得觸頭與A面很難發(fā)生完全的接觸，從而也增大了接觸電阻，使得隔離開關(guān)發(fā)熱。

由于上述兩方的原因，隔離開關(guān)運行過程中長期的惡性循環(huán)就會導(dǎo)致觸頭或觸指被燒毀。通過對實際現(xiàn)場的采樣進行觀察分析，絕大部分燒壞的隔離開關(guān)其每一豎排的觸指不在一個平面上。這正是導(dǎo)致該項目中GW4/GW5型隔離開關(guān)運行中發(fā)熱的主要原因。

3 隔離開關(guān)發(fā)熱預(yù)防控制措施的研究

對隔離開關(guān)發(fā)熱的控制，其最根本的就是對隔離開關(guān)運行溫度的檢測，然后及時發(fā)出預(yù)警信號，對發(fā)熱嚴重的隔離開關(guān)應(yīng)該及時更換，避免其燒毀。主要的控制措施有:

(1)利用紅外測溫技術(shù)。

紅外測溫也叫輻射測溫，它是利用物體熱輻射來快速、有效測量物體的溫度，是目前應(yīng)用較為廣泛的非接觸測溫技術(shù)。一切溫度高于絕對零度的物體都會因其自身的分子、原子的運動而不斷地輻射出紅外線，這種現(xiàn)象被稱為熱輻射。紅外線用人的肉眼是看不見的，它是電磁波譜的一部分，其波段介于可見光和微波波段之間［4］。通過紅外測溫儀對變電站的所有隔離開關(guān)進行定期的檢測，如果發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)的溫度超過了規(guī)定值，則需要對其進行更換，從而避免了隔離開關(guān)被燒壞的可能。該預(yù)防控制措施的主要缺點就是紅外測溫易受環(huán)境及周圍的電磁場干擾，且比較耗時費力。

(2)采用的聲表面波(SAW)測溫技術(shù)實現(xiàn)無源無線測量溫度。

①無源無線測溫系統(tǒng)構(gòu)成

一個完整的無源無線測溫系統(tǒng)主要有以下幾部分構(gòu)成:聲表面波(SAW)傳感器、對傳感器的溫度監(jiān)測信息進行收發(fā)和管理的讀入采集器、CAN總線網(wǎng)絡(luò)或者無線自組網(wǎng)絡(luò)，以及測溫主控終端等構(gòu)成。如下圖2所示為一簡單的無源無線測溫系統(tǒng)示意圖。

圖2 無源無線測溫系統(tǒng)

②聲表面波(SAW)傳感器簡介

聲表面波(SAW)傳感器是SAW技術(shù)的一個新的應(yīng)用領(lǐng)域，目前國際已經(jīng)研制了多種SAW傳感器。聲表面波(SAW)傳感器的外形結(jié)構(gòu)如圖3所示。聲表面波傳感器主要有兩大類，即諧振型和延遲型［5］。由于諧振型在靈敏度、可靠性和測量距離等方面都優(yōu)于延遲型，因此諧振型更適合于無源無線遠距離測溫。在本項目中采用諧振型的聲表面波傳感器，系統(tǒng)采用一次變頻方式，這樣機體易于集成，使其進一步小型化。關(guān)于SAW諧振器結(jié)構(gòu)及傳感原理、系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，還有天線設(shè)計方面的介紹可以參照文獻［5，6］。由于SAW傳感器體積小、重量輕等特點，可將其安裝固定在隔離開關(guān)的頂部，其具體安裝位置為圖1中所示的D面上。將傳感器平整的安裝在隔離開關(guān)的D面上，要使傳感器的金屬觸片與隔離開關(guān)的D面結(jié)合緊密。

③溫度采集器

溫度采集器是對聲表面波傳感器的測量的溫度進行采集，每個溫度采集器可對6個聲表面波傳感器的溫度進行采集。其外觀如圖4所示。

圖3 聲表面波傳感器外觀

圖4 溫度采集器

溫度采集的過程為:首先，無線讀入采集器通過它的天線發(fā)射射頻脈沖;其次，脈沖信號被傳感器上的天線收到后，通過叉指換能器(IDT)在壓電感應(yīng)器的表面激活一個表面波。傳感器表面波的頻率由于受到傳感器本身溫度的影響發(fā)生了變化。正是由于頻率受溫度變化的機制使得溫度數(shù)據(jù)測量得以實現(xiàn)。溫度采集器的天線在安裝時，盡量遠離片狀金屬物體，與片狀金屬物體之間的距離應(yīng)大于10cm。

綜上所述，通過無源無線測溫系統(tǒng)對變電站的所有隔離開關(guān)進行實時的在線檢測，當某個隔離開關(guān)的溫度大于一定的值，則由測溫主控終端發(fā)出預(yù)警信號，然后對隔離開關(guān)進行具體的檢查。

與其他溫測方式相比較，SAW測溫系統(tǒng)有如下優(yōu)點:①SAW測溫系統(tǒng)具有不間斷溫度監(jiān)控特性;②灰塵不會對SAW傳感器測溫產(chǎn)生影響;③成本低且對環(huán)境也不會造成污染;④SAW傳感器采用被動感應(yīng)方式，無需電池驅(qū)動，減少了電池更換帶來的維護麻煩;⑤無源無線溫度傳感器體積小且與讀入采集器之間數(shù)據(jù)無線傳輸，安裝方便靈活;⑥環(huán)境適應(yīng)性好。溫度傳感器通過匹配軟件的校正后就已經(jīng)補償了傳感器制作過程中的偏差。傳感器可在任何工作溫度范圍內(nèi)的溫度進行調(diào)試，不會受季節(jié)因素影響。通常情況下，傳感器只在安裝后調(diào)試一次，并保持多年不需再校正。

4 結(jié)束語

本文通過對GW4/GW5型隔離開關(guān)運行過程中發(fā)熱并燒壞的原因進行了詳細的分析，并根據(jù)實際燒壞的隔離開關(guān)情況提出了一種基于SAW傳感器的無源無線測溫措施，對隔離開關(guān)發(fā)熱情況進行了在線檢測，加強了對隔離開關(guān)發(fā)熱的控制，對提供供電的可靠性有著重要的意義。這一措施正在變電站中逐步落實。

［1］鄭雄俊.GW5隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱的原因分析與處理［J］.中國科技信息，2009，24:130 －132.

［2］劉青勝，張立杰，王新彤.高壓隔離開關(guān)發(fā)熱的原因分析及對策［J］.華北電力技術(shù)，2008，12:36 －38.

［3］胡紅光.隔離開關(guān)觸頭結(jié)構(gòu)與發(fā)熱原因分析［J］.高電壓技術(shù)，2001，27(5):72 －74.

［4］陳衡，侯善敬.電力設(shè)備故障紅外診斷［M］.北京:中國電力出版社，1997.

［5］王軍峰，李平，等.聲表面波諧振型無源無線溫度傳感器硬件系統(tǒng)［J］.壓電與光，2006，28(1):1 －4.

［6］王軍峰，李平，等.無源無線聲表面波諧振器溫度傳感系統(tǒng)硬件構(gòu)成［J］.儀器儀表學(xué)報，2004，25(4):155 －157.