可識(shí)別接觸狀態(tài)的隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別方法研究及應(yīng)用

汪 洋，劉 帆，汪 濤，曾 國(guó)，張 海，何育勇，陳 雋，謝齊家，吳傳奇（.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 40077；.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 40077；.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司黃石供電公司，湖北 黃石 45000）

0 引言

隔離開(kāi)關(guān)是一種無(wú)滅弧功能的開(kāi)關(guān)設(shè)備，是電力系統(tǒng)中重要的部件之一[1]。隔離開(kāi)關(guān)在合位時(shí)，必須保證接觸良好，能夠承載正常運(yùn)行條件下的電流以及規(guī)定時(shí)間內(nèi)異常條件下的電流。隔離開(kāi)關(guān)在分位時(shí)，觸頭間有負(fù)荷規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開(kāi)標(biāo)志，以建立可靠的絕緣間隙，將需要檢修的設(shè)備或線(xiàn)路與電源用一個(gè)明顯的斷點(diǎn)隔開(kāi)，保證檢修人員和設(shè)備的安全。隔離開(kāi)關(guān)合閘不到位或合閘后觸頭接觸狀態(tài)不良，將導(dǎo)致放電或過(guò)熱等設(shè)備異常，嚴(yán)重的還會(huì)造成電網(wǎng)事故。隔離開(kāi)關(guān)分閘不到位時(shí)，將會(huì)造成絕緣距離不滿(mǎn)足要求，對(duì)檢修人員生命及設(shè)備安全造成嚴(yán)重威脅。因此對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合位置的判別具有重要的意義[2]。

隔離開(kāi)關(guān)的分合位置，最終是由其觸頭的分合來(lái)決定的?，F(xiàn)有的隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別，主要依靠隔離開(kāi)關(guān)自帶的輔助接點(diǎn)，輔助接點(diǎn)位于隔離開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱中，與隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)部分相連，通過(guò)傳動(dòng)部件的位移來(lái)推斷觸頭的分合位置。但輔助接點(diǎn)與觸頭間相隔較長(zhǎng)的距離，如果傳動(dòng)部分發(fā)生異常，輔助接點(diǎn)輸出的分合位置將于觸頭分合位置不一致，導(dǎo)致分合位置誤判[3]。其它隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別方法包括力矩法、激光測(cè)量法、壓力測(cè)量法、圖像識(shí)別法等。力矩法是在隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)部件上加裝微動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)判斷觸頭分合位置，雖然微動(dòng)開(kāi)關(guān)與輔助接點(diǎn)相比離觸頭位置較近，但其離觸頭仍然有一定距離，不能直接判斷觸頭分合位置。激光測(cè)量法是在隔離開(kāi)關(guān)觸頭位置安裝激光傳感器識(shí)別觸頭分合位置，壓力測(cè)量法是在隔離開(kāi)關(guān)觸頭位置安裝壓力傳感器識(shí)別觸頭分合位置，圖像識(shí)別法是在觸頭附近安裝攝像頭并通過(guò)圖像識(shí)別的方法判斷觸頭分合位置，這些方法都能直接判別隔離開(kāi)關(guān)觸頭分合位置，但均不能識(shí)別出隔離開(kāi)關(guān)在合位時(shí)觸頭接觸狀態(tài)是否良好，即不能判別隔離開(kāi)關(guān)是否處于半合位[4-6]。隔離開(kāi)關(guān)觸頭處于半合位時(shí)，接觸狀態(tài)不良，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱或放電故障，嚴(yán)重威脅設(shè)備及電網(wǎng)安全。因此研究可識(shí)別接觸狀態(tài)是否良好的隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別方法將具有重要意義。

本文提出了一種可識(shí)別接觸狀態(tài)是否良好的隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別方法。該方法通過(guò)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)觸頭壓緊彈簧壓力和觸頭溫度的綜合判別來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)壓力的突變量大小來(lái)判別隔離開(kāi)關(guān)處于分位還是合位，當(dāng)判斷隔離開(kāi)關(guān)處于合位時(shí)，根據(jù)溫度的高低來(lái)判斷觸頭接觸狀態(tài)是否良好，最終實(shí)現(xiàn)既可判別隔離開(kāi)關(guān)分合位置，又可判別接觸狀態(tài)是否良好。

1 可識(shí)別接觸狀態(tài)的隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別方法邏輯

可識(shí)別接觸狀態(tài)的隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別方法邏輯框圖如圖1所示。壓力傳感器不間斷測(cè)量隔離開(kāi)關(guān)觸頭彈簧壓力，同時(shí)將測(cè)量的壓力值與上次測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，以判斷壓力值是否有突變，當(dāng)出現(xiàn)負(fù)突變即壓力值突然下降，且下降幅度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，即可判別隔離開(kāi)關(guān)變?yōu)榉治?。?dāng)出現(xiàn)正突變即壓力值突然上升，且上升幅度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，即可判別隔離開(kāi)關(guān)變?yōu)楹衔?。?dāng)判斷隔離開(kāi)關(guān)處于合位時(shí)，即開(kāi)始不間斷測(cè)量觸頭溫度，當(dāng)溫度值小于設(shè)定閾值時(shí)，即可判別觸頭接觸情況良好，當(dāng)溫度值大于設(shè)定閾值時(shí)，即可判別觸頭接觸情況不良。

圖1 可識(shí)別接觸狀態(tài)的隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別方法邏輯框圖Fig.1 Logic diagram of disconnector breaking-closing position discrimination method with the function of contact condition recognition

2 隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置結(jié)構(gòu)和原理

2.1 裝置安裝位置

隔離開(kāi)關(guān)觸頭壓力和溫度的測(cè)量通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置實(shí)現(xiàn)，隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置安裝示意圖如圖2所示，裝置安裝于隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭壓緊彈簧底部，裝置與彈簧接觸的部位安裝有壓力傳感器，可測(cè)量壓緊彈簧壓力，同時(shí)裝置上還安裝有紅外測(cè)溫傳感器，用來(lái)測(cè)量觸頭部位的溫度。

圖2 隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置安裝示意圖Fig.2 Installation diagram of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

2.2 裝置結(jié)構(gòu)

隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置外形結(jié)構(gòu)如圖3所示，其主要部件包括壓力傳感元件、紅外測(cè)溫探頭、殼體及內(nèi)部的電路板等。

殼體是傳感器外形結(jié)構(gòu)，起到保護(hù)內(nèi)部電路作用，外殼使用尼龍加玻纖材料，具有阻燃和耐腐蝕功能。殼體底部為金屬板，后部有圓形的凸臺(tái)，用于水平面上的限位。傳感器用于高電壓環(huán)境，內(nèi)部電路板通過(guò)金屬螺絲與底部金屬板接觸，形成一個(gè)等電位體。壓力傳感元件固定在金屬面板上。傳感器外殼防護(hù)等級(jí)為IP67。

殼體上端開(kāi)有小孔，安裝紅外玻璃，紅外玻璃下面內(nèi)部電路板上有紅外測(cè)溫探頭。

壓力傳感元件安裝于絕緣桿下方，絕緣桿是高壓隔離刀閘自帶結(jié)構(gòu)，安裝于螺旋彈簧的兩端，起到絕緣的作用。絕緣桿與壓力傳感元件接觸，絕緣桿用于傳遞彈簧的壓力。

圖3 隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置外形結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

2.3 裝置原理

圖4 隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置原理框圖Fig.4 Principle diagram of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置原理框圖如圖4所示。處理器控溫度傳感器和壓力傳感器工作，溫度傳感器用來(lái)測(cè)量觸頭溫度，壓力傳感器用來(lái)測(cè)量觸頭壓緊彈簧壓力，溫度和壓力測(cè)量結(jié)果發(fā)送至處理器，處理器再將測(cè)量結(jié)果通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送出去，與電網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)相連的接收裝置接收發(fā)送的測(cè)量結(jié)果，進(jìn)行分析后得出隔離開(kāi)關(guān)分合位置結(jié)果及接觸狀態(tài)結(jié)果，供測(cè)控系統(tǒng)使用。

3 隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置性能

3.1 性能參數(shù)

隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置性能參數(shù)如表1所示。

表1 隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置性能參數(shù)Tab.1 Performance parameters of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

3.2 主要性能特點(diǎn)

（1）壓力采集使用過(guò)采樣與均值濾波技術(shù)，提高壓力監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性；

（2）根據(jù)采樣壓力值的突變，觸發(fā)冗余上傳數(shù)據(jù)，保證通信可靠性；

（3）系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信部分，采用FEC前向糾錯(cuò)方法，提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性；使用正向交織編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，提高數(shù)據(jù)傳輸安全性；無(wú)線(xiàn)通信頻段433 MHz，非通用通信協(xié)議單向傳輸，傳感器不接收任何外界信息和指令，即保證外界無(wú)法通過(guò)無(wú)線(xiàn)433 MHz電波發(fā)送指令對(duì)隔離刀閘進(jìn)行非法操作；接收裝置IED接收器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等待主站召喚后通信，不主動(dòng)上送數(shù)據(jù)，提高后臺(tái)通信安全性。

（4）刀閘分合狀態(tài)判斷方法的可靠性，采用壓力差值、正常經(jīng)驗(yàn)差值、判據(jù)系數(shù)等綜合判斷，容錯(cuò)性強(qiáng)，提高刀閘位置判斷可靠性。

4 隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置應(yīng)用

4.1 壓力傳感器校準(zhǔn)

在測(cè)試或校準(zhǔn)前，讓壓力傳感元件適應(yīng)使用壓力，可采用110%的力加在壓力傳感元件上，讓壓力傳感元件穩(wěn)定，再移動(dòng)負(fù)載。重復(fù)這個(gè)過(guò)程四到五次。壓力傳感元件和測(cè)試材料的接觸面需保持和測(cè)試和校準(zhǔn)時(shí)一致。在校準(zhǔn)和使用前，壓力傳感元件必須經(jīng)過(guò)適應(yīng)使用壓力。

校準(zhǔn)時(shí)，可采用已知力加在壓力傳感元件上，然后把壓力傳感元件的阻值和力值對(duì)應(yīng)起來(lái)，用與實(shí)際測(cè)試中相近的力來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)中用的圓盤(pán)與在測(cè)試中使用的圓盤(pán)面積需相同。測(cè)試和校準(zhǔn)時(shí)溫度需保持一致。

4.2 壓力傳感器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

將隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置安裝于隔離開(kāi)關(guān)觸頭壓緊彈簧上，測(cè)試其在合閘位置和分閘位置的壓力，重復(fù)20次，測(cè)試值如圖5所示。測(cè)試結(jié)果表明，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定，重復(fù)性較好，完全滿(mǎn)足判斷隔離開(kāi)關(guān)分合位置的要求。

圖5 隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別裝置壓力測(cè)試結(jié)果Fig.5 Pressure test result of disconnector breaking-closing position discrimination equipment

4.3 紅外測(cè)溫傳感器應(yīng)用

紅外測(cè)溫傳感器采用集成紅外測(cè)溫模塊，無(wú)需進(jìn)行再次校準(zhǔn)，測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，其測(cè)量精度在±2℃以?xún)?nèi)，完全滿(mǎn)足判斷觸頭接觸狀態(tài)的要求。

5 結(jié)論

本文研究了一種可識(shí)別接觸狀態(tài)是否良好的隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別方法及相應(yīng)裝置，在判別隔離開(kāi)關(guān)分合位置的基礎(chǔ)上，還能可靠判別隔離開(kāi)關(guān)觸頭接觸狀態(tài)，解決了現(xiàn)有隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別方法不能判別隔離開(kāi)關(guān)處于半合狀態(tài)的難題，提升了隔離開(kāi)關(guān)分合位置判別的準(zhǔn)確性和全面性，對(duì)于電網(wǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

（References）

[1]崔景春，袁大陸，宋杲.高壓隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行分析及其完善化[J].電氣工業(yè)，2007（2）：51-56.CUI Jingchun,YUAN Dalu,SONG Hao.Operation analysis and improvement of high voltage discon?nector[J].Electrical Industry,2007（2）：51-56.

[2]張濤.高壓隔離開(kāi)關(guān)安裝與檢修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.ZHANG Tao.Installation and overhaul of high volt?age disconnector[M].Beijing:China Electric Power Press,2012.

[3]苑舜，崔文軍.高壓隔離開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)與改造[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.YUAN Shun,CUI Wenjun.Design and improvement ofhigh voltage disconnector[M].Beijing:China Electric Power Press,2004.

[4]將平，李晶.高壓隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力的測(cè)試[J].四川電力技術(shù)，2009（6）：26-28.JIANG Ping,LI Jing.Contact pressure test of high voltage disconnector[J].Sichuan Electric Power,2009（6）：26-28.

[5]張志超，郭亞成，周開(kāi)峰,等.基于光柵傳感器和無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)母邏焊綦x開(kāi)關(guān)觸指壓力在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)科技縱橫，2016（5）：131-133.ZHANG Zhichao,GUO Yacheng,ZHOU Kaifeng,et al.Research on contact pressure online monitoring ofhigh voltage disconnector based on wireless transmission and grating sensor[J].China's Science and Technology,2016（5）：131-133.

[6]楊超，李剛，安永帥,等.一種基于VLD開(kāi)發(fā)的智能高壓隔離開(kāi)關(guān)到位監(jiān)測(cè)方法[J].高壓電器，2014（7）：76-82.YANG Chao,LI Gang,AN Yongshuai,et al.Smart position monitoring method of high voltage discon?nector based on VLD exportation[J].High Voltage Equipment,2014（7）：76-82.