2020年第3期
2020 No.3
电力系统
Electric System电力系统装备
Electric Power System Equipment隔离开关分合闸到位实时定性监测方法的研究
张跃峰，李 超，何光龙，沈 吉，范怀昆
（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南昆明 650100）
［摘 要］隔离开关是电力系统中最常用的高压开关设备之一，多年的户外运行会出现锈蚀卡涩，导致分合闸不到位的情况，成为影响电力系统安全稳定运行的严重问题之一。而目前判断分合闸是否到位需工作人员到现场进行观测，根据个人技能水平及工作经验来判断，准确率低、费时、风险高。故而如何远距离监测隔离开关分合闸是否到位，准确及时发现分合闸不到位缺陷，是目前的研究重点。本文基于红外线发射和接收装置，以GW4型双柱水平旋转式电动操作机构隔离开关为例，研究了一种隔离开关分合闸到位实时定性检测方法。［关键词］隔离开关；分合闸不到位；红外线传感器［中图分类号］TM76 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X（2020）03–0086–02
Research on Real-time Qualitative Monitoring Method for
Opening and Closing of Isolating Switch
Zhang Yue-feng，Li Chao，He Guang-long，Shen Ji，Fan Huai-kun
［Abstract］Isolation switch is one of the most commonly used high-voltage switchgears in power systems. For many years of outdoor operation, rust and seizure may cause the opening and closing of the switch to be in place, which has become one of the serious problems affecting the safe and stable operation of the power grid. Whether the opening and closing is in place requires the staff to observe the scene and judge based on personal skill level and work experience. The accuracy is low, time consuming and high risk. Therefore, how to remotely monitor the disconnection of the disconnector is in place, and accurately and timely fi nd the defect of the open and close is not the focus of this article; this article is based on the infrared transmitting and receiving mechanism, using the GW4 double-column horizontal rotary electric operating mechanism isolation switch As an example, a real-time qualitative detection method for the opening and closing of the disconnector is established. Vacuum on-load tap-changer, as a turn-adjusting device for the neutral point arc suppression coil of the grounding transformer, is an indispensable part for regulating the short-circuit capacitance current of the ground. After that, the failure process and cause are analyzed and judged, and targeted prevention and improvement measures are proposed.［Keywords］Isolating switch; Opening and closing are not in place; Infrared sensor随着电力行业的不断发展及电网规模的不断扩大，电网的智能化和联网运行成为未来电网的发展趋势。为了有效降低现场操作带来的风险，越来越多的学者研究传感器和辅助电路组成的保护和监测装置，实现对电力系统的保护及监测，但是对隔离开关机械特性方面的研究则较少。而如何测量隔离开关的状态量、及时发现隔离开关存在的问题，从而控制隔离开关的故障率是非常重要的[1]。以双柱水平旋转式电动操作机构隔离开关为例（以下简称GW4型），隔离开关用于供高压线路无负载换接以及对被检的高压母线、断路器等电气设备与带电高压线路之电气隔离。现有判断隔离开关是否分合闸到位时[2]，需工作人员到现场进行观测，根据个人技能水平及工作经验来判断是否分合到位，准确率低、费时、风险高。特别是恶劣天气下，极大增加了判断难度和风险；且人工判断的准确率较低会导致送电后的隔离开关存在很多安全隐患，如果合闸不到位发热，可能会造成电网非计划停运等事故。本文从隔离开关的机械特性故障入手，研究一种实时定性监测隔离开关分合闸到位的方法。1 隔离开关检测手段现状
目前，高压隔离开关状态监测手段主要包括红外测温、绝缘子超声波探伤[3]，用于带电时检测导电回路发热和支柱绝缘子裂纹；停电时，用回路电阻测试仪检测导电回路的情况，而对于机械状态缺乏有效的监测手段，如由于安装调试不当或污秽、潮湿、锈蚀等问题引起的机构卡涩，可能导致隔离开关分合闸不到位、操作力矩增大、机械传动部件强度下降，并进一步造成导电回路过热、绝缘子断裂、传动机构损坏变形等严重事故[4]。
2 隔离开关动作特性及机械故障起因分析
2.1 电动操作机构隔离开关动作特性
如图1所示，GW4型电动操作机构隔离开关通过机构箱内电动机和减速装置带动垂直连杆旋转，垂直连杆的旋转拉动小拐臂，进而带动主动相主动侧支柱绝缘子旋转，将力传递给相间连杆和极间连杆，带动从动相主动侧支柱绝缘子及极间从动侧支柱绝缘子同时旋转，从而完成分合闸。由于整个传动过程涉及多个传动部件，任何一个部件出现卡涩或是机械变形都会导致隔离开关分合闸不到位，进而危及电网的安全稳定运行；而两极支柱绝缘子的旋转是最能反应分合闸旋转角度的实际情况，故从两极支柱绝缘子旋转情况入手来监测分合闸到位情况。
④
③
⑤
⑥
②
①
1.垂直连杆；2.小拐臂；3.主动相、主动侧支柱绝缘子；4.相间连
杆；5.极间连杆；6.极间从动侧支柱绝缘子
图1 GW4型隔离开关示意图
2.2 机械故障起因分析
86丨电力系统装备 2020.3
电力系统装备
Electric Power System Equipment电力系统
Electric System2020年第3期
2020 No.3
表1、表2统计了某供电局2016—2018年的隔离开关B1修及对缺陷数据进行的分析，如表1、2所示。
表1 2016—2018年某供电局隔离开关缺陷各项占比
序号缺陷类别项数占比1发热故障113.8%2绝缘子故障124.5%3二次回路故障259.4%4
机械故障
112
42.3%
表2 2016—2018年隔离开关机械故障缺陷处理各项占比
序号缺陷类别项数占比1操作卡涩、动作不灵活3531.3%2电动操作失灵、拒分拒合
1513.4%3分合闸不到位4842.8%4
紧固件松动、断裂、脱落
14
12.5%
由表1可知，隔离开关出现的故障类型中，发热故障、绝缘子故障及二次回路故障可以通过红外测温仪、绝缘子超声波探伤及动作表征来判断。但是占比很大的机械故障，特别是其中的分合闸不到位故障，仅能根据工作人员的责任心和技能水平来判断隔离开关的状态，导致检修后的隔离开关依然存在隐患。
据统计，导致隔离开关机械故障频发的原因主要有以下方面。
（1）设备质量及运行环境、运行时间。
户外高压隔离开关长期在大气环境中运行工作，受大气中的水分、灰尘、硫化物等污染性物质的影响，其金属及转动部件易受潮、氧化生锈并发生卡涩。此外，安装调试不当也可能导致隔离开关在投运之前已经存在操作不灵活的先天性缺陷。
（2）缺乏有效的定性检测手段。
目前主要通过作业人员个人经验手动操作分合闸，判断隔离开关是否存在卡涩、分合闸是否到位；并且在不同电压等级的开关场中来回走动，增大了现场作业风险。3 隔离开关分合闸到位实时定性检测方法
以双柱水平旋转式电动操作机构隔离开关（GW4型）为例，结合隔离开关的动作特点及常见故障原因，在两极绝缘子支柱底座上放置红外线发射和接收装置，制定一套隔离开关分合闸实时定性监测装置。
（1）在双柱水平旋转式电动操作机构隔离开关处于完全分闸时，在各相主动侧支柱绝缘子底部安装一个无源红外线发射装置，在各相从动侧支柱绝缘子的底部安装一个与红外线发射装置配对的无源红外线接收装置（该接收装置可以无线发射出模拟信号）。根据各厂家隔离开关技术规范要求的设备误差，设定红外线接收装置具有一定的角度范围（例如0°±1°为合格）。该组红外线发射装置与红外线接收装置用于检测完全分闸，定义为1号组（如图2所示）。
（2）当双柱水平旋转式电动操作机构隔离开关处于完全合闸时，在各相主动侧支柱绝缘子底部安装一个无源红外线发射装置，在各相从动侧支柱绝缘子的底部安装一个与红外线发射装置配对的无源红外线接收装置，根据各厂家双柱水平旋转式隔离开关技术要求的设备误差范围，设定红外线接收装置具有一定的角度范围（例如90°±1°为合格）；该组红外线发射装置与红外线接收装置用于检测完全合闸，定义为2号组。
（3）每次对隔离开关进行分闸或者合闸操作时，支柱绝
缘子的旋转带动1号组和2号组转动；合闸时，主动侧支柱绝缘子2号组的红外发射装置随支柱绝缘子顺时针（或逆时针）旋转90°，从动侧支柱绝缘子2号组的红外接收装置亦随支柱绝缘了逆时针（或顺时针）旋转90°，发出与接收完成对接时并在允许误差范围内即是完全合闸；分闸时旋转方向相反，发出与接收完成对接时并在允许误差范围内即是完全分闸。
4
5
6
3
2
2号组
11号组
1.支柱绝缘子底座；2.支柱绝缘子；3.接线巴掌；4.主动侧导电管；5.防水盖；6.从动侧导电管
图2 红外线传感器安装位置
（4）当GW4电动操作机构隔离开关在规定时间内能实现完全分闸或完全合闸时，对应的1号组及2号组发出完全分合闸模拟信号；若一定时间后（从发出分闸命令或合闸命令开始记时时间设置为18s），1号组及2号组仍未发送完全分合闸电信号，则表示隔离开关处于半分半合状态或分合闸不到位，此时控制器发出对应的模拟信号。
（5）在每次分合闸完成后，1号组及2号组将动作的完成状态（完全分合闸/未完全分合闸）以模拟信号的形式发送至控制室内带显示器的控制器进行显示。在远方的控制室中安装一台带液晶显示器的控制器，控制器中的信号收集器用于收集红外定位装置发出的电压模拟信号；控制器中的A/D转换器（模数转换器）将定位装置发出的电压模拟信号转换为数字信号，即输出实际的隔离开关的分合闸状态。控制器中内置双柱水平旋转式电动操作机构隔离开关的分合闸图形程序；当控制器收到完全分合闸或未完全分合闸状态值时，在显示屏中呈现不同的分合闸动画。
（6）当工作人员在远方主控室进行远方分合闸时，就可以通过液晶显示屏监测到双柱水平旋转式隔离开关的分合闸情况，及时发现双柱水平旋转式隔离开关分合不到位缺陷；避免了工作人员需要频繁进入现场观测所带来的安全风险。4 结语
本文通过分析隔离开关出现机械故障的原因及隔离开关的动作特性，确定在隔离开关两极支柱绝缘子的底座上安装无源红外线发射和接收装置,能够有效检测分合闸到位情况，并建立两组定位装置分别确定分闸及合闸到位情况。建立了隔离开关分合闸到位实时定性检测方法，通过该方法有效提高了判断隔离开关分合闸到位准确性，并有效降低了工作人员的安全风险及设备故障风险。
参考文献
[1] 毛文奇，王舶仲，蒋毅舟，等.高压隔离开关分合闸位置监测技术的研究综述及展望[J].智慧电力，2019（8）：112-119.
[2] 高挺，陈伟华，姜琼瑶，等.隔离开关分合不到位智能诊断的研究[J].电工技术，2019（13）：4-6.
[3] 戴志军.变电运维中红外测温技术的实践[J].中国新技术新产品，2019（20）：38-39.
[4] 董洪达，冯世涛，黄涛，等.高压隔离开关典型机械故障与检测方法分析[J].电工技术，2018（7）：36-38，42.
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