徐勇俊，謝成，張一軍，賈立忠，曹張潔

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江金華321000；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014；3.國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310009）

隔離開關(guān)接觸電阻帶電測(cè)量裝置的研制與應(yīng)用

徐勇俊1，謝成2，張一軍1，賈立忠1，曹張潔3

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江金華321000；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014；3.國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310009）

由于運(yùn)行環(huán)境惡劣，變電站隔離開關(guān)的故障率較高，導(dǎo)電回路過熱是引起隔離開關(guān)故障的主要原因之一，因受接線方式所限無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)戶外母聯(lián)隔離開關(guān)和線路側(cè)隔離開關(guān)的導(dǎo)電回路缺陷。為此，研制一種帶電測(cè)量接觸電阻的裝置，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了測(cè)量方法的安全性及測(cè)量裝置的有效性，并成功診斷一起220 kV母聯(lián)隔離開關(guān)導(dǎo)電回路缺陷。實(shí)踐證明，帶電測(cè)量隔離開關(guān)接觸電阻并結(jié)合帶電清洗技術(shù)，可以避免設(shè)備投運(yùn)后由于隔離開關(guān)過熱引起的重復(fù)停電和由此增加倒閘操作帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

隔離開關(guān)；帶電測(cè)量；接觸電阻；高壓

0 引言

隔離開關(guān)主要用于高壓配電裝置中需要停電部分與帶電部分的可靠隔離，在變電站主設(shè)備中數(shù)量占比最大，運(yùn)行操作量最大。根據(jù)金華電網(wǎng)管轄范圍內(nèi)35～220 kV變電站在運(yùn)隔離開關(guān)近3年缺陷處理情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，導(dǎo)電回路過熱是位于第二的主要故障，也是長期未能徹底解決的問題。運(yùn)行中的隔離開關(guān)過熱主要是負(fù)荷過重、接觸電阻增大引起的[1]。

因此，有必要研究一種裝置，能夠?qū)Ω綦x開關(guān)接觸電阻進(jìn)行帶電測(cè)量，并結(jié)合帶電清洗技術(shù)來預(yù)防隔離開關(guān)投運(yùn)后出現(xiàn)過熱缺陷。

研發(fā)的接觸電阻帶電測(cè)量裝置應(yīng)用于某220 kV變電站，對(duì)一組母聯(lián)隔離開關(guān)接觸電阻進(jìn)行了帶電測(cè)量。在線路投運(yùn)前及時(shí)發(fā)現(xiàn)一項(xiàng)接觸電阻過大的缺陷，從而避免了一起線路投運(yùn)后可能出現(xiàn)的由于母聯(lián)隔離開關(guān)過熱造成的重復(fù)停電。

1 隔離開關(guān)過熱分析

1.1 過熱原因

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，隔離開關(guān)的工作電流如果超過額定電流的70%一般會(huì)發(fā)生過熱。而過熱缺陷大多集中在老舊設(shè)備，一是因?yàn)槔吓f設(shè)備所處變電站大多負(fù)荷較大，工作電流較大；二是因?yàn)椴考匣^嚴(yán)重，接觸性能下降。其中以母聯(lián)隔離開關(guān)過熱情況最為嚴(yán)重，由于通過的電流較大，而且多年運(yùn)行后接觸性能下降更甚。母聯(lián)隔離開關(guān)在操作中由于存在母線轉(zhuǎn)換電流，易出現(xiàn)觸頭拉弧燒損現(xiàn)象[2]。此外受運(yùn)行方式制約，大部份的母聯(lián)隔離開關(guān)過熱故障不能得到及時(shí)處理。

設(shè)備不過載情況下的導(dǎo)電部分發(fā)熱主要是接觸電阻增大引起。常規(guī)變電站隔離開關(guān)長期經(jīng)受自然環(huán)境的嚴(yán)峻考驗(yàn)，其觸頭部分容易受到空氣中有害物質(zhì)、雨水等侵蝕，造成接觸面氧化、銹蝕。其次，觸頭彈簧長期處于壓緊的工作狀態(tài)會(huì)發(fā)生疲勞，隨著運(yùn)行時(shí)間的加長和腐蝕的積累效應(yīng)，加之工作電流引起的發(fā)熱使彈簧慢慢失去彈性，造成觸頭接觸力變小，引起接觸不良。合閘不到位或偏位導(dǎo)致接觸不良也會(huì)引起過熱[3]。

1.2 隔離開關(guān)過熱的診斷

隔離開關(guān)導(dǎo)電回路過熱缺陷的診斷，主要是通過紅外檢測(cè)和測(cè)量接觸電阻2種途徑[4]。運(yùn)行中的設(shè)備一般借助于紅外熱像儀來檢測(cè)過熱缺陷，但是利用紅外檢測(cè)發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，過熱現(xiàn)象已經(jīng)較為嚴(yán)重，缺陷性質(zhì)確認(rèn)后，一般需要立即采取措施減負(fù)荷、甚至停電檢修。

直流接觸電阻的測(cè)量，是診斷隔離開關(guān)導(dǎo)電回路性能和觸頭接觸情況最為直接、靈敏、有效的方法[5]。然而隔離開關(guān)接觸電阻的測(cè)量一般需要在停電檢修時(shí)進(jìn)行，尤其是母聯(lián)隔離開關(guān)，自投運(yùn)起停電機(jī)會(huì)十分少，缺少評(píng)價(jià)觸頭接觸狀況的數(shù)據(jù)。如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)導(dǎo)電回路的缺陷并處理，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行后出現(xiàn)過熱故障需要停電處理時(shí)，由于非計(jì)劃停電檢修母聯(lián)隔離開關(guān)所需停電范圍大，會(huì)造成母線非正常方式運(yùn)行，使系統(tǒng)可靠性降低，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成人力、物力、資源的浪費(fèi)[6]。此外，目前隔離開關(guān)觸頭帶電清洗技術(shù)雖已相對(duì)成熟，卻無法預(yù)先有針對(duì)地確定需清洗的設(shè)備[7]。

2 接觸電阻帶電測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)量的安全性設(shè)計(jì)

高壓隔離開關(guān)一般安裝在離地面3～4 m的高處，要進(jìn)行帶電測(cè)量，首先要解決如何將測(cè)量裝置安全地連接到隔離開關(guān)上的問題。測(cè)量時(shí)采用帶開口鉗的絕緣桿，裝置采用4接線測(cè)量方式，需要有2根帶開口鉗的絕緣桿連接至隔離開關(guān)。由于隔離開關(guān)帶電，當(dāng)攜帶測(cè)量裝置的開口鉗接近或離開隔離開關(guān)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生高壓放電現(xiàn)象，此時(shí)必須對(duì)測(cè)量裝置的4個(gè)端口進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)的方法如圖1所示，各個(gè)端口之間連接1個(gè)TVS管（瞬態(tài)抑制二極管），將各個(gè)端口的電位差限制在TVS管擊穿電壓范圍之內(nèi)，避免各個(gè)端口之間電位差過大而損壞。

圖1 測(cè)量端口保護(hù)方法示意

2.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

接觸電阻帶電測(cè)量裝置為典型的伏安電阻測(cè)量設(shè)備，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 測(cè)量裝置硬件結(jié)構(gòu)原理

測(cè)量電流由直流恒流源提供，電壓信號(hào)通過輸入整理電路和自動(dòng)增益控制電路，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，由單片機(jī)通過無線模塊發(fā)送到地面控制箱。

為減少周圍交流感應(yīng)對(duì)測(cè)量回路的影響，在測(cè)量開關(guān)接觸電阻時(shí)采用直流電源。恒流源電路提供100 A的測(cè)試電流，以滿足微歐級(jí)電阻的測(cè)量要求。由于電池提供的電源電壓只有3.7 V，要形成恒流供電，應(yīng)采用串聯(lián)型恒流源電路，調(diào)整管選用若干個(gè)大電流、低導(dǎo)通電阻的場效應(yīng)管并聯(lián)。電壓采樣過程中，采樣頻率不需要太高，但必須整周期同步采樣。因此在采樣電路中添加鎖相環(huán)電路，從硬件上保證了電壓和流過隔離開關(guān)交流電流的整周期同步采集。通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的FFT分析，剔除交流電流對(duì)結(jié)果的影響。

另外，由于采樣電壓幅度很小，并且裝置處于高壓環(huán)境中，電磁干擾嚴(yán)重。電壓采樣輸入整理電路應(yīng)采用差分輸入，以減少共模干擾，選用低失調(diào)、低溫漂的運(yùn)放，比如AD8628等芯片。電壓采樣通道、電流采樣通道、恒流源電路、單片機(jī)電路均采取單獨(dú)供電，利用DC－DC模塊和信號(hào)隔離芯片實(shí)現(xiàn)各部分的隔離。

測(cè)量裝置懸掛于隔離開關(guān)上，必須采用電池供電。由于隔離開關(guān)接觸電阻為微歐級(jí)，伏安法測(cè)量電阻需要較大的電流，以獲得較高的測(cè)量電壓，滿足測(cè)量精度要求。采用磷酸鐵鋰電池能很好解決這個(gè)問題。該電池具有極低的內(nèi)阻，一般內(nèi)阻為1～10 mΩ，能提供10C的放電倍率。

3 帶電測(cè)量裝置的現(xiàn)場應(yīng)用

應(yīng)用1：在某220 kV變電站220 kV金倪2339開關(guān)檢修完畢后即將復(fù)役，在開關(guān)合閘前確認(rèn)母線側(cè)隔離開關(guān)回路電阻正常是十分必要的。由于隔離開關(guān)母線側(cè)觸頭帶電，無法通過一般的測(cè)試方法來判斷隔離開關(guān)接觸電阻是否過大。將金倪2339開關(guān)正母、副母及旁母側(cè)隔離開關(guān)合閘后，采用接觸電阻帶電測(cè)量裝置依次對(duì)正母、副母及旁母線側(cè)隔離開關(guān)進(jìn)行帶電測(cè)量。測(cè)量時(shí)，測(cè)試操作人員始終確保與被試設(shè)備及周圍帶電體的安全距離[8]。

測(cè)試發(fā)現(xiàn)220 kV副母側(cè)B相隔離開關(guān)接觸電阻過大（實(shí)測(cè)值1 384 μΩ，交接試驗(yàn)數(shù)值：79 μΩ），將該隔離開關(guān)分閘，利用帶電沖洗技術(shù)進(jìn)行觸頭清洗，清洗完畢后隔離開關(guān)合閘并進(jìn)行接觸電阻復(fù)測(cè)，接觸電阻合格（實(shí)測(cè)值90 μΩ），避免了線路帶負(fù)荷后由于母線側(cè)隔離開關(guān)過熱需重復(fù)停電處理造成的損失。

應(yīng)用2：某110 kV變電站2號(hào)主變間隔及110 kV方山1638線路開關(guān)檢修完成后，線路開關(guān)處于冷備用狀態(tài)，線路側(cè)隔離開關(guān)半側(cè)觸頭帶電。由于未帶負(fù)荷無法利用紅外測(cè)溫判斷該組隔離開關(guān)接觸狀況，因此將該組隔離開關(guān)合閘，對(duì)其進(jìn)行接觸電阻帶電測(cè)量，從而判斷隔離開關(guān)接觸電阻是否超標(biāo)。如阻值偏大，則進(jìn)行檢修清洗處理，直至接觸電阻復(fù)測(cè)合格，以保證線路開關(guān)合閘后線路側(cè)隔離開關(guān)的可靠運(yùn)行，測(cè)量接觸電阻合格，線路安全投運(yùn)。

4 接觸電阻帶電測(cè)試的準(zhǔn)確性分析

為了驗(yàn)證接觸電阻帶電測(cè)量裝置測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，選取某110 kV變電站中1組額定電壓為126 kV的同類型雙柱式戶外隔離開關(guān)，分別進(jìn)行帶電及停電狀態(tài)下的接觸電阻測(cè)量，并結(jié)合該站最近一次停電檢修試驗(yàn)的數(shù)據(jù)將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 隔離開關(guān)接觸電阻帶電與停電測(cè)量結(jié)果對(duì)比μΩ

通過數(shù)據(jù)對(duì)比可知，帶電測(cè)量接觸電阻的數(shù)據(jù)與停電狀態(tài)測(cè)量的結(jié)果接近，誤差最大不超過1 μΩ，因此可以認(rèn)為裝置對(duì)隔離開關(guān)接觸電阻進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果有效、可靠。

測(cè)量過程中，當(dāng)裝置測(cè)量端接近和離開隔離開關(guān)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生拉弧，但裝置工作正常。裝置的測(cè)試精度結(jié)果如表2所示，25～2 000 μΩ測(cè)量范圍內(nèi)測(cè)量精度達(dá)到0.2級(jí)，能夠滿足隔離開關(guān)接觸電阻測(cè)量精度的要求。

表2 帶電測(cè)量接觸電阻裝置的測(cè)量精度μΩ

5 結(jié)論

（1）應(yīng)用帶電測(cè)量裝置對(duì)隔離開關(guān)接觸電阻帶電測(cè)量結(jié)果與停電測(cè)量的數(shù)據(jù)吻合，測(cè)量精度滿足測(cè)試要求，測(cè)試方法安全有效。

（2）在設(shè)備帶負(fù)荷投運(yùn)前，通過帶電測(cè)量接觸電阻結(jié)合帶電清洗技術(shù)對(duì)母聯(lián)隔離開關(guān)或線路側(cè)隔離開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)處理，可以避免由于接觸電阻超標(biāo)、運(yùn)行后出現(xiàn)過熱導(dǎo)致重復(fù)停電，并減少為重復(fù)停電檢修進(jìn)行倒閘操作帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

[1]梁方建，張道乾.GW5－110型隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱缺陷分析及檢修處理[J].高壓電器，2008，44（1）∶88－90.

[2]鐘振蛟.高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)選用的若干問題[J].電力設(shè)備，2008，9（4）∶55－58.

[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）∶72－75.

[4]周武仲.電力設(shè)備維修診斷與預(yù)防性試驗(yàn)[M].北京：中國電力出版社.2008.

[5]張宗偉，盧昌宏.GW5－126型隔離開關(guān)觸頭燒損故障分析及對(duì)策[J].高壓電器，2011，47（2）∶76－79.

[6]GB/T 13395－2008電力設(shè)備帶電水沖洗規(guī)程[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[7]安軍，王永強(qiáng).帶電處理110 kV隔離開關(guān)設(shè)備線夾發(fā)熱問題[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006（30）∶228－229.

（本文編輯：楊勇）

Development and Application of Live Contact Resistance Measurement Unit of Disconnector

XU Yongjun1，XIE Cheng2，ZHANG Yijun1，JIA Lizhong1，CAO Zhangjie3
（1.State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321000，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；3.State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China）

Due to harsh operation environment，fault rate of substation disconnectors is high.Galvanic circuit overheat is one of the reasons of disconnector faults；because of wiring mode limit，defects in galvanic circuit of the outdoor bus coupler disconnector and line-side disconnector can not be detected timely.Therefore，a live contact resistance measurement unit is developed.By testing safety of the measurement method and effectiveness of the measurement unit have been validated；besides，a galvanic circuit defect of 220 kV bus coupler disconnector is successfully detected.As is proved by practice that live contact resistance measurement of disconnector，combining with live water washing technology，can prevent repeated power outage due to disconnector overheat after equipment operation and the consequent safety risks due to increased switching operations.

disconnector；live measurement；contact resistance；high voltage

TM835.1

：B

：1007－1881（2016）04－0025－03

2015-12-22

徐勇俊（1985），男，工程師，主要從事變電站一次設(shè)備帶電檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用、運(yùn)行檢修等工作。