GW4/GW5型隔離開關燒壞原因分析及預防控制措施研究

何兵，鄧海峰

(宜昌供電公司，湖北 宜昌 443000)

1 引言

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

2 隔離開關發熱原因分析

隔離開關主要由支撐底座、導電載體、操動構件、傳動構件等組成。發熱故障主要發生在導電罩、觸頭、觸指、開關接線端及設備線夾與導線的連接處。實際運行檢修維護過程中經常見到的發熱原因主要有以下幾個方面:

(1)觸指的彈簧性能逐漸發生退化

觸指彈簧的功能主要有兩個:一是用來穩固觸指，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，在電力系統實際運行過程中，隔離開關大部分時間處于閉合的狀態，這就使得彈簧長期的處于拉伸狀態。如果彈簧的性能不佳或經過長期的拉伸其性能發生退化，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，彈性變差，接觸電阻更大，溫度急劇升高，最終使得隔離開關的觸指和觸頭燒壞。

(2)隔離開關長期在空氣中裸露運行，從而引起接觸表面發生氧化，使得接觸電阻增大，導致隔離開關發熱。

(3)隔離開關在閉合和斷開過程中會產生電弧，這些電弧會侵蝕觸頭和觸指，使得接觸表面不再光滑平整，導致接觸電阻增大，隔離開關發熱。

(4)運行人員的操作過程不規范，造成觸頭或觸指的機械磨損，從而造成發熱的加劇［3］。

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

結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的設計結構存在一定的問題。如圖1所示為一現場燒壞的GW4/GW5型隔離開關。

圖1 現場燒壞的隔離開關

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，即GW4/GW5型隔離開關的每一豎排的觸指不在一個平面內，這就導致了觸頭與觸指由正常情況下的面接觸變為點接觸，從而增大了接觸電阻，使得GW4/GW5型隔離開關在運行過程中容易發熱，從而燒壞隔離開關。

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

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

3 隔離開關發熱預防控制措施的研究

對隔離開關發熱的控制，其最根本的就是對隔離開關運行溫度的檢測，然后及時發出預警信號，對發熱嚴重的隔離開關應該及時更換，避免其燒毀。主要的控制措施有:

(1)利用紅外測溫技術。

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，是目前應用較為廣泛的非接觸測溫技術。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進行定期的檢測，如果發現隔離開關的溫度超過了規定值，則需要對其進行更換，從而避免了隔離開關被燒壞的可能。該預防控制措施的主要缺點就是紅外測溫易受環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)測溫技術實現無源無線測量溫度。

①無源無線測溫系統構成

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

圖2 無源無線測溫系統

②聲表面波(SAW)傳感器簡介

聲表面波(SAW)傳感器是SAW技術的一個新的應用領域，目前國際已經研制了多種SAW傳感器。聲表面波(SAW)傳感器的外形結構如圖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。關于SAW諧振器結構及傳感原理、系統的構成及工作原理，還有天線設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的D面上，要使傳感器的金屬觸片與隔離開關的D面結合緊密。

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生了變化。正是由于頻率受溫度變化的機制使得溫度數據測量得以實現。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大于10cm。

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

與其他溫測方式相比較，SAW測溫系統有如下優點:①SAW測溫系統具有不間斷溫度監控特性;②灰塵不會對SAW傳感器測溫產生影響;③成本低且對環境也不會造成污染;④SAW傳感器采用被動感應方式，無需電池驅動，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據無線傳輸，安裝方便靈活;⑥環境適應性好。溫度傳感器通過匹配軟件的校正后就已經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的溫度進行調試，不會受季節因素影響。通常情況下，傳感器只在安裝后調試一次，并保持多年不需再校正。

4 結束語

本文通過對GW4/GW5型隔離開關運行過程中發熱并燒壞的原因進行了詳細的分析，并根據實際燒壞的隔離開關情況提出了一種基于SAW傳感器的無源無線測溫措施，對隔離開關發熱情況進行了在線檢測，加強了對隔離開關發熱的控制，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隔離開關觸頭發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.高壓隔離開關發熱的原因分析及對策［J］.華北電力技術，2008，12:36 －38.

［3］胡紅光.隔離開關觸頭結構與發熱原因分析［J］.高電壓技術，2001，27(5):72 －74.

［4］陳衡，侯善敬.電力設備故障紅外診斷［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［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硬件構成［J］.儀器儀表學報，2004，25(4):155 －157.