GW4隔离开关自力式导电杆的应用及其触头温度在线测量技术初探

摘要：本文通过对隔离开关接触部分的结构分析得出接头过热的详细原理和处理措施，对我厂#2变电站隔离开关应用的自力式导电杆做出分析说明并与我厂原来的导电杆做出比较。对用温度传感器直接测量触头温度，并采用红外发射原理将信号传输到接受器，即实现了触头温度的直接测量的方案进行了初步研究

关键词：隔离开关 接触电阻 接头过热

Abstract: This paper through the analysis of the isolating switch contact part of the structural detailed principles derive measures that draw connectors overheating. Self-conductive rod on my plant # 2 substation isolation switch applications to make the analysis shows the conductive rod to do with my factory originala comparison. Direct measurement of contact temperature using the temperature sensor, and the principle of the infrared emission signal transmission to the receiver, namely the direct contact temperature measurement program conducted a preliminary study

Key Words: isolating switch, contact resistance, the joint overheating

中图分类号： TH811文献标识码：A文章编号：

1 高压隔离开关的作用

高压电网中，隔离开关的主要功能是：当断路器断开电路后，由于隔离开关的断开，使有电与无电部分能得到明显的隔离，起辅助开关的作用。此外，隔离开关具有一定的自然灭弧能力，常用在电压互感器和避雷器等电流很小的设备投入和断开上，以及一个断路器与几个设备的连接处，使断路器经过隔离开关的倒换更为灵活方便。

2我厂#2变电站隔离开关总体状况

2008年陡河厂#2站给定的短路电流为三相39.60KA，单相29.03KA，电力系统容量不断增大，短路电流随之增大。我厂隔离开关额定电流为2000A，最大短路电流承受为40KA，由于多年的电腐蚀及化学腐蚀，现运行的隔离开关的短路电流承受能力能否达到40KA，由于没有检测手段不能确定。

3 隔离开关触头接触压力的重要作用

户外隔离开关是唯一完全暴露在大气环境中工作、受环境气候条件影响最直接最严重的电气设备,它的运行条件比较恶劣。触指和触头属可动接触,接触部分容易产生接触不良,使接触电阻增大而导致发热。为触指提供压力的弹簧,常因锈蚀和流过电流发热而退火,导致弹力下降或失效,更使接触部分发热加剧。

绝大部分检修人员都是用测量回路电阻的方法来判断导电部分接触的好坏认为只要回路电阻在合格范围内,导电部分的检修工作就圆满结束了。在很低的接触压力下运行必然会发生过热。因此,回路电阻合格不能说明触头接触良好。

4 自力式隔离开关导电杆结构性能说明

我厂#2变电站新应用的自力式隔离开关导电部分，其主导电系统采用自力式触棒材料，克服了碳素钢丝弹簧易锈蚀的弊端，可以长期保持触头、触棒的接触压力不变。同时触棒的固定安装方式也解决了活动触指夹尘夹沙现象。

7 隔离开关触头温度在线监测方案初探

（1） 基本原理

温度测量原理框图见图1。测温元件AD590集成温度传感器参数1 μA/K，由电阻取出信号，转换为10 mV/K，经差动放大器处理变为0.01 V/℃。温度―电压变换信号进入电压/频率变换器AD654，将0～100 ℃变换为0～fmax频率的信号，经红外发射回路调制后发射出去。红外接受回路将接受信号解调后再由频率/电压转换回路变为电压信号，并送入显示器。

（2） 参数选取

aU/f最高频率与红外发射频率间的配合

设温度与频率的关系为f=at(周期T)，红外调制频率为f1(周期T1)，调制频率占空比为D。由于非同步调制引起f周期丢失最大为Δtmax=(1-D)T1，由此引起的最大调制测量误差为：

为提高分辨率，希望测温范围对应的频率范围越大越好，频率越高，f/U转换时输出电压的纹波越小，响应时间也快。图3为f1=40 kHz时100 ℃对应频率fmax和占空比D与最大调制测量误差δmax的关系曲线。可见fmax与f1越接近δmax越大；D越小，δmax也越大。为提高红外发射距离，希望D小，因此须采取合理措施，减小上述矛盾带来的调制解调误差。

b同步振荡技术

从调制解调误差分析可知，为减小δmax，希望fmax越低越好，但为了提高测量温度分辨率，减小f/U的纹波，又希望fmax高。为此，采用图4同步振荡技术：以555振荡器为基本单元，输入T/f回路的输出信号，其它部分为555可变占空比标准回路。输出信号见图5。采用此回路后，经红外接受解调后的频率信号与原信号脉宽不同，但不影响周期，故f/U转换后无不同步引起的误差。

c红外发射/接受回路设计

红外发射回路见图6。隔离开关距地面＞3 m，再考虑三相共用接受盒，则发射/接受距离至少＞3.5 m。红外光有效传送距离与驱动峰值电流成正比[2]；为减小电源又希望所设计电路的能耗越小越好，为此，采用小占空比的设计模式。

红外发射二极管峰值工作电流 ，式中，IF为直流工作电流；T/T0=1/D，T0为发射波脉宽；T为发射波周期。可见，D越小，在满足IP的条件下，IF越小。同时，在一定的峰值电流下，减小D还可延长红外发射二极管的使用寿命。发射波形最小脉宽T0受发光二极管响应时间的限制，通常取T0≥1 μs，若取T0=2 μs，则发射频率为30、40、50 kHz时D分别为0.07、0.08、0.1。从前一段的分析知：采用同步振荡技术后，可不考虑D引起的调制解调误差，因此，尽量采用小D值，以达到提高发射距离、减小能耗的目的。

为了实现三相共用接受盒，避免相互间的干扰，三相红外发射频率分别取30、40、50 kHz。

红外接受电路采用日本索尼公司的CX20106，见图7[2]。通过调整R1可获得中心频率分别为30、40、50 kHz的接受解调回路。

（3）实验结果

图8为测温回路实验结果。实验时温度传感器置于可控恒温箱中，恒温精度±0.5 ℃，每天测量一次，连续20天，将每一温度点结果平均。从图中可看出，非同步调制发射条件下测温误差较大，总趋势为：温度越高误差越大，120 ℃时误差为37%；而采用同步调制发射技术后测量误差明显减小 ，最大误差～5%。测温发射回路消耗电流为5 mA。

（4） 结论

a.采用直接测温红外线传输数据的测温系统能较为准确地在线检测隔离开关的触头温度，并且没有增加绝缘故障点。

b.红外调制发射和同步振荡技术较好地解决了发射距离与调制解调误差间的矛盾。

c.异频调制发射能解决三相间的相互干扰。

参考文献：

1 孟庆民 高压开关设备的温度在线检测研究―高压电器 2006（050

2 杨武 王小华等 基于红外测温技术的高压电力设备温度在线监测传感器的研究――中国电机工程学报2002,22（9）

3 巩宪锋等 高压开关柜隔离触头温度检测研究 中国电机工程学报 2006 26（1）