徐勇俊，謝成，張一軍，賈立忠，曹張潔

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

隔離開關接觸電阻帶電測量裝置的研制與應用

徐勇俊1，謝成2，張一軍1，賈立忠1，曹張潔3

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

由于運行環(huán)境惡劣，變電站隔離開關的故障率較高，導電回路過熱是引起隔離開關故障的主要原因之一，因受接線方式所限無法及時發(fā)現(xiàn)戶外母聯(lián)隔離開關和線路側隔離開關的導電回路缺陷。為此，研制一種帶電測量接觸電阻的裝置，通過試驗驗證了測量方法的安全性及測量裝置的有效性，并成功診斷一起220 kV母聯(lián)隔離開關導電回路缺陷。實踐證明，帶電測量隔離開關接觸電阻并結合帶電清洗技術，可以避免設備投運后由于隔離開關過熱引起的重復停電和由此增加倒閘操作帶來的安全風險。

隔離開關；帶電測量；接觸電阻；高壓

0 引言

隔離開關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，在變電站主設備中數(shù)量占比最大，運行操作量最大。根據(jù)金華電網管轄范圍內35～220 kV變電站在運隔離開關近3年缺陷處理情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，導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。運行中的隔離開關過熱主要是負荷過重、接觸電阻增大引起的[1]。

因此，有必要研究一種裝置，能夠對隔離開關接觸電阻進行帶電測量，并結合帶電清洗技術來預防隔離開關投運后出現(xiàn)過熱缺陷。

研發(fā)的接觸電阻帶電測量裝置應用于某220 kV變電站，對一組母聯(lián)隔離開關接觸電阻進行了帶電測量。在線路投運前及時發(fā)現(xiàn)一項接觸電阻過大的缺陷，從而避免了一起線路投運后可能出現(xiàn)的由于母聯(lián)隔離開關過熱造成的重復停電。

1 隔離開關過熱分析

1.1 過熱原因

根據(jù)運行經驗，隔離開關的工作電流如果超過額定電流的70%一般會發(fā)生過熱。而過熱缺陷大多集中在老舊設備，一是因為老舊設備所處變電站大多負荷較大，工作電流較大；二是因為部件老化較嚴重，接觸性能下降。其中以母聯(lián)隔離開關過熱情況最為嚴重，由于通過的電流較大，而且多年運行后接觸性能下降更甚。母聯(lián)隔離開關在操作中由于存在母線轉換電流，易出現(xiàn)觸頭拉弧燒損現(xiàn)象[2]。此外受運行方式制約，大部份的母聯(lián)隔離開關過熱故障不能得到及時處理。

設備不過載情況下的導電部分發(fā)熱主要是接觸電阻增大引起。常規(guī)變電站隔離開關長期經受自然環(huán)境的嚴峻考驗，其觸頭部分容易受到空氣中有害物質、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)會發(fā)生疲勞，隨著運行時間的加長和腐蝕的積累效應，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致接觸不良也會引起過熱[3]。

1.2 隔離開關過熱的診斷

隔離開關導電回路過熱缺陷的診斷，主要是通過紅外檢測和測量接觸電阻2種途徑[4]。運行中的設備一般借助于紅外熱像儀來檢測過熱缺陷，但是利用紅外檢測發(fā)現(xiàn)故障時，過熱現(xiàn)象已經較為嚴重，缺陷性質確認后，一般需要立即采取措施減負荷、甚至停電檢修。

直流接觸電阻的測量，是診斷隔離開關導電回路性能和觸頭接觸情況最為直接、靈敏、有效的方法[5]。然而隔離開關接觸電阻的測量一般需要在停電檢修時進行，尤其是母聯(lián)隔離開關，自投運起停電機會十分少，缺少評價觸頭接觸狀況的數(shù)據(jù)。如不能及時發(fā)現(xiàn)隔離開關導電回路的缺陷并處理，當設備運行后出現(xiàn)過熱故障需要停電處理時，由于非計劃停電檢修母聯(lián)隔離開關所需停電范圍大，會造成母線非正常方式運行，使系統(tǒng)可靠性降低，影響電網的安全穩(wěn)定運行，造成人力、物力、資源的浪費[6]。此外，目前隔離開關觸頭帶電清洗技術雖已相對成熟，卻無法預先有針對地確定需清洗的設備[7]。

2 接觸電阻帶電測量裝置的設計

2.1 測量的安全性設計

高壓隔離開關一般安裝在離地面3～4 m的高處，要進行帶電測量，首先要解決如何將測量裝置安全地連接到隔離開關上的問題。測量時采用帶開口鉗的絕緣桿，裝置采用4接線測量方式，需要有2根帶開口鉗的絕緣桿連接至隔離開關。由于隔離開關帶電，當攜帶測量裝置的開口鉗接近或離開隔離開關時，都會產生高壓放電現(xiàn)象，此時必須對測量裝置的4個端口進行保護，保護的方法如圖1所示，各個端口之間連接1個TVS管（瞬態(tài)抑制二極管），將各個端口的電位差限制在TVS管擊穿電壓范圍之內，避免各個端口之間電位差過大而損壞。

圖1 測量端口保護方法示意

2.2 硬件結構設計

接觸電阻帶電測量裝置為典型的伏安電阻測量設備，其結構框圖如圖2所示。

圖2 測量裝置硬件結構原理

測量電流由直流恒流源提供，電壓信號通過輸入整理電路和自動增益控制電路，經AD轉換后，由單片機通過無線模塊發(fā)送到地面控制箱。

為減少周圍交流感應對測量回路的影響，在測量開關接觸電阻時采用直流電源。恒流源電路提供100 A的測試電流，以滿足微歐級電阻的測量要求。由于電池提供的電源電壓只有3.7 V，要形成恒流供電，應采用串聯(lián)型恒流源電路，調整管選用若干個大電流、低導通電阻的場效應管并聯(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交流電流的整周期同步采集。通過對測量數(shù)據(jù)的FFT分析，剔除交流電流對結果的影響。

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

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

3 帶電測量裝置的現(xiàn)場應用

應用1：在某220 kV變電站220 kV金倪2339開關檢修完畢后即將復役，在開關合閘前確認母線側隔離開關回路電阻正常是十分必要的。由于隔離開關母線側觸頭帶電，無法通過一般的測試方法來判斷隔離開關接觸電阻是否過大。將金倪2339開關正母、副母及旁母側隔離開關合閘后，采用接觸電阻帶電測量裝置依次對正母、副母及旁母線側隔離開關進行帶電測量。測量時，測試操作人員始終確保與被試設備及周圍帶電體的安全距離[8]。

測試發(fā)現(xiàn)220 kV副母側B相隔離開關接觸電阻過大（實測值1 384 μΩ，交接試驗數(shù)值：79 μΩ），將該隔離開關分閘，利用帶電沖洗技術進行觸頭清洗，清洗完畢后隔離開關合閘并進行接觸電阻復測，接觸電阻合格（實測值90 μΩ），避免了線路帶負荷后由于母線側隔離開關過熱需重復停電處理造成的損失。

應用2：某110 kV變電站2號主變間隔及110 kV方山1638線路開關檢修完成后，線路開關處于冷備用狀態(tài)，線路側隔離開關半側觸頭帶電。由于未帶負荷無法利用紅外測溫判斷該組隔離開關接觸狀況，因此將該組隔離開關合閘，對其進行接觸電阻帶電測量，從而判斷隔離開關接觸電阻是否超標。如阻值偏大，則進行檢修清洗處理，直至接觸電阻復測合格，以保證線路開關合閘后線路側隔離開關的可靠運行，測量接觸電阻合格，線路安全投運。

4 接觸電阻帶電測試的準確性分析

為了驗證接觸電阻帶電測量裝置測試結果的準確性，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，分別進行帶電及停電狀態(tài)下的接觸電阻測量，并結合該站最近一次停電檢修試驗的數(shù)據(jù)將測量結果進行對比，如表1所示。

表1 隔離開關接觸電阻帶電與停電測量結果對比μΩ

通過數(shù)據(jù)對比可知，帶電測量接觸電阻的數(shù)據(jù)與停電狀態(tài)測量的結果接近，誤差最大不超過1 μΩ，因此可以認為裝置對隔離開關接觸電阻進行測試的結果有效、可靠。

測量過程中，當裝置測量端接近和離開隔離開關時，會產生拉弧，但裝置工作正常。裝置的測試精度結果如表2所示，25～2 000 μΩ測量范圍內測量精度達到0.2級，能夠滿足隔離開關接觸電阻測量精度的要求。

表2 帶電測量接觸電阻裝置的測量精度μΩ

5 結論

（1）應用帶電測量裝置對隔離開關接觸電阻帶電測量結果與停電測量的數(shù)據(jù)吻合，測量精度滿足測試要求，測試方法安全有效。

（2）在設備帶負荷投運前，通過帶電測量接觸電阻結合帶電清洗技術對母聯(lián)隔離開關或線路側隔離開關進行檢測處理，可以避免由于接觸電阻超標、運行后出現(xiàn)過熱導致重復停電，并減少為重復停電檢修進行倒閘操作帶來的安全風險。

[1]梁方建，張道乾.GW5－110型隔離開關觸頭發(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.高壓交流隔離開關和接地開關選用的若干問題[J].電力設備，2008，9（4）∶55－58.

[3]胡紅光.隔離開關觸頭結構與發(fā)熱原因分析[J].高電壓技術，2001，27（5）∶72－75.

[4]周武仲.電力設備維修診斷與預防性試驗[M].北京：中國電力出版社.2008.

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

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

[7]安軍，王永強.帶電處理110 kV隔離開關設備線夾發(fā)熱問題[J].電網技術，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?。?985），男，工程師，主要從事變電站一次設備帶電檢測、監(jiān)測技術應用、運行檢修等工作。