隔离接地开关（通用7篇）
隔离接地开关 篇1
高压隔离接地开关是将高压电器上的主回路器两侧的电路接地以保证检修人员安全的部件。随着工程需求的发展,全国各地电力设施逐渐扩张,电容量也随之加剧,一方面,要减少输入、输出电路径占地面积;另一方面,需要同时搭建双回路平行高压线的情况不断增多。这种情况下,就必须用到具有开合感应电流功能的高压隔离接地开关。另外,高压电等级不断在升高,使得对高压隔离接地开关开合感应电流功能要求不断在提高。
当线路无电流情况下,高压电器中隔离接地开关用来隔离电路使安全地进行维修;接地开关主要用于工作维护接地,合闸后使无电流的主回路可靠接地,可以说起到了非常重要的作用。而对隔离、接地开关来说,操动机构承接着动作可靠性的重担。对高压电器隔离接地开关的材料选择,应使其基本性能稳定并且造价低。为了保证其具有很好的耐蚀性可采用耐蚀材料及不锈钢材料,同时对构造使用没有焊接点操作。这样既便于人员操作而且不会受其它条件影响,以使得高压隔离接地开关安全稳定的工作。
实际生活中,我们对高压隔离接地开关的选择是根据额定短时间耐受电流,并不是根据额定电流进行选择的。那么随着使用时间延长,经过高压隔离接地开关的最大电流就会远远小于额定电流;为了保障其有效的工作下去,通常对额定电流的选择范围也就大。这样,我们就会发现导致工作中的高压隔离接地开关通电闭合回路产生热量的原因是:开关装置自身的所使用的材料和其结构,以及在使用过程中接触部位的电阻升高产生热量。而不是我们表面认为的工作电流远大于额定电流所导致的。为了消除这种情况的发生,主要是避免错误接触的发生;首先,可以从根本出发设计出结构合理的装置;另外,把好材料关,对制作过程精益求精。当出现闭合回路过热时,并不能说高压隔离接地开关有超负载能力。
在短路环境下,高压接地开关装置能负载规定的短路电流;通常在正常回路下,对负载电流不做要求。在使用过程中,严格要求做到:当高压隔离开关闭合时,接地开关则断开;当高压隔离开关断开后,接地开关才可以闭合。即就是说,高压接地开关不可能长期通过工作电流,这样对接地开关而言,并无额定电流和回路电阻参数。
当高压隔离接地开关的闸刀是在垂直面上运动的。则在闭合和断开时,闸刀的位能都会发生变化;并随着电压等级的递增位能改变越明显。从而,高压电器不等不使用平衡件来使这种情况减少。一般会用到重锤和弹簧这两种平衡件,由于弹簧体积较小而且力大简便易操作,所以选择弹簧的情况比较多。只有先理解了理想平衡的力特性,才能做出合理便于使用的平衡件。无论闸刀在何种方位,由闸刀重力生成的力矩与由平衡件生产的平衡力矩互为相反力矩,并且无论闸刀体积多么庞大,仅仅受到摩擦力,便可随意断开与闭合,当人不给予操作时,闸刀都会停在原位置处。这就是理想平衡。
当我们选择平衡件时,首先对重锤的考虑,一般重锤用平衡件瓷柱自己作为代替。理论上,操作开关的任意位置都可作为平衡件的选取点,在实际应用中会选择主轴之前或主轴上接近重力源位置,以减少瓷柱受力,来平衡闸刀。另外,可选择扭力弹簧以达到平衡。
对于高压隔离接地开关,其整个结构在安装完成后必须进行不同次数的模拟操作,来保证整个装置的稳定性。然而,由于弹簧装置不允许进行空载操作及其它条件制约,那么对安装完的装置仅仅进行简易的模拟操作,并不能达到对该装置性能预期的测试结果,便会发生装置与设计的开关性能不符合等问题。这样,我们就必须制作出适用于检验不同高压隔离接地开关的试验设备。
一方面,不同单位装置结构有所不同,并且滑块式结构的试验设备其连接形式式过于单一;这就要求设计出具有使用不同负载的实验设备,另一方面,对不同负载的实验设备进行调整即复杂又难以实施,若我们不假思索的选择高压隔离接地开关自身进行模拟操作,将会使用巨大的空间。
鉴于以上两点,我们可以选择具有体积小并便于实现等优点,又适用于不同装置的试验设备。这种装置,设计一种装置支架,并将智能控制元件和加载器安装在支架上,另外还增加了辅助器,与固定的控制器连接,手动控制加载器。利用速度传感器、多功能智能计算机、外部传动主轴及输出连杆机构等部件配置组成一套完整的试验装置。可普遍用于不同高压隔离接地开关的模拟试验。加载器是该模拟试验装置的重要配件,它首先以磁粉为工作介质,并根据电磁原理以激磁电流为控制手段,来有效控制加载力矩。其加载力矩与激磁电流形成线性相关性。所以,只需要改变激磁电流大小,就可自由地控制加载力矩的大小。通过加载器方法获取的模拟试验装置负载,既降低了成本且易于控制和操作,可把整套装置传递到不同机构上进行试验。该模拟试验装置测试系统功能齐全、可靠性高、结构紧凑,负载力矩调整极其方便,适合不同高压隔离接地开关的试验,并且该装置可经简单扩充而适应于其它类型的机构,有一定的经济效益。并促进了不同高压隔离接地开关制造商对新技术的研发和提升。
同塔架设双回输电线路中,当有一个回路通电工作,另一个回路停运接地检修时,运行线路将在停运线路上产生感应电流和电压,线路接地开关需要开合这些感应电流,此时,回路接地开关可能产生以下功能:当停运线路一端接地,操作另一端的接地开关时,它将开合感性电流;当停运回路一端断开,操作另一端的接地开关时,它将开合电容电流;将连续承载电容性电流和电感性电流。
同塔双回线路的线路接地开关应能保证以上几点要求。制约同塔双回输电线路感应电流、感应电压的条件多种多样,影响感应电流和电压的主要因素有:工作线路的线路电压、负荷电流、平行线路长度、相间及回路间距离、导线高度、线路的换位情况以及停运线路上是否带有并联电抗器。静电感应静电感应主要是由于停电导线和带电导线之间的耦合电容引起的。静电感应电压的大小与线路电压等级及导线的布置密切相关,与线路长度及负荷电流的大小基本无关。与静电感应分量不同,电磁感应电压的大小取决于负荷电流、线路长度和线路塔头布置方式,而与输电电压的数值无关。所以,电压等级相同的不同线路,其电磁感应电压也可能相差甚远;即使同一线路,也会随着系统运行方式变更而变化较大。
在实际工程中,线路之间的静电耦合和电磁耦合同时存在,而且一条线路中可能有不同类型的导线组成,此时的线路参数计算就比较复杂,同时由于线路高压并联电抗器的作用,准确推导停运线路上的感应电压、电流公式就比较困难,也没有必要由于线路连接有并联电抗器,此时不带电的输电线路形成了一个振荡回路,这会对线路的静电感应电压产生较大影响。由此可见,同塔双回线路中,停运线路上连接着并联电抗器时,对停运线路的静电感应电压有很大影响。
国标规定,接地开关有可能要求开合感应电流和电压的能力,主要通过额定感应电流和额定感应电压参数来确定。额定感应电流是指接地开关在额定感应电压下能开合的最大感应性电流:额定感应电压是指接地开关在开合额定感应电流后能承受的最大工频电压同塔双回线的静电感应和电磁感应在双回线同塔情况下,其中任一回路停电接地,另一带电回路仍继续运行,其间存在相互的静电和电磁耦合关系,若两回线均不换位,运行线三相相对于检修线每一相的几何位置不同,其间的互感系数和线间电容则不同,运行线三相电源对检修线的影响不能相互抵消。若两回线均匀换位。运行线三相电源对检修线的影响仍不能完全相互抵消。只有当一回线路换位,另一回线路不换位时,这种影响才可能完全抵消。根据检修线所处的不同状态,则检修线路上对应着不同的感应参数:电磁感应电流。其两端的接地开关都是接地的,由工作线电流在检修线路上感应的电势引起的回路电流。带电路线中的电流以及与带电线路的耦合系数决定了两端接地的不带电线路中的感应电流,由整个线路结构的不同来确定。完全同塔架设的不换位线路当一条闭合回路工作时,另一回路停电检修时,流过接地开关的电磁感应电流与运行线路传输的功率呈正比,而线路的长短对其影响可以忽略。静电感应电压。当两端接地开关都不接地时,由工作线路对检修线路,检修线路对大地的电容分压产生。带电线路上的电压及与带电线路的耦合系数决定了在打开的接地开关断口间的容性电压。电磁感应电压。一端接地开关接地。工作线路电流在检修线上感应的电势。同塔架设的线路,带电线路的电流与带电线路的耦合系数以及与带电线路邻近的那部分接地线路的长度决定了在打开的接地开关断口间的感性电压。
对相比较很大的感应电流、感应电压要使得它及时断开或闭合,并以防接地开关因为其开合感应电流的能力不足引起的不能有效断开和闭合开关。另外,在实际工作要求中,为了保证线路运行可靠稳定。使用配合原有开关设备及已设计选型设备的基础上,在混合绝缘开关设备中可选用开合感应电流及电压能力较强的快速接地开关;其具有断开和回路感应电流和闭合回路残留电荷的能力,这样的隔离开关由于断开和闭合时在断口间存在燃烧电弧,因此,在其结构上要设计消除电弧的功能。来满足断开和闭合平行线路感应电流、感应电压的需求,以有效地抑制潜供电流。其残留电荷电流的大小取决于整个系统结构。对于采用电缆结构的长距离输变电路,由于对地电容比裸导体输变电路大得多,故其残留电荷相对也比较大。接地开关在闭合过程中必须断开这些回路中的残留电荷。
为了防止不必要的人身危险,必须定期对隔离开关进行项目检修。检查接触部位是否完整,并及时清除接触面的污尘和损伤痕迹;检查暴露在外的转动轴是否有锈漆和锈蚀,并及时铲除损伤部位是表面恢复正常;以及暴露体被氧化,使得接触电阻值增大;接地开关在闭合时,应使得接触部位准确闭合;隔离开关的内部绝缘是否缺损,并检验有无放电情况出现;检查结构弹簧压力是否足够,如果存在问题应及时检修设备或给与更换。
高压隔离接地开关早输变电设备中起着重要的作用且使用数目大,其工作环境千变万化,内部构造不尽相同,对技术要求也随着不同的环境和构造而迥异。对高压隔离接地开关的选择应考虑到各种制约因素,并根据具体工作需要来设计和优化技术,以防大材小用浪费资源。这样才能达到预期的稳定且安全成本低等目的。同时,随着电网的发展,设计并制造出安全且稳定的高性能隔离接地开关是一条漫长而艰辛的道路,企业和个人要勇于探索,不断创新。
摘要：在高压电器中,隔离接地开关有着重要的作用,特别是在GIS中。本文就高压隔离接地开关进行了分析,并考虑到其安全性和稳定性,提出根据成本低和安全操作进行合理的选择及开关的检修建议。
关键词：高压隔离接地开关,平衡件
参考文献
[1]吴广宁,蒋伟,曹晓斌.现代高压电力工程[M].北京:中国电力出版社,2008.
[2]高压输配电设备实用手册编辑委员会.编高压输配电设备实用手册[M].北京:机械工业出版社,2008.11.
[3]李建基.高压开关设备实用技术[M].北京:中国电力出版社,2005.
[4]姚捷,姜虹云.国产高压隔离开关运行情况综述及完善化建议[J].云南电力技术,2005.
[5]崔景春,袁大陆,宋杲.高压隔离开关运行分析及其完善化[J].电器工业,2007.
[6]吴怀权.国内高压开关设备技术发展趋势[J].电力设备,2007.
隔离接地开关 篇2
关键词：GIS,操动机构,调试
作为126k V GIS的组成部分，隔离开关主要用于在线路无电流情况下切合、隔离电路以方便检修;接地开关主要用于工作维护接地，合闸后使无电流的主回路可靠接地，可以说起到了非常重要的作用。而对隔离、接地开关来说，操动机构承接着动作可靠性的重担，因此，操动机构的调试是非常重要的。
对126k V GIS本体而言，隔离、接地开关根据其位置和性能的需求，分为快速与普通开关两种，快速隔离、接地开关都采用弹簧操动机构，而普通隔离、接地开关多采用电动操动机构。本文就着重介绍一下此两种机构的调试方法。
1 弹簧操动机构的调试
1.1 起始位置的调试
126k V GIS隔离、接地开关弹簧操动机构(以下简称弹簧机构)目前输出轴输出端采用的是六方结构。为了保证对接尺寸的准确，与本体对接时，要求分闸(合闸)位置一个六方端面水平。机构在调试时，单靠人的肉眼判断是存在很大的误差的。为了解决这个问题，采用一种检测拐臂的工装与DP-360角度仪(见图1)。角度仪本身有回零功能。调试分以下几步进行：
1)将检测拐臂固定在输出轴上紧固;2)以机架上端面为参考基准面清零角度仪;3)将角度仪放在检测拐臂上端面上，此时显示一个角度值;4)根据角度仪的显示数值调节机构，使输出轴六方尽量水平，误差可以控制在0.1°以内。
1.2 输出角度（行程）的调试
输出角度是弹簧机构的一个重要参数，它直接影响着本体的行程，因此弹簧机构输出角度的调节也就是对本体行程的调节。此项调试由于机构带负载与不带负载可以分两种情况来进行。
(1）不带负载时，弹簧机构输出角度的调试：
此调试在2.1起始位置调试之后进行。利用调整好的起始位置(检测拐臂不取下)，对机构进行手动或电动分(合)闸操作，操作完成后，用角度仪测量此时的角度，也即机构的输出角度。
一般要求60°±1°。若机构输出角度不在规定范围内，则需要在起始位置侧不动的前提下调整相反侧缓冲器，以改变分合闸缓冲器整体夹角。
(2）带负载时，弹簧机构行程的调试：
带负载后，因为输出轴六方端已经连上对接拐臂，此时不宜再使用角度仪。可以依据本体的机械尺寸来调整四连杆拉杆的尺寸和调整机构内部分合缓冲器夹角的方式进行调试，最终满足本体分合到位即可。对行程要求一般为120mm±5mm。
1.3 分合闸速度的调试
对弹簧机构来说，一般都有着非常苛刻的速度要求。一般快速隔离开关要求分闸速度1.5±0.5m/s，快速接地开关要求合闸速度2.5±0.5m/s。由于本体力矩的差异以及弹簧力值分散性的存在，弹簧机构经常需要的就是速度调试。速度的测量主要通过仪器kocos断路器自动分析仪，调试速度最主要的就是靠调节压缩弹簧。若速度高，则把压缩弹簧压缩量变小。反之，如果速度低，则把压缩弹簧的压缩量变大。起初，由于弹簧上下座之间的尺寸为定值，没有办法进行直接调节，只能通过加减调整垫的方式满足，工作量非常大。现在经过设计优化，把弹簧上座上端增加一段螺纹，上面增加一个导向套。这样调试时就可以直接通过调节螺纹尺寸来达到压缩或者舒展弹簧的目标，非常方便。
1.4 二次回路调试
二次回路部分多出现的问题集中在接线错误、绝缘损坏、触点粘连及接线松动等几个方面。为减少以上问题的出现，应注意：1)多培训，以提高二次设计人员和施工人员的专业水平;2)出图和施工应注意强弱电分开、交直流分开;3)加强绝缘检测，保证接入模拟量的正确性;4)选用性能匹配的电器件。
2 电动操动机构的调试
由于126k V GIS隔离、接地开关电动操动机构(以下简称电动机构)在主要传动以及安装方式上与弹簧机构有着相似或者相同的地方。因此，其调试方法也有与弹簧机构一致的地方。
(1）起始位置的调试。
起始位置的调节与弹簧机构完全一致。
(2）输出角度（行程）的调试。
电动机构输出角度的调节也同样是对本体行程的调节。此项调试也分机构带负载与不带负载两种情况来进行。1)不带负载时，电动机构输出角度的调试：此调试在2.1起始位置调试之后进行。利用调整好的起始位置(检测拐臂不取下)，对机构进行手动或电动分(合)闸操作，操作完成后，用角度仪测量此时的角度，也即机构的输出角度。一般要求60°±1°。若机构输出角度不在规定范围内，则需要在起始位置侧不动的前提下调整相反侧微动开关，以改变分合闸微动开关整体夹角。2)带负载时，电动机构行程的调试：带负载后，因为输出轴六方端已经连上对接拐臂，此时不宜再使用角度仪。可以依据本体的机械尺寸来调整四连杆拉杆的尺寸和调整机构内部微动开关夹角的方式进行调试，最终满足本体分合到位即可。对行程要求一般为120mm±5mm。
3 结语
隔离接地开关 篇3
GIS设备, 全称为气体绝缘金属封闭开关设备。六氟化硫 (SF6) 具有灭弧性能和绝缘性能, 它作为绝缘和灭弧介质应用在GIS设备中, 把所有高压电器元件呈密封状态来保存在接地金属筒中。GIS设备的组成元件包括断路器、隔离开关、母线、电流互感器、套管、电压互感器、接地刀、避雷器等, 是高压配电装置。在临邑公司新建设的110k V变电站中广泛使用的是GIS设备, GIS设备的优点如下:
1.1 GIS设备结构紧凑
由于以往126k V电压等级GIS设备占地面积约是原来敞开式设备的7.7%左右, 所以GIS设备变电站更适宜用于在城镇中心人口居住多、可用地少、山岭崎岖地方的规划和建设, 由于GIS设备结构紧凑同时也便于企业安装施工, 为企业节省了大量的资金和运维成本。
1.2 GIS设备不受污染及盐、雨雾等大气环境的影响
由于GIS设备使用了六氟化硫 (SF6) 把所有高压电器元件呈密封状态, 保存金属筒内, 它受到外界环境的影响较小。如:在高污染、酸雨、雾等地区使用, 可减少设备的故障率, 减轻运维检修人员的工作量。因此, GIS设备特别适合于高海拔、气候恶劣的工业污染地区。
1.3 安装方便
现在临邑公司使用的GIS设备多位三相共箱式, 有多单元和和整体组成, 在施工过程中大大缩短现场安装的时间, 设备运行也较为方便。通过查阅资料所得GIS设备从60年代开始在电力系统内实用, 到现在为止, 世界上正在运行的GIS设备大约为5000多台。通过多年的实践证明, GIS设备运行起来具有高安全性高稳定性的特点, 且设备配置较为灵活, 安装施工较为方便, 设备检修周期长, 对环境、温度适应能力强等特点。
近几年来GIS设备广泛在系统高压、超高压、特高压领域中得到广泛使用, GIS设备制造技术也不断得到了进步和发展, 科研人员在组合形式、元件结构、使用和维护方面等方面进行了大量的研究和开发, 使得GIS设备进一步向小型化方向发展。近年来, 制造厂家推出三工位的隔离/接地开关, 它用一台电动操动机构来进行操作, 同时具有接地/合闸/隔离三种工作装置, 既是接地开关, 又是隔离开关, 从而简化了设备的结构, 并且提高了设备的运行可靠性。
2 110k V GIS设备
2.1 GIS设备产品的主要特点
(1) 设备集成结构比较灵活。能满足系统各种接线方式, 也能适应各种布置方式。
(2) 壳体材料为铝合金或者钢等材料, 选择的自由度比较大, 适用于各种复杂严酷气候条件。
(3) 包装盒运输以间隔为单元, 安装调试即方便, 周期又短。
(4) 采用共箱式结构, 高度集成, 占地面积小。
(5) 采用自能式灭弧室+压气, SF6介质开断能力强, 操作压力较小。
2.2 三工位开关 (3PS)
三工位开关常用于XGN开关柜中, 在110k V GIS设备中是把接地开关和隔离开关两个设备的功能元件组合在一起, 形成一个具有机械闭锁, 防止主线路带电和地刀的功能元件。避免操作人员出现误操作事故的可能性。其优势在于, 有效的将产品结构进行优化和简化, 配置方式更加多样化、结构更加紧凑、体积更小、复合化程度更高等特点[2], 三工位开关常配有手动和电动两种操作机构, 机构重量只有50kg, 操作更加轻盈方便。
以往传统隔离开关配用的是弹簧操作机构, 动作速度快, 通常动作时间在1.5m/s以上, 然而由于三工位机构多采用电动操作机构, 要想很大程度上提升操作速度是比较困难的, 同时操作速度快也不利于电机的安全运行, 应减弱操作过程对本体的机械冲击。就隔离开关本身而言, 一方面要能切合母线转换电流, 试验电压10A是110k V隔离开关切合母线转换电流的最大值, 而母线转换电流的最大值1600A。另一方面隔离开关为了切合小电容电流, 限制因此而产生的快速暂态过电压 (VFTO) , 要求隔离开关合分闸时要有一定的动作速度。综合来看, 满足隔离开关运行条件不仅仅是动作速度一点, 本人认为动作速度设计在0.1~1m/s (合前、分后一段行程内平均速度) 之间比较易于操作机构实现动作, 也能满足隔离开关本身的工作需要。另一方面, 三工位开关操作机构必须稳定、可靠。尤其是向隔离方向运动和向接地方向运动的闭锁装置。如果操作机构一直向接地端运动而停不下来, 很容易造成线路故障跳闸。解决办法:可以使用机构闭锁, 使机构操作和二次回路上的控制相结合来实现机构连锁, 以保证机构操作的安全。如果操作结构使用两台电动机驱动, 则分别进行接地和隔离比较好。
3 两种三工位隔离/接地开关的优缺点分析及技术性能比较
三工位开关包括刀片旋转式三工位隔离/接地开关和动触头插入式三工位隔离/接地开关。
3.1 两种三工位隔离/接地开关的优缺点分析
优点:
刀片旋转式三工位隔离/接地开关的产品结构比较简单, 尺寸较小, 成本相对较低, 导体和壳体等零件制造容易;产品运行可靠性高;产品的类别比较多样, 便于GIS工程项目的设计安装。动触头插入式三工位隔离/接地开关主回路和各分支回路的额定电流都能达到3150A, 有一些大型双母线GIS工程的要求电流比较高。
缺点:
刀片旋转式三工位隔离/接地开关受到了自身旋转式电联接和静触头的结构上的制约, 分支回路的额定电流难以提高。动触头插入式三工位隔离/接地开关外形尺寸比较大, 铸造壳体和机加工零件的制造难度比较大, 相对制作成本来说较高。
3.2 两种三工位隔离/接地开关的技术性能比较
刀片旋转式三工位隔离/接地开关, 其金属封闭壳体是由铝合金板卷成圆筒然后焊接而成的, 里边充满SF6气体。其中盘式绝缘子由三氧化二铝和环氧树脂浇注而成, 为了保证气密性, 同时防止开裂, 金属封闭壳体和盘式绝缘子之间采用柔性连接。主电路的电联接采用Z型触指。刀片的材质是紫铜, 它起到导流作用, 而起机构不固定。分支回路的额定电流为2500A, 主回路的额定电流可达到3150A。分支回路可切合母线环流1600A, 主回路和分支回路的额定短时耐受电流都是40k A/3s。其余技术参数符合国家技术标准。
动触头插入式三工位隔离/接地开关动触头为紫铜管, 金属封闭壳体都是铝合金铸件。电动操作机构和盘式绝缘子都与刀片旋转式三工位隔离/接地开关相同。主回路和分支回路的额定电流都可达到3150A。其余参数均相同。
3.3 GIS设备施工运维过程注意事项
GIS设备采用的是性能优于变压器油、真空空气的SF6惰性气体灭弧, 提高了设备的绝缘可靠性, 但在灭弧过程中SF6会分解成具有毒性的低氟化合物, 会对运维检修人员人身安全造成威胁。所以在检修工作进行前, 要将高压室强力通风15min, 待SF6检测装置显示含氧量高于18%时, 方可进入进行作业。
在GIS设备施工过程中接地网应选用铜体材料, 紧固螺栓的直径不小于12mm, 以减少接地电阻, 保证接地开关的接地可靠性, 因GIS设备SF6气体室外壳都装有盆式绝缘子或密封圈, 所以两个SF6气体室之间应跨接铜排, 避雷器应有两点独立接地回路, 以保证运维检修人员的不能直接接触到设备, GIS设备易采用多点接地方式与主接地网相连, 以满足开关接地要求。
4 结语
三工位隔离接地开关是日后的发展趋势, 本文从GIS设备的优点进行了比较详细的介绍, 且对其提出了一些设计上出现的问题, 并提出了解决方案。阐明了两种三工位开关的内部结构, 根据其结构分析二者的优缺点和技术性能比较。
参考文献
[1]胡建魁, 张磊.浅谈110k V GIS设备[J].内蒙古石油化工, 2014:13, 61~63.
[2]刘罗鹏.三工位隔离——接地开关配用机构的设计问题.质量与安全, 2015:14.
[3]章柯.GIS中两种三位隔离/接地开关的结构性能比较.广西电力, 2012:78~80.
隔离接地开关 篇4
高压隔离开关广泛应用于电力系统中, 主要用于将带电设备与不带电设备相隔离。它不直接切断或接通负荷电流, 而是与断路器相配合, 在断路器完成电源切断之后, 再行断开, 产生一个明显的安全断口;或者在断路器接通之前, 先行合上, 为断路器的合闸做好准备。由于不直接切断或接通负荷电流, 隔离开关的分合闸动作不要求在极短时间内完成, 不像断路器有严格的分合闸操作时间, 相应的, 也就没有断路器高压的液压机构或弹簧机构、气动机构。隔离开关的分合闸操作是由电机转动后直接带动完成, 具有类匀速运动的特点, 其速度相对于断路器要慢很多, 操作机构受到的冲击力也要小很多, 因此在机械强度和机械精密性方面的要求相对于断路器要低很多。在材料方面, 要求较高的主要是动静触头。由于高压带电体感应电的存在, 在隔离开关拉合或断开过程中, 当动静触头之间距离进入一定数值内, 感应电荷产生的电场会击穿二者之间的空气间隙, 产生放电。放电产生的高温对触头材料会有一定的影响。因此, 隔离开关的动静触头材料, 要求具有耐高温的特性。此外, 隔离开关有大量的分合操作, 在操作过程中, 动静触头之间要有较大的摩擦力, 因此其材料也要求具备耐磨性。目前主要采用镀银的方式, 提升触头耐磨性。隔离开关的作用主要是隔离带电体和不带电体, 因此其断口距离是一项重要的技术指标, 根据不同的电压等级有不同的断口距离。从目前应用类型上看, 主要分敞开式隔离开关和GIS隔离开关, 敞开式隔离开关根据结构特点又分为4型、5型、7型、16型等多种类型;从结构组成上, 敞开式隔离开关主要由导电体、支柱瓷瓶、操动及传动机构、基础构架等组成。而GIS隔离开关在结构上则无需独立的基础构架和瓷瓶等, 相对较简单。
2 高压隔离开关的控制逻辑
隔离开关是通过电机回路来实现操作传动, 完成分合闸。根据电机输出角度的不同, 主要有90°和180°两种。其控制及保护回路功能简单清晰, 主要有电机、分合闸和急停按钮、接触器、热继电器、隔离开关位置辅助开关、到位行程开关等元器件。通过这些元器件的配合, 实现了操作自保持、分合闸回路互锁、到位切断回路、过流过热切断回路等逻辑功能, 从而实现对隔离开关的正常控制。除了自身逻辑之外, 隔离开关控制回路还与断路器、接地开关等的状态, 形成逻辑互锁功能, 避免误操作。
3 高压隔离开关的常见缺陷
在长期运行中, 高压隔离开关可能产生各种运行缺陷和故障, 导致无法正常运行。
以GW4型隔离开关为例, 该型号开关在电力系统中应用较为广泛。其特点为水平开启式, 合闸时三相平行, 各相之间由连杆和拐臂连接和传动。其中最边一相 (A相或C相) 为主动相, 另外两相为从动相。每相开关有一侧为主动刀, 另一侧为从动刀。各相都由基座、支柱绝缘子、导体等部分组成, 两支柱绝缘子相互平行地安装在基座两端的轴承座上。导体部分安装在两支柱绝缘子上方, 随支柱绝缘子做约90°转动。根据需要, 隔离开关上可附有接地开关, 接地静触头固定在导电排上, 接地开关与基座间用软接线连接, 供接地时导电。主刀和地刀闭锁在主导电回路与接地开关的连锁通过基座上的闭锁板保证, 在主导电回路合闸时, 接地开关不可合闸, 接地开关合闸时, 主导电回路不可合闸。
该型号隔离开关结构简单, 断口清晰, 广泛应用于35 k V、110 k V、220 k V等电压等级的电网中。
根据笔者的运行维护经验, 在隔离开关运行过程中, 处理过以下一些故障案例。
3.1 分合闸操作故障
某站一台110 k V GW4型隔离开关在一次操作中, 对其发出合闸命令后, 导体未发生运动, 操作失灵。在现场处理中, 确保隔离开关两侧均无电之后, 对其故障点进行排查。首先根据操作命令发出后, 电机未转动、未发声等现象, 初步判断故障点应在控制及电机二次回路上。根据操作时接触器未吸合的现象, 进一步将故障点定位在控制回路上。确定故障回路之后, 通过万用表欧姆档对整个电路进行逐段通断测试, 最终发现热继电器的串入接点呈断开状态, 从而定位了故障点。对其处理之后, 回路能正常运行, 隔离开关分合闸操作也恢复正常。
在长期的运行中, 控制及电机回路的接触器、继电器、行程开关等元件, 较容易出现线圈烧损、接点接触不良等情况, 从而导致整个回路异常。在处理中, 一方面应逻辑清晰, 通过排除正常范围, 逐步缩小故障点范围直到最终定位;另一方面应加强常见缺陷的积累, 根据80/20法则, 排查应有重点、有针对, 提高处理缺陷的效率。
3.2 刀闸合不到位
某站一台110 k V GW4型隔离开关某次操作后, A相和B相均合闸正常, 而C相则合不到位。由于合闸不到位, 动静触头之间接触压力不足, 导致较严重的发热现象, 如不处理可能导致动静触头损伤、损坏。现场处理中, 在确保两侧无电之后, 对其进行多次分合试操作, 其合闸位置基本不变, 均是C相欠位;再检查其分闸位置, AB相均正常, 两相的主从动刀体均呈平行状。而C相则张开角度偏大。综合三相分合闸位置, 初步判定C相分合角度正常, 但分合不同步。缺陷来源应是C相与B相间的现连杆长度不符合实际要求。通过对连杆长度进行调整之后, 并多次调试, 最终三相不同期的现象得到解决。
刀闸操作中会受到较大的机械力作用。长期多次操作之后, 可能会导致其机械位置发生偏差, 或是某些紧固力不足, 这些都会影响其正常运行。根据其现象, 可以选择相应的调整对象进行调整, 常见的调整对象是连杆、拐臂;以及一些细微的调节如垫装垫片等, 最终解决问题。
3.3 其他常见缺陷
隔离开关的控制、监视等过程的实现, 存在较多的机械量和电气量的转换, 这些转换通过行程开关、辅助开关等来实现。元件的故障, 可能会导致信号异常、控制异常等情况;动静触头的接触不良易造成发热及进一步的接触问题, 是较多出现的缺陷;户外隔离开关长期日晒雨淋, 导致传动杆体等锈蚀严重, 操作困难, 也是隔离开关的一类常见缺陷。
4 结语
隔离开关在电网中, 起到隔离和保护的作用。在电网运行方式的变换中, 隔离开关常配合断路器, 完成一系列的操作, 是电网的重要组成部分。目前其发展已经较为成熟, 随着GIS技术的发展, 隔离开关也朝着小型化和更加智能化的方向发展。在操作的便利性、空间利用的效率等方面都明显提升的同时, 其维护检修、故障检查等方面的相应技术如何提升, 以适应其运维要求, 是其面临的新课题。
摘要：高压隔离开关是电力系统的重要组成部分, 起着隔离电源、改变电网运行方式、分合小电流等作用。该文主要介绍高压隔离开关的原理、结构、作用、二次回路及控制逻辑, 并通过介绍几个在现场常遇到的缺陷, 分析缺陷形成的内外在原因, 提出这些常见故障的处理方法和运维建议。
关键词：隔离开关,控制,分合闸,接触面
参考文献
[1]李雪楠.浅淡高压隔离开关故障原因与检修措施[J].民营科技, 2010 (1) :15.
隔离接地开关 篇5
国外制造企业主要有ABB, AREVA, Siemens, 法国Egic, 美国SSL, 荷兰HAPAM, 日本高岳等。
1 用途与分类
隔离开关在分闸状态有明显可见断口, 在合闸状态能可靠地通过正常工作电流和短路故障电流。
隔离开关的主要用途为:检修与分段隔离;倒换母线;分、合空载线路;自动快速隔离。
隔离开关的主要分类: (1) 按安装地点不同, 分为户内与户外2类; (2) 按使用特性不同, 分为一般用、快分用和变压器中性点接地用3类; (3) 按接口二端有无接地装置及附装接地刀的数量不同, 分为不接地 (无接地刀) , 单接地 (有1把接地刀) 和双接地 (有2把接地刀) 3类。
2 结构形式
高压隔离开关的结构形式很多, 按国内外使用的结构形式, 可归纳为表1和表2所示的11种形式。目前国内生产的隔离开关大致有以下几种系列型式:以GW4型为代表的双柱水平旋转式 (40.5~252kV) ;GW5型为代表的双柱V型水平旋转式 (40.5~126kV) ;GW7、GW27为代表的三柱水平旋转式 (252~1100kV) ;以GW10、GW16、GW20为代表的单柱单臂垂直伸缩式 (126~550kV) ;以GW11、GW17、GW21为代表的双柱水平伸缩式;以GW6、GW46、型为代表的单柱双臂伸缩式 (剪刀式) (126~550kV) 。
3 国内外超高压隔离开关产品水平
总的来说, 国产超高压隔离开关产品结构形式多种, 主要技术参数都达到国际先进水平, 多方面性能高于IEC标准, 上网运行情况基本良好。但在产品外观、可靠性、防腐性及免维护等方面与跨国公司产品存在差距。
4 国内800kV隔离开关产品
2003年2月19日, 国家正式批准建设西北750kV输电工程, 从而催生出800kV超高压隔离开关。
西开与美国南州电力开关有限公司 (SSL) 进行技术合作, 研制出GW45-800kV双柱垂直开启式户外超高压隔离开关和GW12-800/5000三柱水平翻转式户外超高压隔离开关。
河南平高电气股份有限公司 (简称平高) 自主研制完成GW27-800型三柱闸刀翻转式隔离开关和JW8-800型接地开关, 在KEMA试验站和国内试验站通过型式试验, 于2006年5月通过国家鉴定。新东北电气 (沈阳) 高压隔离开关有限公司 (简称新沈高) 自主研制完成GW12A-800型双柱折叠立开式隔离开关及JW4-800型接地开关, 2006年9月通过国家鉴定。长高也自主研制GW7C-800型三柱闸刀翻转式隔离开关。这些制造企业已在两北大规模建设750kV线路中做出贡献, 2007~2008年, 我国已生产800kV级隔离开关共87组, 其中西开38组, 平高25组, 沈高14组, 长高10组。
4.1 西开双柱垂直开启式隔离开关
西开双柱垂直开启式产品结构特点如下:
(1) 产品为单断口垂直开启结构设计, 纵向尺寸小, 同其他结构型式产品相比, 具有最小的相间距离;采用翻转式闸刀设计, 破冰能力强, 操作力小, 闸刀合闸时仅对支柱瓷瓶产生向下的轴向压力, 具有很高的可靠性。
(2) 铜银接触采用镶焊工艺, 能保证最大的机械强度和导电性能, 并可能有效地防止电化腐蚀。
(3) 闸刀管采用高强度防腐铝管, 电流通路无中间过渡环节, 具有极高的流通能力。
(4) 轴承座为密封设计, 可保证长期使用免维护。
(5) 底架为整体式结构, 电站土建基础易满足产品安装要求, 施工工作量小, 同分段式底架相比, 能有效地防止地基沉降对产品分合闸操作时带来的不利影响。
(6) 导电回路具有良好均压结构, 可满足海拔3000m以下的绝缘要求 (同类型产品已在巴西伊泰普水电站安全运行30年以上) 。
4.2 平高GW27-800型超高压隔离开关
GW27-800隔离开关由3个单极装配 (单相) 组成, 每极配1台CJ11电动机操动机构, GJ11电动机操动机构安装在每相底座下面的基础上, 通过CJ11电动机操动机构可进行分相操作, 亦可进行电气三相联动。该产品按接地开关的配置可分为不接地、单接地、双接地3种结构形式, 用户可根据现场的实际情况, 在电网的不同位置选用不同的地刀配置形式。
GW27-800隔离开关的单极装配为三柱水平旋转式, 它主要由底座总装配、棒型支柱绝缘子、导电杆装配、静触头装配、CJ11电动机操动机构等组成。在含有接地闸刀的隔离开关中, 接地闸刀由CJ11电动机操动机构提供动力源, 可进行分相操作, 亦可进行电气三相联动。主闸刀与接地闸刀之间通过一个机械联锁装置可进行机械联锁, 防止误操作。
隔离开关主导电系统主要由臂板装配、球形万向节、上下夹板、导电管、主动触头和两侧瓷柱上的静触头装配组成;另外还包括辅助动、静、触头, 用于开合母线转换电流。它的运动是通过中间瓷柱的旋转带动导电管旋转进行分、合操作。但它的运动形式不是简单的导电管水平旋转, 而是一种复合运动。合闸时, 导电管先绕中间瓷柱水平旋转70°至动触头进入静触座内, 然后通过球形万向节, 带动导电管再绕自身轴线旋转60°完成合闸, 此时动、静触指可靠接触, 确保主导电回路长期通流的可靠性;分闸则正好相反。这种运动形式完全克服了以往单一运动形式产品操作力过大的缺陷, 操作力小, 操作平衡、可靠, 寿命长。
4.3 新沈高GW12A系列超高压隔离开关
高压隔离开关带电检修分析 篇6
110 k V及以上电压等级的高压隔离开关在敞开式变电站中数量众多,是非常常见和重要的电力一次设备,在提供明显断开点、隔离电源、改变接线方式等方面发挥着重要作用[1]。但是,因为多种原因造成高压隔离开关故障多发、检修工作繁重。在110 k V及以上设备的消缺工作中,高压隔离开关类故障已经成为工作量最大的变电检修工作之一。一方面,高压隔离开关的故障率高、检修需求大 ;另一方面,越来越高的供电可靠性要求下,设备停电检修非常困难[2,3]。在此背景下,采用带电检修方式处理高压隔离开关故障将是今后变电检修工作的一个重要趋势。文中首先分析了目前高压隔离开关检修的现状,并分析了造成这一现状的几方面原因 ;相应的,在其巨大的带电检修需求下,结合应用实例,分析了高压隔离开关带电检修中存在的问题,并提出了推广带电检修的相关对策。
1 检修现状
高压隔离开关在变电站中数量多、故障率高、检修任务重 ;与此同时,在供电可靠性要求越来越高的情况下,要实现高压隔离开关的停电检修越来越困难,特别是母线隔离开关检修时需要安排母线停役,难度更大。高压隔离开关在电网运行中又扮演着非常重要的角色,必须要求故障在指定期限内处理,确保设备的安全可靠运行。在现阶段高压隔离开关的检修工作中,具有以下几个突出特点。
1.1 故障多发
在110 k V级以上敞开式变电站中,高压隔离开关故障发生率高。对某地110 k V级以上敞开式变电站中的设备现存故障进行统计,高压隔离开关类故障占总体故障的比例高达30% 以上。值得指出的是,高压隔离开关的诸多故障中,带电部分发热等故障在日常定期巡视中通过红外测温可以被及时发现 ;而由传动部件引起的隔离开关故障,如拒分、拒合、分合闸不到位等故障,往往只有在倒闸操作过程中才会被发现,在平时的设备运行中并未能及时发现。从这个角度来说,除了已经发现上报的隔离开关故障以外,还有一定数量的隔离开关故障还隐蔽在貌似无故障的运行设备中,因此可以说,实际的隔离开关故障数量要比现有的统计结果还要多[4]。
1.2 停电检修困难
电网负荷逐年攀升的同时,城市核心区块重载及局部网架结构薄弱问题尚未得到有效缓解,电网涉及母线停役的大范围设备检修机会更加缺少。同时,随着社会经济的持续发展,公众对电力企业的安全、优质、可靠供电提出了越来越高的期望和要求,针对隔离开关故障的常规处理所要求的停电检修越来越困难,尤其遇有母线隔离开关故障,其停电计划安排更是难上加难。
高压隔离开关要实现完全的停电检修,也就是要求隔离开关两侧全部停电非常困难。在电网接线中,高压隔离开关按照安装位置不同,典型的分为 :与母线直接相连的母线隔离开关、位于断路器出线侧的线路隔离开关、主变中性点隔离开关等。显然,对于母线隔离开关,必须通过停役母线才能实现隔离开关两侧均停电,而停役母线的影响是可想而知的。对于线路隔离开关,断开断路器的同时必须停役线路才真正实现隔离开关两侧停电,而对负荷无法通过其他线路转供的特殊线路,也难以实现隔离开关两侧全部停电。对于主变中性点隔离开关,因为主变中性点视为带电体,只有在主变停役时才满足其两侧全部停电,而主变停役的难度也不小。
1.3 故障处理有期限要求
在高压隔离开关的故障类别中,主要集中在传动部件和导电部分两大类,前者包括拒分、拒合、分合闸不到位等等,后者包括触头发热等。
对于传动部件类故障,往往发生在倒闸操作过程中,导致设备无法停复役或者无法切换接线方式。设备无法停役或者复役,都会导致设备停电时间延长,直至设备故障消除,或者通过调整运行方式来临时实现设备投运,对故障设备也只是暂行搁置。无法切换接线方式,直接导致无法改变运行方式,运行灵活性和可靠性降低。如果发生分合闸不到位,特别是隔离开关动静触头间距过近且又无法继续操作时,动静触头间发生持续拉弧,不仅对隔离开关动静触头接触面产生烧蚀,其拉弧产生的过电压还会对其他设备产生不良影响,如母线CVT( 电容式电压互感器 ) 等。此类故障对处理期限要求更高。
对于隔离开关带电部分发热等故障,其发热温升随负荷呈指数上升,故障在重负荷运行时将变得极为突出,因此,必须在负荷高峰到来前将其消除。
在隔离开关运维检修中,面临着的非常突出的矛盾 :一方面,既要在指定期限内处理 ;另一方面,又难以通过停电检修完成。这也是传统停电检修方式面临的挑战。
2 原因分析
造成高压隔离开关故障多发的原因很多,主要包括以下几个方面。
2.1 隔离开关数量多、基数大
早期断路器故障率高、检修周期短,断路器在当时比隔离开关的故障率要高得多,断路器检修周期为1 ~ 2年,而隔离开关检修周期为4 ~ 5年。为了断路器检修的方便,变电站中一般采用间隔设计以便尽可能将断路器隔离开来,减少断路器维护检修对其他设备的影响,这也是为什么现在变电站中的间隔基本都以断路器为中心的。断路器两侧都设置隔离开关,在双母线系统中,母线侧还要设置两台隔离开关。如考虑到母线电压互感器等设备并不需要断路器而仅需设置隔离开关即可,以及母线需要单独设置接地开关,事实上,在110 k V及以上变电站中,隔离开关的数量要远大于断路器数量。
2.2 隔离开关技术发展慢、故障率高
断路器技术的不断发展,从早期的多油断路器、气吹断路器、少油断路器,再到今天常见的采用SF6为灭弧介质的SF6断路器 ;另一方面断路器操动机构,从压缩空气、液压机构、弹簧机构再到电机驱动机构 ;此外,断路器断口数量减少,现在220 k V及以下电压等级的断路器已经完全采用单断口结构,而多断口结构中的并联电容器在500 k V电压等级的断路器中也已经被取消 ;所有这些改进和提高,设备结构不断简化,可靠性不断提高,故障率大幅降低,平均检修周期已经延长到13年。
与此形成鲜明对比的是,在断路器快速发展的同时,隔离开关技术并没有明显改进。一方面因为隔离开关本身结构简单、售价低廉,设备厂商对其重视程度不足,投入精力有限 ;另一方面,隔离开关的研发改进重点大多集中在通过优化产品选材来控制产品成本。所以,隔离开关的可靠性并没有显著提高,现在其平均检修周期为6年。特别值得一提的是,某些国内设备厂家在与国外设备厂商竞争时,往往通过价格优势获得订单,进一步导致了国产隔离开关设备产品故障率更高。
断路器与隔离开关的技术发展对比如图1所示。
从图1中可以明显看出,随着时间推移,断路器技术发展迅速,相应的设备检修频率 / 故障率都大幅降低,与此同时,隔离开关的设备检修频率 / 故障率基本没有明显改善。例如,在浙江省电力公司新颁布的2013年电网设备家族缺陷认定报告中,就包括某知名国际品牌的隔离开关,认定其存在设计缺陷,导致频繁出现拒分、分闸不到位等故障。这也从侧面体现了隔离开关厂家在隔离开关技术发展中对研发设计等投入的一个写照。
2.3 运行环境污染的影响
敞开式隔离开关本身暴露于运行环境中,部件非常容易受到环境的影响。以隔离开关发生故障中较为常见的触头发热故障为例。触头受大气污染影响 ( 化工废气、盐碱污染 ) 导致触头表面缓慢氧化,使其接触电阻增大,运行时的发热量相应增加,温升增大,而温升增大进一步使触头表面氧化加剧,接触电阻更大、发热更严重,如此恶性循环,造成触头发热甚至烧熔[5]。
2.4 维护检修工艺的影响
以隔离开关触头发热故障为例,为保证接触良好而涂抹在触头上的导电膏,因含有油脂成分,容易积聚灰尘,且随着运行时间推移,会在触头表面形成污垢,导致接触电阻增大、触头发热。并且导电脂在拆分后存放一定时间就容易产生劣化变质,将变质的导电脂涂抹在接触面后效果也会大打折扣。
此外,隔离开关本身操作次数少,触头的自净功能发挥非常有限,这也是触头发热的一个因素。
3 带电检修的实际应用
3.1 带电检修效果显著
常规停电检修方式难以满足现阶段隔离开关检修的需求,必须寻找其他途径。已经发现的诸多隔离开关类故障中,很多都是限于设备无法停役,不能满足停电检修的要求,因而被搁置 ;等到有其他设备检修试验的停役机会时,一并对故障隔离开关进行检修 ;而如果故障隔离开关严重影响电网运行时,则不得不进行停电检修,并对相关设备一并检修试验。总体而言,常规停电检修方式受限制很多,比较被动。与常规停电检修相对的,研究采用带电检修方式对高压隔离开关进行检修,这也是近年来检修工作中的一个发展方向。
如果能够实现高压隔离开关的带电检修,其效益非常明显,包括 :(1) 提高供电可靠性,大大减少因为隔离开关故障引起的设备停役和用户停电 ;(2) 提高设备运行可靠性,减少故障设备在电网运行中带故障运行时间,保证在运设备均为无故障可靠运行状态 ;(3) 提高电网运行方式的灵活性,高压隔离开关的一个重要作用就是改变电网接线方式,一旦隔离开关发生故障,原本可以实现的运行方式无法调整,电网运行灵活性受限[5]。
3.2 地电位作业避免故障隔离开关停役
在高压隔离开关触头发热的故障处理中,采用地电位作业法,对发热触头进行带电处理,收到了良好效果。
在变电设备的巡视中,通过红外测温发现高压隔离开关存在触头发热现象。某220 k V GW7型正母隔离开关在运行电流为194 A时,B相触头温度为64.6℃,此时A相16℃、C相17℃,B相触头发热异常。根据其红外测温图,并结合隔离开关图纸等技术资料,确定发热的具体位置和部件。而后通过倒闸操作使故障的正母隔离开关能够带电分合闸( 合上母联开关和该间隔副母隔离开关,必要时停用备自投装置 ),利用专用的触头清洁工具对发热的触头表面进行清洁处理。经过处理,触头发热故障消除,设备正常运行。
相比传统的停电检修方式,采用带电检修方式后,检修作业时间大大缩短 ;更重要的是避免了正母线的停役,电网运行可靠性大大增强[6,7]。
3.3 等电位作业避免母线停役
母线隔离开关发生传动机构故障,传统停电检修要求副母线陪停,停电难度大。考虑到该变电站220 k V母线采用软母线,能够承受带电作业人员和器具的质量 ;并且220 k V母线周围空间比较宽敞,满足带电作业安全距离要求。因此,研究决定结合开关停电检修,并采用带电拆除故障隔离开关与母线之间的搭接头,以此实现故障隔离开关的停电检修。如图2所示,线路开关已经改至开关检修状态,拆除发生故障的副母隔离开关与副母之间的搭接头,等母线开关和隔离开关均已完成检修后,再采用同样的方法把母线与隔离开关之间的搭接头接上。图中G6、G11、G12表示拉开该隔离开关 ( 隔离开关拉至分位 ) ;断路器K2两侧的接地,表示该开关两侧接地开关需要合上 ( 或者加挂接地线 ),该开关状态为检修状态。
严格来说,拆除母线与隔离开关之间的搭接头实现的是母线隔离开关两侧均满足停电条件,再进行的检修已经是传统的停电检修了,并不是真正的带电检修。这里说的带电检修,主要针对的是采用带电拆头后,避免了传统停电检修需要母线陪停,而且拆接搭头工作确实是等电位作业方式。通过等电位带电作业方式的拆接头工作实现了不需母线陪停的停电作业。相比传统停电检修方式,对该母线隔离开关的停电检修需要相应的母线陪停,对电网运行影响大。采用带电拆接头后,同样实现了隔离开关的停电检修,而不需要母线陪停,把检修故障设备对电网的影响降至最小。
4 带电检修的几个问题
带电检修作业包括等电位作业、地电位作业、中间电位作业,其在变电站内高压隔离开关检修中的应用还比较有限,存在着以下几个问题。
4.1 带电检修受限明显
4.1.1 等电位作业
等电位作业是指作业人员通过电气连接,使自己身体的电位上升至带电部件电位,且与周围不同电位适当隔离,直接对带电部分进行的作业,又称为“直接作业法”。输电线路中经常采用的等电位带电检修方式,因为输电线路一般较为空旷、作业空间宽裕 ;而变电站内一般设备布置更加密集、作业空间有限,甚至有许多设备上是无法满足净空距离的要求,这也大大限制了等电位作业在变电站中的开展。
另外,输电线路中的等电位作业都是在架空线路上作业,架空线路具有足够的导线强度,能够满足等电位作业时人员和作业设备挂附在架空线上 ;而变电站中,比较常见的管型母线,其机械强度难以满足等电位作业时作业人员和作业设备的质量。
还有一个明显的问题是,高压隔离开关检修过程中经常需要对其进行调试,特别是传动机构故障,在检修过程中和检修完成时,必须通过分合闸操作来调试和验证。双母线运行的母线隔离开关在另一台母线隔离开关和母联开关运行且锁定的情况下可以进行带电分合闸调试,但也存在一定的风险。
因此,受到变电站内作业空间小、净空距有限、设备机械强度不足等因素限制,等电位作业在高压隔离开关检修中应用较少。
4.1.2 地电位作业
地电位作业法指人体处于地电位状态下,使用绝缘工具间接接触带电设备,来达到检修目的,是一种间接作业法。
地电位作业要求作业人员与设备之间必须保证足够的安全距离,这也直接导致作业人员与设备之间距离较远,操作必须通过专用工具进行,检修效果非常有限。并且,地电位作业方法仅对某些特定的隔离开关故障适用,比如导电臂上挂附飘带等杂物、触头发热等故障可以通过地电位作业方式进行[8,9]。
地电位作业的效率和结果受专用工具的限制非常明显,研制实用的专用工具,将大大提高检修的效率和效果。因此,针对特定的故障类型,研制相应的专用工具,是采用地电位作业方法检修的关键课题。
4.1.3 中间电位作业
中间电位作业法指人体处于接地体和带电体之间的电位状态,使用绝缘工具间接接触带电设备来达到其检修目的,也属于间接作业法。
人体处于中间电位下,占据了带电体与接地体之间一定空间距离,既要对接地体保持一定的安全距离,又要对带电体保持一定的安全距离。
中间电位作业法在高压隔离开关检修中,除了与地电位作业一样受到专用工具的限制,还必须要考虑与接地体保证足够的安全距离,限制因素更多。
4.2 带电检修经验不足
在变电站中开展高压隔离开关的带电检修是近年来的一个新趋势,目前应用的还是比较少,仅在特定的故障实例中有零星应用,还没有形成比较系统的作业方法和规程,甚至有些还在实践中摸索。
带电检修高压隔离开关还有很多需要研究的方面,通过不停地实践积累经验,不断完善带电检修方法在隔离开关检修中的应用。
4.3 变电站设计时未考虑带电作业需求
在现有变电站的典型设计中,没有考虑到变电设备,特别是高压隔离开关开展带电检修的需求。现行的典型设计中,设备间隔间距紧凑,更多的是考虑技术经济指标,以及正常运行维护和常规停电检修的需要,没有针对带电检修时专门设计。由此,直接造成在变电站现场遇到诸如设备间距不满足带电作业要求等实际困难,无法开展带电检修。
5 推广带电检修的对策
如前所述,带电检修在解决高压隔离开关检修困难方面存在着明显的优势,但是,带电检修自身也存在着不少困难。最主要的,在解决户外高压隔离开关检修中推广带电检修应用需要重点解决好以下几个关键课题。
1) 研制高压隔离开关适用的带电检修专用工具。如处理隔离开关触头发热、分合闸不到位等常见故障的专用工具,在带电检修中具有非常重要的作用。在上文提到的带电检修处理触头发热的应用实例中,也是采用了专用的触头清洁工具,收到了事半功倍的效果。
2) 研究在变电站设备间距较小的密集空间条件下的带电检修作业方法。变电站相比输电线路,作业空间小、设备密度大,带电检修困难更大,在借鉴输电线路带电作业经验的基础上,开展适用于变电站内的带电检修作业方法研究,是今后高压隔离开关带电检修的一个重要方面。
3) 在变电站设计阶段,针对性地考虑今后变电设备带电检修的专门需求。为后续运行维护中,开展带电检修创造条件。
6 结语
高压隔离开关检修是变电检修中非常重要的一项检修工作,在供电可靠性要求愈来愈高的情况下,停电检修越来越难以实现,探索带电检修方式是今后隔离开关检修的一个重要课题。带电检修方式在变电站隔离开关检修中还应用不多,有许多需要研究提高的地方,必须在不断的实践中摸索、改进、完善,最终,发挥带电检修的优势,弥补常规停电检修方式的不足,提高设备运行和电网供电的可靠性。
参考文献
[1]雷玉贵.变电检修[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
[2]国家能源局.DL/T 486—2010高压交流隔离开关和接地开关[S].
[3]国家电网公司.高压开关设备管理规范[M].北京:中国电力出版社,2006.
[4]蒋焕英,李铮,赵平志.变电站隔离开关问题分析[J].科技资讯,2012(24):139.
[5]应鸿,景伟强.杭州电网的主要带电作业方法[J].浙江电力,2004(6):72-74.
[6]耿向阳.变电所一次设备过热原因分析与应对措施[J].中国科技纵横,2010(9):92.
[7]韩明.变电站刀闸发热检修与维护[J].能源研究与管理,2012(2):59-61.
[8]王英,高建国,门世卫.隔离开关过热处理技术应用[J].山西电力,2012(3):11-14.
高压隔离开关触头测温系统设计 篇7
关键词：隔离开关,测温系统,无线通信,嵌入式系统
0引言
高压隔离开关在电力系统中属于非常重要的电气设备,主要在检修高压母线、断路器等设备时起隔离来电的作用,并根据电网运行需求,在不带负荷时切换高压线路、分合小负荷电流等,是电网中使用范围最广、使用量最大的高压开关设备。开关的主要部分导电触头,因接触面不洁、触头氧化、机械变形松动等,造成触头严重发热烧毁的事故时有发生。以往由于没有可靠的手段在线监测触头温度等运行状况,往往采用“计划维修”,因而极易导致设备烧毁或突然停电等事故,在一定程度上影响了企业的效益[1]。本文结合66k V高压线路工程需要,设计基于ARM的高速度、高稳定可靠性的高压隔离开关触头测温系统。 该系统能够实时监测触头温度,并把数据无线发送到接收模块;接收模块嵌入到智能开关柜中,能够根据上位机的命令自动控制隔离开关,为66k V高压线路提供网络化检测、智能化控制,进而为实现变电站综合自动化奠定基础。
1系统工作原理
1.1系统供电原理
由于测温系统工作于66k V高压电的环境中,不能采用220V的市电进行供电,所以系统采用电池供电。考虑到系统运行的稳定性,同时采用太阳能充电板对电池充电,以维持系统的稳定运行。系统采用容量为2400MAH的锂电池。为了延长锂电池的使用寿命,同时采用了容量为10F的法拉电容进行交替供电。
1.2系统测温原理
采用PT100热电阻进行接触式测量。PT100是铂热电阻,它的阻值会随着温度的变化而改变。它的工作原理:当PT100在0摄氏度的时候阻值为100欧姆,它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。 通过分度表,就可以得到具体的温度值。PT100采用PC工程塑料封装,抗高强度跌落与振动,防浸泡,防冲击,满足工业环境要求[2]。
1.3无线通信原理
无线通信芯片采用挪威Nordic公司的n RF905芯片,其功耗很低,芯片可以软件设置空闲模式、关机模式,易于节能设计。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率和通信频道可通过程序进行配置。非常适合于低功耗、低成本的系统设计。由于一个变电站内有多个隔离开关触头需要测温,所以必须定义合适的无线通信协议。本设计方案是把一定数量的通信模块编成一组,不同组的无线模块采用不同的传输频率。在同一组内,采用一发多收的通信方式。开关柜中的无线模块为主模块,采用分时轮询的方式与组内的无线模块进行通信。
1.4控制原理
开关柜中的控制模块需要根据上位机的命令自动控制隔离开关。控制模块具有6路开关量输出(电磁型继电器),可以直接切断AC250V/5A或DC30V/ 5A的负载;6路开关量输出由上位机遥控。
2系统硬件设计
高压隔离开关触头测温系统的硬件由供电电路、 测温电路、无线通信电路和控制电路4部分组成。
2.1供电电路
系统的供电采用电池供电。系统的供电电路如图1所示。
TL431是可控精密稳压源。它的输出电压用2个电阻就可以任意地设置到从Verf(2.5V)到36V范围内的任何值。
2.2测温电路
测温电路采用PT100热电阻。测温电路如图2所示。
温度每6秒采集1次,为了系统节能,采用开关控制电路。PC1口控制三极 管Q1的通断,当需要采集温度时,PC1口输出高电平,三极管导通,R1, R2,R3支路产生 电流,通过采集AD1, AD2,AD3三点的电 压,计算出R2和R3两端的电压。R2为标准100欧姆电阻,R3为PT100热电阻,通过R2与R3的电压比,计算出R2与R3的电阻比,进而计算出R3的电阻。通过分度表就可以查出R3所测量物体的温度值。当不需要温度采集时,PC1口输出低电平,三极管截止,R1,R2,R3支路没有电流[3]。
2.3无线通信电路
无线通信模块采用挪 威Nordic公司的n RF905芯片,无线通信电路如图3所示。
2.4控制电路
核心处理器模块采用意法半导体 (ST) 公司的STM32F103RBT6, 该芯片使 用ARM高性能的Cortex-M3内核,工作频率为72MHz。作为典型的工业控制型的CPU,丰富的芯片资源使得地址、数据总线和存储器不需要扩展,更加提高控制系统的抗干扰性和电磁兼容性能,也使得控制系统的开发变得简便。控制电路负责与测温电路和无线通信电路进行连接。STM32的PC1,AD1,AD2,AD3与测温电路相连。STM32的PB12,PB13,PB14,PB15,PC6, PC7,PC8,PC9,PA11,PA12与无线通信电路相连。
3系统软件设计
控制器程序采用C语言在MDK环境下编写、调试。系统启动前先要对存储管理单元(MMU)和存储保护单元(MPU)进行配置,之后初始化库函数和堆栈指针。在ROM重映射时避免定位在0x0处,以防止影响系统运行性能。对于STM32处理器,指令周期为ns级别,要对内核中的系统时钟(Sys Tick) 进行设置。 Sys Tick为一个24位递减计数器,设定初值使能后, 每经过1个系统时钟周期,计数值就减1,计数到0时,Sys Tick计数器自动重装初值并继续计数,同时内部的Count Flag标志会置位,触发中断。STM32启动时,通过配置BOOT的0# 和1# 引脚可以有3种不同的启动模式,但是在硬件设计时,将BOOT1引脚接地,使其一直为0,这样只需改变BOOT0的值就可以改变启动模式[5]。系统首先进行初始化,检查电源是否正常,如果不正常给用户进行提示。之后启动温度检测程序,如果温度异常给用户进行提示。然后检测开关量,检测是否有开合闸命令,并根据命令是远方操作还是就地操作选择不同的程序。
4总结