GW4/GW5型隔离开关烧坏原因分析及预防控制措施研究

何兵，邓海峰

(宜昌供电公司，湖北 宜昌 443000)

1 引言

隔离开关在电力系统的变电设备中广泛应用，其运行过程中的发热给电力系统的安全稳定运行造成了很大的威胁。现场实际运行经验表明，隔离开关运行过程中发热烧坏触头的现象比较常见，甚至有的在60%额定负荷时温升就超过了规定值［1，2］。本文以GW4/GW5型隔离开关为例，研究并分析了触头在隔离开关运行过程中烧坏现象的主要原因，提出了GW4/GW5型隔离开关运行中发热控制的措施，从而为实现电力系统的可靠性供电打下了坚实的基础。

2 隔离开关发热原因分析

隔离开关主要由支撑底座、导电载体、操动构件、传动构件等组成。发热故障主要发生在导电罩、触头、触指、开关接线端及设备线夹与导线的连接处。实际运行检修维护过程中经常见到的发热原因主要有以下几个方面:

(1)触指的弹簧性能逐渐发生退化

触指弹簧的功能主要有两个:一是用来稳固触指，二是使触指和触头之间有足够的作用压力。由于触指弹簧具有上述两个功能，所以弹簧性能的好坏将直接影响触指和触头能否有效的接触。

另外，在电力系统实际运行过程中，隔离开关大部分时间处于闭合的状态，这就使得弹簧长期的处于拉伸状态。如果弹簧的性能不佳或经过长期的拉伸其性能发生退化，则触指与触头之间的接触压力就会大大减小，触头与触指之间的接触电阻变大，从而引起接触处的温度升高，进一步使弹簧受热，弹性指标进一步退化。长期恶性循环，弹性变差，接触电阻更大，温度急剧升高，最终使得隔离开关的触指和触头烧坏。

(2)隔离开关长期在空气中裸露运行，从而引起接触表面发生氧化，使得接触电阻增大，导致隔离开关发热。

(3)隔离开关在闭合和断开过程中会产生电弧，这些电弧会侵蚀触头和触指，使得接触表面不再光滑平整，导致接触电阻增大，隔离开关发热。

(4)运行人员的操作过程不规范，造成触头或触指的机械磨损，从而造成发热的加剧［3］。

(5)首次进行安装时，由于安装人员的技术水平有限或操作不规范，造成安装工艺不符合要求。

结合该项目实际运行过程情况，除了上述的几个原因外，还有一个更重要的原因就是隔离开关的设计结构存在一定的问题。如图1所示为一现场烧坏的GW4/GW5型隔离开关。

图1 现场烧坏的隔离开关

其烧坏的主要原因有以下几点:

①在图1中，触指所在的B面或者C面明显不在一个平面内，即GW4/GW5型隔离开关的每一竖排的触指不在一个平面内，这就导致了触头与触指由正常情况下的面接触变为点接触，从而增大了接触电阻，使得GW4/GW5型隔离开关在运行过程中容易发热，从而烧坏隔离开关。

②在图1中，由于隔离开关的每一竖排的触指不在一个平面内，使得触头与A面很难发生完全的接触，从而也增大了接触电阻，使得隔离开关发热。

由于上述两方的原因，隔离开关运行过程中长期的恶性循环就会导致触头或触指被烧毁。通过对实际现场的采样进行观察分析，绝大部分烧坏的隔离开关其每一竖排的触指不在一个平面上。这正是导致该项目中GW4/GW5型隔离开关运行中发热的主要原因。

3 隔离开关发热预防控制措施的研究

对隔离开关发热的控制，其最根本的就是对隔离开关运行温度的检测，然后及时发出预警信号，对发热严重的隔离开关应该及时更换，避免其烧毁。主要的控制措施有:

(1)利用红外测温技术。

红外测温也叫辐射测温，它是利用物体热辐射来快速、有效测量物体的温度，是目前应用较为广泛的非接触测温技术。一切温度高于绝对零度的物体都会因其自身的分子、原子的运动而不断地辐射出红外线，这种现象被称为热辐射。红外线用人的肉眼是看不见的，它是电磁波谱的一部分，其波段介于可见光和微波波段之间［4］。通过红外测温仪对变电站的所有隔离开关进行定期的检测，如果发现隔离开关的温度超过了规定值，则需要对其进行更换，从而避免了隔离开关被烧坏的可能。该预防控制措施的主要缺点就是红外测温易受环境及周围的电磁场干扰，且比较耗时费力。

(2)采用的声表面波(SAW)测温技术实现无源无线测量温度。

①无源无线测温系统构成

一个完整的无源无线测温系统主要有以下几部分构成:声表面波(SAW)传感器、对传感器的温度监测信息进行收发和管理的读入采集器、CAN总线网络或者无线自组网络，以及测温主控终端等构成。如下图2所示为一简单的无源无线测温系统示意图。

图2 无源无线测温系统

②声表面波(SAW)传感器简介

声表面波(SAW)传感器是SAW技术的一个新的应用领域，目前国际已经研制了多种SAW传感器。声表面波(SAW)传感器的外形结构如图3所示。声表面波传感器主要有两大类，即谐振型和延迟型［5］。由于谐振型在灵敏度、可靠性和测量距离等方面都优于延迟型，因此谐振型更适合于无源无线远距离测温。在本项目中采用谐振型的声表面波传感器，系统采用一次变频方式，这样机体易于集成，使其进一步小型化。关于SAW谐振器结构及传感原理、系统的构成及工作原理，还有天线设计方面的介绍可以参照文献［5，6］。由于SAW传感器体积小、重量轻等特点，可将其安装固定在隔离开关的顶部，其具体安装位置为图1中所示的D面上。将传感器平整的安装在隔离开关的D面上，要使传感器的金属触片与隔离开关的D面结合紧密。

③温度采集器

温度采集器是对声表面波传感器的测量的温度进行采集，每个温度采集器可对6个声表面波传感器的温度进行采集。其外观如图4所示。

图3 声表面波传感器外观

图4 温度采集器

温度采集的过程为:首先，无线读入采集器通过它的天线发射射频脉冲;其次，脉冲信号被传感器上的天线收到后，通过叉指换能器(IDT)在压电感应器的表面激活一个表面波。传感器表面波的频率由于受到传感器本身温度的影响发生了变化。正是由于频率受温度变化的机制使得温度数据测量得以实现。温度采集器的天线在安装时，尽量远离片状金属物体，与片状金属物体之间的距离应大于10cm。

综上所述，通过无源无线测温系统对变电站的所有隔离开关进行实时的在线检测，当某个隔离开关的温度大于一定的值，则由测温主控终端发出预警信号，然后对隔离开关进行具体的检查。

与其他温测方式相比较，SAW测温系统有如下优点:①SAW测温系统具有不间断温度监控特性;②灰尘不会对SAW传感器测温产生影响;③成本低且对环境也不会造成污染;④SAW传感器采用被动感应方式，无需电池驱动，减少了电池更换带来的维护麻烦;⑤无源无线温度传感器体积小且与读入采集器之间数据无线传输，安装方便灵活;⑥环境适应性好。温度传感器通过匹配软件的校正后就已经补偿了传感器制作过程中的偏差。传感器可在任何工作温度范围内的温度进行调试，不会受季节因素影响。通常情况下，传感器只在安装后调试一次，并保持多年不需再校正。

4 结束语

本文通过对GW4/GW5型隔离开关运行过程中发热并烧坏的原因进行了详细的分析，并根据实际烧坏的隔离开关情况提出了一种基于SAW传感器的无源无线测温措施，对隔离开关发热情况进行了在线检测，加强了对隔离开关发热的控制，对提供供电的可靠性有着重要的意义。这一措施正在变电站中逐步落实。

［1］郑雄俊.GW5隔离开关触头发热的原因分析与处理［J］.中国科技信息，2009，24:130 －132.

［2］刘青胜，张立杰，王新彤.高压隔离开关发热的原因分析及对策［J］.华北电力技术，2008，12:36 －38.

［3］胡红光.隔离开关触头结构与发热原因分析［J］.高电压技术，2001，27(5):72 －74.

［4］陈衡，侯善敬.电力设备故障红外诊断［M］.北京:中国电力出版社，1997.

［5］王军峰，李平，等.声表面波谐振型无源无线温度传感器硬件系统［J］.压电与光，2006，28(1):1 －4.

［6］王军峰，李平，等.无源无线声表面波谐振器温度传感系统硬件构成［J］.仪器仪表学报，2004，25(4):155 －157.