隔离开关接触电阻带电测量装置的研制与应用

徐勇俊，谢成，张一军，贾立忠，曹张洁

（1.国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江金华321000；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；3.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州310009）

隔离开关接触电阻带电测量装置的研制与应用

徐勇俊1，谢成2，张一军1，贾立忠1，曹张洁3

（1.国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江金华321000；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；3.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州310009）

由于运行环境恶劣，变电站隔离开关的故障率较高，导电回路过热是引起隔离开关故障的主要原因之一，因受接线方式所限无法及时发现户外母联隔离开关和线路侧隔离开关的导电回路缺陷。为此，研制一种带电测量接触电阻的装置，通过试验验证了测量方法的安全性及测量装置的有效性，并成功诊断一起220 kV母联隔离开关导电回路缺陷。实践证明，带电测量隔离开关接触电阻并结合带电清洗技术，可以避免设备投运后由于隔离开关过热引起的重复停电和由此增加倒闸操作带来的安全风险。

隔离开关；带电测量；接触电阻；高压

0 引言

隔离开关主要用于高压配电装置中需要停电部分与带电部分的可靠隔离，在变电站主设备中数量占比最大，运行操作量最大。根据金华电网管辖范围内35～220 kV变电站在运隔离开关近3年缺陷处理情况的统计数据，导电回路过热是位于第二的主要故障，也是长期未能彻底解决的问题。运行中的隔离开关过热主要是负荷过重、接触电阻增大引起的[1]。

因此，有必要研究一种装置，能够对隔离开关接触电阻进行带电测量，并结合带电清洗技术来预防隔离开关投运后出现过热缺陷。

研发的接触电阻带电测量装置应用于某220 kV变电站，对一组母联隔离开关接触电阻进行了带电测量。在线路投运前及时发现一项接触电阻过大的缺陷，从而避免了一起线路投运后可能出现的由于母联隔离开关过热造成的重复停电。

1 隔离开关过热分析

1.1 过热原因

根据运行经验，隔离开关的工作电流如果超过额定电流的70%一般会发生过热。而过热缺陷大多集中在老旧设备，一是因为老旧设备所处变电站大多负荷较大，工作电流较大；二是因为部件老化较严重，接触性能下降。其中以母联隔离开关过热情况最为严重，由于通过的电流较大，而且多年运行后接触性能下降更甚。母联隔离开关在操作中由于存在母线转换电流，易出现触头拉弧烧损现象[2]。此外受运行方式制约，大部份的母联隔离开关过热故障不能得到及时处理。

设备不过载情况下的导电部分发热主要是接触电阻增大引起。常规变电站隔离开关长期经受自然环境的严峻考验，其触头部分容易受到空气中有害物质、雨水等侵蚀，造成接触面氧化、锈蚀。其次，触头弹簧长期处于压紧的工作状态会发生疲劳，随着运行时间的加长和腐蚀的积累效应，加之工作电流引起的发热使弹簧慢慢失去弹性，造成触头接触力变小，引起接触不良。合闸不到位或偏位导致接触不良也会引起过热[3]。

1.2 隔离开关过热的诊断

隔离开关导电回路过热缺陷的诊断，主要是通过红外检测和测量接触电阻2种途径[4]。运行中的设备一般借助于红外热像仪来检测过热缺陷，但是利用红外检测发现故障时，过热现象已经较为严重，缺陷性质确认后，一般需要立即采取措施减负荷、甚至停电检修。

直流接触电阻的测量，是诊断隔离开关导电回路性能和触头接触情况最为直接、灵敏、有效的方法[5]。然而隔离开关接触电阻的测量一般需要在停电检修时进行，尤其是母联隔离开关，自投运起停电机会十分少，缺少评价触头接触状况的数据。如不能及时发现隔离开关导电回路的缺陷并处理，当设备运行后出现过热故障需要停电处理时，由于非计划停电检修母联隔离开关所需停电范围大，会造成母线非正常方式运行，使系统可靠性降低，影响电网的安全稳定运行，造成人力、物力、资源的浪费[6]。此外，目前隔离开关触头带电清洗技术虽已相对成熟，却无法预先有针对地确定需清洗的设备[7]。

2 接触电阻带电测量装置的设计

2.1 测量的安全性设计

高压隔离开关一般安装在离地面3～4 m的高处，要进行带电测量，首先要解决如何将测量装置安全地连接到隔离开关上的问题。测量时采用带开口钳的绝缘杆，装置采用4接线测量方式，需要有2根带开口钳的绝缘杆连接至隔离开关。由于隔离开关带电，当携带测量装置的开口钳接近或离开隔离开关时，都会产生高压放电现象，此时必须对测量装置的4个端口进行保护，保护的方法如图1所示，各个端口之间连接1个TVS管（瞬态抑制二极管），将各个端口的电位差限制在TVS管击穿电压范围之内，避免各个端口之间电位差过大而损坏。

图1 测量端口保护方法示意

2.2 硬件结构设计

接触电阻带电测量装置为典型的伏安电阻测量设备，其结构框图如图2所示。

图2 测量装置硬件结构原理

测量电流由直流恒流源提供，电压信号通过输入整理电路和自动增益控制电路，经AD转换后，由单片机通过无线模块发送到地面控制箱。

为减少周围交流感应对测量回路的影响，在测量开关接触电阻时采用直流电源。恒流源电路提供100 A的测试电流，以满足微欧级电阻的测量要求。由于电池提供的电源电压只有3.7 V，要形成恒流供电，应采用串联型恒流源电路，调整管选用若干个大电流、低导通电阻的场效应管并联。电压采样过程中，采样频率不需要太高，但必须整周期同步采样。因此在采样电路中添加锁相环电路，从硬件上保证了电压和流过隔离开关交流电流的整周期同步采集。通过对测量数据的FFT分析，剔除交流电流对结果的影响。

另外，由于采样电压幅度很小，并且装置处于高压环境中，电磁干扰严重。电压采样输入整理电路应采用差分输入，以减少共模干扰，选用低失调、低温漂的运放，比如AD8628等芯片。电压采样通道、电流采样通道、恒流源电路、单片机电路均采取单独供电，利用DC－DC模块和信号隔离芯片实现各部分的隔离。

测量装置悬挂于隔离开关上，必须采用电池供电。由于隔离开关接触电阻为微欧级，伏安法测量电阻需要较大的电流，以获得较高的测量电压，满足测量精度要求。采用磷酸铁锂电池能很好解决这个问题。该电池具有极低的内阻，一般内阻为1～10 mΩ，能提供10C的放电倍率。

3 带电测量装置的现场应用

应用1：在某220 kV变电站220 kV金倪2339开关检修完毕后即将复役，在开关合闸前确认母线侧隔离开关回路电阻正常是十分必要的。由于隔离开关母线侧触头带电，无法通过一般的测试方法来判断隔离开关接触电阻是否过大。将金倪2339开关正母、副母及旁母侧隔离开关合闸后，采用接触电阻带电测量装置依次对正母、副母及旁母线侧隔离开关进行带电测量。测量时，测试操作人员始终确保与被试设备及周围带电体的安全距离[8]。

测试发现220 kV副母侧B相隔离开关接触电阻过大（实测值1 384 μΩ，交接试验数值：79 μΩ），将该隔离开关分闸，利用带电冲洗技术进行触头清洗，清洗完毕后隔离开关合闸并进行接触电阻复测，接触电阻合格（实测值90 μΩ），避免了线路带负荷后由于母线侧隔离开关过热需重复停电处理造成的损失。

应用2：某110 kV变电站2号主变间隔及110 kV方山1638线路开关检修完成后，线路开关处于冷备用状态，线路侧隔离开关半侧触头带电。由于未带负荷无法利用红外测温判断该组隔离开关接触状况，因此将该组隔离开关合闸，对其进行接触电阻带电测量，从而判断隔离开关接触电阻是否超标。如阻值偏大，则进行检修清洗处理，直至接触电阻复测合格，以保证线路开关合闸后线路侧隔离开关的可靠运行，测量接触电阻合格，线路安全投运。

4 接触电阻带电测试的准确性分析

为了验证接触电阻带电测量装置测试结果的准确性，选取某110 kV变电站中1组额定电压为126 kV的同类型双柱式户外隔离开关，分别进行带电及停电状态下的接触电阻测量，并结合该站最近一次停电检修试验的数据将测量结果进行对比，如表1所示。

表1 隔离开关接触电阻带电与停电测量结果对比μΩ

通过数据对比可知，带电测量接触电阻的数据与停电状态测量的结果接近，误差最大不超过1 μΩ，因此可以认为装置对隔离开关接触电阻进行测试的结果有效、可靠。

测量过程中，当装置测量端接近和离开隔离开关时，会产生拉弧，但装置工作正常。装置的测试精度结果如表2所示，25～2 000 μΩ测量范围内测量精度达到0.2级，能够满足隔离开关接触电阻测量精度的要求。

表2 带电测量接触电阻装置的测量精度μΩ

5 结论

（1）应用带电测量装置对隔离开关接触电阻带电测量结果与停电测量的数据吻合，测量精度满足测试要求，测试方法安全有效。

（2）在设备带负荷投运前，通过带电测量接触电阻结合带电清洗技术对母联隔离开关或线路侧隔离开关进行检测处理，可以避免由于接触电阻超标、运行后出现过热导致重复停电，并减少为重复停电检修进行倒闸操作带来的安全风险。

[1]梁方建，张道乾.GW5－110型隔离开关触头发热缺陷分析及检修处理[J].高压电器，2008，44（1）∶88－90.

[2]钟振蛟.高压交流隔离开关和接地开关选用的若干问题[J].电力设备，2008，9（4）∶55－58.

[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）∶72－75.

[4]周武仲.电力设备维修诊断与预防性试验[M].北京：中国电力出版社.2008.

[5]张宗伟，卢昌宏.GW5－126型隔离开关触头烧损故障分析及对策[J].高压电器，2011，47（2）∶76－79.

[6]GB/T 13395－2008电力设备带电水冲洗规程[S].北京：中国标准出版社，2008.

[7]安军，王永强.带电处理110 kV隔离开关设备线夹发热问题[J].电网技术，2006（30）∶228－229.

（本文编辑：杨勇）

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

徐勇俊（1985），男，工程师，主要从事变电站一次设备带电检测、监测技术应用、运行检修等工作。