高压线路隔离开关故障的分析与研究

高压线路隔离开关故障的分析与研究

0开、闭定位机构的选择隔离开关与高压设备和道路器一起打开和关闭。尤其是在高压电气检修的工作流程中,必须确认隔离开关处于明显断开状态后,检修人员才能在高压电气设备或线路上进行作业。当以人工方式对隔离开关进行操作时,操作人员处于隔离开关的附近,可以直接观察隔离开关主触头的动作情况,以确定是否“分”、“合”到位。然而在智能化变电站的设计中,由于逐步实现了无人值守功能,其选用的高压隔离开关一般使用电动操作机构以替代人力的开拉操作,这样就带来了一个新的问题:使用电动操作后,由于操作人员是在远方后台遥控,无法观测现场动作后的闸刀刀片实际的“分”、“合”状况。因此对电动遥控闸刀操作后的高压动触头的在线位置进行检测,直接关系到电气设备作业人员的安全,一旦出现判断失误,将会引起重大安全事故。传统的高压隔离开关判断刀闸的开、闭状态采用的方法是:在控制刀闸“分”、“合”的操作机构转轴上安装辅助开关。而安装于操作机构转轴上的辅助开关,当操作机械动作时,带动转轴进行转动,从而改变辅助开关的状态,对刀闸的开合状态进行间接地判断。这只是通过对二次侧(低压侧的检测,并没有反映出隔离开关一次侧(高压侧)的实际“分”、“合”状态的情况。其次,现有的隔离开关闸臂的转轴虽然有诸如限位开关之类的机构可以辅助定位,但由于其原理是机械定位,一旦出现磨损等状况,这种定位就会失去准确性,因此在实际操作中,这种定位方式无法成为完全有效的自动定位手段。针对上述的问题,本文提出一种新型的110kV隔离开关开合状态远程监测装置,利用激光感应技术,实现对高压线路隔离开关开合状态的精准远程检测,有效地解决了隔离开关状态的可靠监测问题,实现了隔离开关状态的远程自动化确认,大大提高了高压线路维护的安全性和高效性。1高压隔离开关状态远程监测系统为了提高高压电气设备及输电线路检修维护作业的安全性,实现无人值守变电站中高压隔离开关状态的远程精准监测,本文提出了一种将激光感应技术应用到高压隔离开关的触头开合位置监测的新思路,实现了一套新型的隔离开关开合状态远程监测系统。图1为高压隔离开关状态远程监测装置系统示意图。图1中,整套系统由隔离开关开合状态激光感应模块、通信模块和后端服务器三个主要功能模块组成。其中:隔离开关开合状态激光感应模块安装于隔离开关位置,用以监测隔离开关动触头的合闸或开闸状态;通讯模块用于实现监测前端和后台监测终端的通讯,其方式可以使无线通讯或者有线方式,图中所示的就是一种基于低压侧电力线载波技术的通讯模块。电力载波通讯模块沿着控制电缆备用芯安装,利用低压电线作为通讯传输介质,建立隔离开关状态激光感应模块和后端服务器的连接;后端服务器用以接收所有的隔离开关激光感应模块的开合状态信息,并以图形化的方式直观地显示在终端屏幕上。2隔离开关工作原理本文提出的激光感应式隔离开关开合状态远程监测装置的工作原理主要是感测隔离开关动触头的位置。正常情况下,隔离开关的动触头一般具有2种状态,即完全闭合和完全打开。因此,要精准可靠地监测一个隔离开关某个动触头的状态,需要针对闭合和完全打开2种状态进行检测。由于隔离开关的设计形态存在着不同的方式,根据其动触头运动方式的不同分为剪刀式、插入式和旋转式,相应地,安装激光感应装置的方式也不一样,但是其基本工作原理都是相同的。图2是位于三相高压线路上的隔离开关的示意图。图2中,每组隔离开关包含有12个激光发射器,分别对应控制三相高压线路的开合。每个隔离开关由2个闸臂组成,分别是左动触头和右动触头,激光感应模块必须同时监测2个动触头的状态。对于动触头的状态,针对2种状态进行监测,即闭合状态和全开状态。当开关分别置于这2种状态时,动触头会处于2个不同位置,针对这2个位置,需要2组激光发射器、激光反射镜进行监测。这样,监测每组隔离开关共需要12组激光发射器、激光反射镜。3隔离开关的输出由于高压线路一次侧有着数百千伏的高压,如何对隔离开关动触头这样的机械结构进行准确可靠定位,具有一定的难度。本文中所提出的激光感应装置是一种无接触式的光电感应系统,利用激光线束实现对动触头位置的远距离感测,从而避开了一次侧的高压环境。图3为本激光感应装置的基本组成。图3中,整个装置包含激光发射器、激光反射镜、激光感应器和主控处理器几个主要组成部分。激光发射器固定安装于隔离开关下方,恒定或者脉冲方式发射激光线束;激光反射镜安装于隔离开关的动触头上,作用是当动触头处于特定位置时,将激光发射器射来的激光线束反射到相应激光感应器的光敏面;激光感应器负责接收激光反射镜发射过来的激光信号,并根据是否有接收到激光线束而分别输出不同的二进制状态位“0”或“1”,当没有接收到激光信号时,输出“0”,接收到激光信号则输出“1”。激光感应器的输出连接到主控CPU的GPIO管脚,将表征是否接收到激光信号的状态位传送给主控CPU;主控CPU针对不同的激光发射方式以不同的信号特征来判断是否接收到反射的激光信号。如果是恒定发射的激光,则直接以“1”或“0”来判断激光反射镜是否到位;如果是脉冲式激光发射器,则根据脉冲信号的规律是否被破坏来判定激光反射镜到位与否,从而进一步识别出隔离开关的动触头的位置。图4显示了2种不同的输出信号。主控CPU还通过通过以太网口连接到通讯模块如电力线载波模块,通过通讯模块实现和后端的服务器的信息交互。主控CPU通过GPIO管脚采集所有激光感应器的输出信号,并将这些信号数据传送到后端服务器。激光感应模块包含有多组激光发射器、激光反射镜、激光感应器,这些光电模块的工作原理和流程完全相同。4动触头闭合、污染时的监测以插入式隔离开关为例来图解激光感应模块的工作流程。图5为激光感应监测隔离开关开合状态原理示意图。如图5所示,针对动触头的监测,分别针对动触头处于闭合位置和全开位置,需要2组激光发射器、激光反射镜和激光感应器。激光反射镜固定安装于动触头上,激光发射器和激光感应器固定安装于动触头的下方的地面或支架上。以A相线路隔离开关左臂为例,针对动触头闭合的监测方法是:当动触头处于闭合位置时,激光发射器发出的光线线束刚好能经由动触头上的反射镜反射后到达对应的激光感应器,激光感应器接收到激光信号,便输出一个高电平信号,也就是二进制数位“1”(Kals=1);当动触头转动离开闭合位置时,由于激光反射镜也会随着动触头转动而改变位置,无法再将激光线束发射至激光感应器上,此时,激光感应器接收不到激光信号,便相应输出一个低电平信号,也就是二进制数位“0”(Kals=0)。与此类似,针对动触头全开的监测方法是:当动触头处于全开位置时,激光发射器发出的光线线束刚好能经由动触头上的反射镜反射后到达对应的激光感应器,激光感应器接收到激光信号,便输出一个高电平信号,也就是二进制数位“1”(Kalo=1);当动触头转动离开全开位置时,由于激光反射镜也会随着动触头转动而改变位置,无法再将激光线束发射至激光感应器上,此时,激光感应器接收不到激光信号,便相应输出一个低电平信号,也就是二进制数位“0”(Kalo=0)。利用上述方法,便可以精准监测动触头是否处于闭合或全开位置,从而监测到每个隔离开关的合闸和开闸状态。5激光传感器组与横担构架的聚合反应,利用激光传感器组直接反回回射线vp在山东威海供电公司220kV荣城变电站实施了隔离开关激光状态监测系统,如图6所示。为110kV隔离开关的监测设备,激光传感器组安装于横担构架上的两只圆桶体内,激光光线通过防雨弧形球罩射出并反回。其中,球罩与隔离开关带电体保持110kV电压等级所要求的安全净距。6抗干扰性测试目前监测系统应用于110kV电压等级,由于激光开关离110kV带电距离大于安全距离,约为1.5m,经测试尚未发现因电场影响的失灵干扰,同时,因激光脉冲频率较高(MHz级)。目前抗干扰性基本能满足现场需求,但是对500kV尚无测试验证。图7中将激光反射板安装在隔离开关触头的导电杆上,即杆中间的2只手表带状的淡白色铝质带,用螺栓固定。经检测试验,不会对操作中产生意外影响。由于固定套是金属铝,与导电杆是同类金属,也不会产生金属腐蚀及电池效应,对运行来讲不会产生干扰影响。7无线通讯通讯模式现代智能化的变电站都以无人值守的方式运转,采集到的隔离开关状态必须能实时传送到后端的监测中心,这就涉及到采集现场和后端平台的通信。几种典型的通信模式是直接用光纤宽带线或者五类线宽带,或者是基于2G/3G/4G网络的无线通讯和基于电力线载波的有线通讯。无线通讯可借助于电信、联通或移动的公共网络建立虚拟专网通讯;基于电力线载波的通讯模块可沿着电力线路安装,利用低压电线作为通讯传输介质,建立起隔离开关状态激光感应模块和后端服务器的连接。后端服务器接收所有的隔离开关的开合状态信息,并以图形显示的方式显示在屏幕上。当出现开关异常情况时,可启动警报机制提醒维护人员进行进一步的状态确认。8距离精准监测本文提出的激光感应式隔离开关开合状态远程监测装置,利用激光感应技术实现了对高压线路一次侧的隔离