基于激光供能技术的高压隔离开关状态监测装置研究

吴绍武　王德全　郭　琳

（1.江苏省电力公司淮安供电公司　2.国网重庆市电力公司）

基于激光供能技术的高压隔离开关状态监测装置研究

吴绍武1王德全1郭琳2

（1.江苏省电力公司淮安供电公司2.国网重庆市电力公司）

在高压线路进行控制的过程中，隔离开关是十分重要的设备之一。当进行高压线路的检修作业时，其安全问题在很大程度上取决于隔离开关是否可靠，能否准确地断开高压线路。因此，本文提出一种新的思路，将激光供能技术应用到控制隔离开关的设备上，以保证设备在无本地供能的情况下，仍然能够正常的进行工作，保证能够对隔离开关的状态做到实时监测。另外，将监测到的隔离开关状态的信息传输到控制台，经过分析判断，确定隔离开关的状态，进而可以实现隔离开关状态监控的自动化，为实现隔离开关状态监测的远程控制模式提出了新的思路。

激光供能技术；高压设备；隔离开关

0 引言

在高压电网设备中，隔离开关发挥着十分重要的作用，其控制着高压电网的通路状态。特别是在高压电网设备的维修和保养的过程中，工作人员务必要保证高压电网上的线路没有通电，并且隔离开关也要处于断开的状态后，才可以靠近高压电网设备，在高压电网输电线路上进行相应的维护工作。

在过去，对于高压电网隔离开关的控制，都是以人工方式实施操作，即进行操作的技术人员首先要靠近隔离开关的位置，然后对隔离开关的闭合状态与主触头的动作情况进行观察，以此来保证隔离开关是否已经“分”或者“合”。但是，随着电力系统自动化程度的提高，在设计智能化变电站的过程中，为了能够逐步实现隔离开关无人值守的目的，现在所选用的高压电网设备上的隔离开关通常是用电动来操纵隔离开关的闭合，取代了传统的用人力来对隔离开关的闭合状态进行操纵的方式，然而，隔离开关的电动操纵却带来了一个新的难题，即由于进行操作的工作人员是在远方的控制台进行的后台遥控，因此，对隔离开关进行电动操作之后，无法确认隔离开关实际的状态，其闸刀刀片是处于“分”还是“合”。因此，对隔离开关的实际状态的监测，将会关系到电气设备工作人员的人身安全，假如监测出现问题，那么可能会导致非常严重的安全事故。

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［1］，在对隔离开关进行操作时，将会影响转轴，使转轴转动，进而使得辅助开关的状态发生改变，因此，可以间接地对隔离开关的开合状态进行判断。然而，现有的隔离开关还是不太可靠，隔离开关的刀闸闸臂的转轴仍然有问题，虽然有限位开关等之类的机构能够进行辅助定位，但是，这属于机械定位，如果出现刀闸闸臂磨损，那么这样定位的准确性不高，因此，这种方法不能达到电力系统自动化的要求。

基于此，本文提出一种新的操控和监测高压隔离开关状态的方法，利用激光供能技术对控制隔离开关状态和监测隔离开关状态的电力设备提供电能，保证设备电源充足，不受外界的影响，进而提高监测的准确性，并且也提高了自动化程度。

1　系统原理简介

为了提高电力系统自动化的程度，保证工作人员在高压输电线路上进行检修和维护工作的安全，实现变电站中高压隔离开关的状态无人值守的远程监测，本文提出一种新的思路，将激光供能技术应用到控制隔离开关的电力设备上，以保证设备在无本地供能的情况下，仍然能够正常的进行工作，保证能够对隔离开关的状态做到实时监测。图1为利用激光功能技术对高压隔离开关状态进行监测的示意图。

图1　利用激光功能技术对高压隔离开关状态进行监测的示意图

在图1中，整个监测系统由四个主要设备组成，分别是监测操纵设备、激光供电设备、通信设备以及后台服务器。其中：监测操纵设备可以用来操纵高压隔离开关的闭合，并且还能够对隔离开关的状态进行监测；激光功能模块用于给监测操作设备进行供能，保证设备在无本地供电的情况下，仍然能够通过激光供能来对高压隔离开关进行操纵和监测；通讯设备的功能是用来连接监测设备与后台服务器，实现两者之间的通讯，通讯方式能采用无线和有线两种方式，图1为有线通讯方式；后台服务器的功能是接收高压隔离开关开的信息，然后以图形的形式直观地显示在屏幕上，供工作人员判断。

图2　激光供能装置原理图

2　激光供能原理

如图2所示，发电单元由激光器，传能通道以及电源管理模块组成。其中，激光器和传能通道相连接，传能通道和光电转换装置相连，光电转换装置和电源管理模块相连接。

光电转换装置为光伏电池，并且光伏电池可以为聚光型光伏电池，也可以为通用型光电器件。激光器输出激光，激光的功率可以在几瓦到几十瓦之间，通过传能通道照射到光电转换装置上，传能通道可以为有线传能通道（例如传能光纤）或者无线传能通道（例如自由空间光能通道）。这样就能够将光能转换为电能，电能用于监测操纵装置，然后多余的电能可以利用储能装置储存，通常，储能器件储存的多余电能供给功率消耗大于操纵部分。通过利用激光供能技术，实现直流电源的持续供应，保证监测操纵设备能够实时操作，持续地监测。

3　高压隔离开关状态监测

本文提出利用激光供能技术对高压隔离开关状态实时监测的基本原理是依据隔离开关刀闸闸臂旋转的角度。一般来说，隔离开关的刀闸闸臂会有两种状态，分别是完全张开以及完全闭合。因此，要准确地对隔离开关所处的状态进行监测，就需要对隔离开关的刀闸闸臂的角度进行监测，对此，监测操作设备的监测部分选用角度传感器对隔离开关刀闸闸臂旋转的角度进行监测，以判断隔离开关的闭合状态。高压隔离开关有不同的设计形状，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［2］，其中剪刀式和旋转式都需要隔离开关的刀闸闸臂旋转来控制隔离开关的开与合，因此，激光供能技术能够应用到这两种触头运动形式的隔离开关上。图3为旋转式高压隔离开关的刀闸闸臂状态示意图。

图3　旋转式高压隔离开关的刀闸闸臂状态示意图

在图3中，每组隔离开关需要配置两个监控操纵设备，并且安装在隔离开关刀闸闸臂旋转的结点处，方便对隔离开关进行操纵和监测。当需要断开隔离开关时，则可以由后台服务器对监控操纵设备下达指令，然后在隔离开关断开的过程中，由监测部分，即角度传感器实时将隔离开关刀闸的角度信息反馈给后台服务器。然后后台服务器就能够通过反馈回来的信息判断出隔离开关的状态，由于监测操纵设备是由激光供能设备进行供能，所以具有很高的可靠性与稳定性，不会因为电能不足的问题导致监测失误。

4　通信与后台服务器

如今，智能化的变电站开始慢慢朝着无人值守的模式发展，因此，能够将监测到的信息及时准确地发送到后台的监测中心就显得十分重要，这里就涉及到了监测设备与后台服务器的通信问题。通常的通信方式可以选用有线通信（如光纤宽带）和无线通信。其中无线通信可以利用电信、移动以及联通的公共网络来建立专用的通信通道，从而使得对隔离开关状态进行监测的设备能够与后台服务器相连接。

后台服务器接收到监测设备反馈回来的信息，进而可以判断隔离开关的开合状态，一旦隔离开关出现异常，可以立即启动警报措施来提醒准备进行高压作业的人员，防止发生安全事故。

5　结束语

本文提出的基于激光供能技术的高压隔离开关状态监测系统，利用激光供能技术能够保证对监测操纵设备的持续供能，并能够确保对高压隔离开关的实时监测，实现了变电站的无人值守的模式，有效解决了高压隔离开关开合状态监测不可靠的问题，并且通过对其进行实时监测，实现了隔离开关状态的远程识别，提高了电力系统的自动化水平，极大地提高了设备监测和操纵的效率。

［1］张涛，苏长宝.高压开关柜安装与检修［M］ .北京：中国电力出版社， 2014.

［2］刘斌，孙承超， 肖驰，等.基于激光感应技术的高压隔离开关状态监测装置［J］.智能电网， 2014（11）.

（2016-01-20）