摘要 : 本文分析了测量高压隔离开关触头接触压力的必要性，介绍了现有国内一些隔离开关触头压力的测量方法，提出了测量触头开距较大的高压隔离开关触头压力的设想，希望能找到一种测量精度高、现场使用方便、适用性广的测量方法。
关键词: 收缩电阻 表面膜电阻 触头触指 滑块
0 引言
高压隔离开关特别是户外高压隔离开关是一种完全暴露在大气环境中工作、受环境气候条件影响最直接和最严重的电气设备。它的运行条件恶劣，触指与触头属可动接触，其接触部分容易受灰尘、有害气体及雨水的侵蚀而产生接触不良并导致发热。触指压力弹簧会因锈蚀、发热退火而导致失效。据不完全统计，户外隔离开关导电部分95%的故障来自触指与触头的接触部位。本文将从阐述接触压力与发热原理的关系入手，论证测量高压隔离开关触头压力的必要性，并结合目前国内一些隔离开关触头压力测量方法的优缺点提出自己的设想。
1 测量高压隔离开关触头接触压力的必要性
触点发热是因为存在接触电阻，接触电阻越大发热越严重。接触电阻主要包括两部分：收缩电阻与表面膜电阻。从物理意义上说，固体表面总是凹凸不平的，所以触头的相互接触只能是局部的局限于微观上的小接触面。收缩电阻是由于电流路径收缩到上述的小接触面而产生的。当以足够大的力将两触头压紧时，接触面上最高的微观尖峰就会发生变形压平，接触面增大，使收缩电阻降低。
此外，触头表面与空气及污秽物发生化学反应产生表面膜(氧化物、硫化物和氯化物等)，这些表面膜比较坚硬，电阻很大，是导致发热的主要原因。只有保持触指有足够大的压力，才能使触指在分合闸过程中将表面膜挤破，保证接触良好。
隔离开关的导电回路包括接线端子、软接线、导电管及触指触头等部分，接线端子与软接线、软接线与导电管之间的连接都是采用螺栓固定连接，其接触压力可达数千N，而触指与触头之间采用的是可动连接，其接触压力只有数十至数百N，而且这种压力会随弹簧的失效而降低。当触头接触压力降低，在触指接触处会出现过热现象。接触压力低是触指故障的重要因素。
目前绝大部分检修人员判断回路导电好坏采用测量回路电阻的方法，认为回路电阻在合格范围内，导电回路的检修工作就可圆满结束。其实不然，在产品说明书中给出的回路电阻值是整个导电回路的电阻值，它包括接线端子、导电管、触指触头等部分的总体电阻及接触电阻，没有单独给出触指接触部位的接触电阻，不能直接反映接触电阻的变化，只能说明导电回路通路。
将额定电流为1600A的隔离开关的四对触指拆除2对(相当于另2对触指的接触压力为0)，测量2对触指接触与4对触指接触的回路电阻值仅差7uΩ，均在产品说明书给定的合格范围内。同样，我们把触指的接触压力从120N降到20N，其回路电阻值基本没有变化，仍然在合格范围内。但这样低的接触压力在实际运行中会很快发生过热故障。这说明回路电阻合格不能证明触指接触良好。
在实际检修工作中，往往只注意更换那些明显失去弹性和断裂的弹簧，而对那些压力已降低的弹簧无法检查出来。这样在运行中，接触压力不够的触指的接触电阻会不断增加而引起发热。同时各对触指电流的分布会因压力不同而不同，压力差别越大电流分布越不均匀，通过电流大的触指就会发生过热而引发接触不良。触指的发热会恶性循环，一对触指接触不良就会漫延到整个触头接触不良。另外有些隔离开关的触指压力是可调的，如果在检修时调整压力不够或各对触指的压力调整不一致，同样会出现上述现象。
触指压力也不是越大越好，过大的触指压力在分合闸过程中会增大操作力，并引至镀银层很快磨损，使接触电阻增大。所以触指压力也不应过大，而应控制在一个合适的范围内。经验表明，转入式隔离开关的接触压力应控制在100～200N之间(如GW4、GW5、GW7)，钳夹式隔离开关的接触压力应控制在250～400N之间(如GW6、GW16、GW22)，同一触头不同触指的压力差别不应大于10%。在各类标准、检修规程中都有测量触指接触压力的规定。国家电网公司2005年在《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（见附件1）的第11.12条中已明确提出“应积极开展隔离开关触指接触压力的测试”。所以我们应积极采取有效措施加强对触指接触压力的测量与控制。
2 现有国内一些隔离开关触头压力的测量方法
2.1 江苏国艾电气有限公司的测量装置
江苏国艾电气有限公司2011年提出，利用现成的拉力计进行测量。测量装置的结构见图1。测量时，夹紧力测量杆10的顶端伸入动触指11的开口中，拉动拉力计手柄2，待触头张开到额定开距时，触头压力通过夹紧力测量杆10及拉杆6转换成拉力计上的拉力，通过换算就可以得到触头的夹紧力（压力）。
缺点：
1、很难控制触头张开到额定的开距，精度不高；
2、触头压力要用拉力计的读数经过换算才能得到，不够直观；
3、很多较深的触头没办法测量。
图1 江苏国艾电气有限公司的测量装置
注：1 底板 2 拉力计手柄 3 拉力计固定槽 4 拉力计 5 拉力计测力杆 6 拉杆 7、8、9 活动轴 10 夹紧力测量杆 11 被测动触指
2.2 如皋市玉泉电器有限公司的测量装置
如皋市玉泉电器有限公司2007年提出，名称为YGY-1型隔离开关触指压力智能检测仪。通过调整测量装置的尺寸，可以测量10kV～500kV的GW4、GW5、GW6、GW7、GW10、GW16、GW17、GW22、GW23等系列隔离开关的触指压力，测量触指的额定开距40mm～90mm。测量装置见图2。
图2 如皋市玉泉电器有限公司的测量装置
注：1、2 微调螺栓 3 距离调整块 4 支架 5、8 模拟触头 6 压力传感器 7 导块 10手柄 13 压力传感器固定板
测量装置由模拟触头5和8、微调螺栓1和2、压力传感器6、传感器固定板13、距离调整块3、支架4、手柄10等组成。压力传感器6位于模拟触头之间，且和模拟触头在同一水平位置，压力传感器所检测到的触头压力，通过放大转换电路，在显示器上显示出来；两微调螺栓连接距离调整块3和支架4；模拟触头5通过螺栓连接在距离调整块3上。导块7上安装有模拟触头8。如要大幅度调整测量厚度可以拆换不同的模拟触头。
缺点：
1、每次测量要调整测量装置的尺寸，测量装置的总尺寸由模拟触头8、导块7、压力传感器6以及由支架4、距离调整块3、模拟触头5等的厚度叠加而成，精确度低；总尺寸采用微调螺栓1和微调螺栓2同时进行调整，不容易达到平行，人为因素影响大，测量精度受限制；
2、分体式结构，在现场高空作业时使用不便。
2.3 武汉伟奥三高电气设备有限公司
武汉伟奥三高电气设备有限公司2011年推出，名称为WAGYC-2008高压隔离开关触头压力测试仪。测量触指开距：20～90mm，测量范围：≤980N ，测量误差：≤1%。测量方法：
1、量取待测隔离开关定触头的宽度b（用游标卡尺测量，精度±0.1mm）；
2、将卡尺宽度锁定在b后，卡在模拟触头上，再缓慢调节螺栓S，使模拟触头的宽度a(精度±0.1mm)等于b，调好后锁紧螺母N，见图3；
图3
3、将调整好的模拟触头放在需要测量的动触指与定触头的接触线处，用手握住手柄用力使前端张开至a值，此时检测仪显示模拟触头感受到的压力值。对于大开距的隔离开关，测量的夹子需更换附件2，见图4。
图4
缺点：
1、利用夹钳方式传递触头压力，有旋转运动，转轴有间隙，精度不高；
2、每次测量都要调整夹钳的开口宽度，有时还要更换钳头的附件，人为影响因素大；
3、测量时需用人力压钳柄，张开被测触头并保持压紧，稍微松手就会影响测量结果的变化，不够精确，同时劳动强度较大；
4、分体式结构，在现场高空作业时使用不便。
2.4 广州森纳士仪器有限公司的LD1型充电式触头压力测量仪
2010年广州森纳士仪器有限公司推出，测量仪适用于低压抽屉式开关柜主回路接插件、梅花触头、SF6负荷开关等的触头接触压力的测量。测量仪把测量、显示及电池供电等功能设计成一体的手提式结构，便于携带和在各种场合使用。与现有的其它测量方法相比，本仪器具有测量时即插即显示，不用接交流电源，直观准确，简便快捷等优点。
压力测量仪的关键部件是超薄型刚性压力传感头，它由桥架、基座和美国进口的超小型电阻应变片等组成。压力传感头做成标准的厚度，例如5mm、6mm和8mm，其厚度误差在±0.02mm范围内。超薄型压力传感头加工成型后，经特种热处理工艺处理，其弹性强度在1000MPa以上，制造厂称其压力传感头可重复使用一百万次以上。当配合专用的检测附件，触头压力测量仪还可以测量梅花触头的触头压力。压力传感头加上输出放大电路、数字显示模块、可充电电池、外壳和电源开关等组成完整的充电式便携型触头压力测量仪，见图5。
图5 LD1型充电式触头压力测量仪外观
把与额定开距尺寸相同的测量仪压力传感头插到被测触指中，在数字显示器上马上显示出触头的额定压力，单位为牛顿。读数直观准确，不需再进行其它运算，测量在一两秒内即可完成。
3 测量触头开距较大的高压隔离开关触头压力的设想
10kV～220kV各种高压隔离开关触头触指接合时的压力一般不会超过500N。根据统计，触头触指的额定开距大部份大于40mm，而且是5的倍数，例如50、60、65、70、80mm等，详见表1。
表1 各类隔离开关触指压力参考值（一对触指）
选用压力传感头厚度为8mm，量程0～500N的触头压力测量仪，根据被测开关的动触指额定开距做一个扩展测量头。扩展测量头有两个滑块，滑块的宽度要比动触指的宽度小，而两滑块的厚度加上传感头的厚度刚好等于触指的额定开距，例如测量50mm开距的触头时，滑块厚度为21±0.02mm，两滑块的厚度加上传感头的厚度为：21（±0.02）+8（±0.02）+21（±0.02）=50（±0.06）。累计误差只有±0.06mm，能做到相当精确。具体测量方案如图6所示。
测量前，先用卡尺测量开关定触头的宽度尺寸，然后选择合适的标准滑块。测量时先把扩展测量头放到两触指的中间，定好位，然后再把测量仪传感头插到扩展测量头两滑块的中间。这时只要传感头和滑块的园角及斜度选好，应可以满足操作要求的。
根据触头触指的额定开距大部份大于40mm而且是5的倍数，例如50、60、65、70、80mm等的情况，滑块可做成标准尺寸，例如21±0.02mm、26±0.02mm、31±0.02mm、36±0.02mm等四种尺寸。通过两滑块的不同组合就能精确测量50、55、60、65、70、75、80mm等各种开距的高压隔离开关了。
图6 测量方案图
参考文献:
[1] 邓光华，朱可源，郭玉志，等．电力企业电力设备异常运行及测试、维修与预防技术实用手册[M]．北京，电力科技出版社，2007
[2] 吴钧．变电设备检修[M]．北京，中国电力出版社，2008
[3] 湖南长高高压开关集团股份公司GW16A-252系列户外高压隔离开关安装使用说明书
作者简介:
李志锦（1974-），男，大学本科，高级技师，从事变电检修技术的研究
论文作者:李志锦,梁焕
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：测量论文; 触头论文; 压力论文; 电阻论文; 测量仪论文; 回路论文; 高压论文; 《电力设备》2017年第34期论文;