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摘要：对高压隔离开关而言,要求操动机构响应快、具有较高的输出扭矩。现有的电机运行机构大多需要一整套机械减速元件，多个部件，传动机构复杂，可靠性低，运动过程不可控。因此，有必要设计一种输出转矩大、传动机构简单可靠、运动末端冲击小的驱动电机直接驱动隔离开关。
关键词：高压隔离开关；电机操动机构；控制系统
红外线加热灯引言
电动随着电力行业的迅速发展，GIS隔离开关被广泛的应用到发电厂以及变电站当中。为了为对550kV的隔离开关进行优化和改进，我们对隔离开关和电机操动机构之间的配合度进行了计算与分析，进而得出了摆角电机的转角与触头运动过程之间存在的对应关系。隔离开关的触头运动受电机操动机构转速的影响，我们根据隔离开关的可控化的触头运动特点，通过分析，进而研究出了可进行速度控制的摆角电机和可以调速的系统样机[1]。
1电机操动机构及控制技术现状
1.1电机操动机构研究现状
在高压开关设备中，电机操动机构的结构较为简单，响应速度较快，便于操控，因此得到了广泛使用。当前国内外科研机构及高校均对电机操动机构进行了大量研究，比如2002年，ABB公司在大电网会议报告中便明确指出电动操动机构与以往的弹簧机构及液压弹簧操动机构存在较大区别，电动操动机构的结构更为简单，且具备较强的稳定性。而在储能方面，相较弹簧机构的压缩弹簧及气动机构的压缩气体，电机操动机构的储能方式较为简单，且操作方便。且在运行原理方面，电机操动机构主要通过通电线圈产生驱动力，利用线圈内电流的改变产生动力，以驱动机构运行，且更易操控[2]。以上特点均决定了在高压开关设备中，电动操动机构的应用必将成为未来的主流发展趋势。智能召唤
在国内，相关高校也在隔离开关电机操动机构领域进行了深入研究，积累了一定经验，设计并发明了永磁同步直线电机、永磁无刷直流电机等结构。2012年，清华大学黄瑜珑教授针对单相断路器进行了深入研究，并设计了新型的电机驱动操动机构，这种操动机构与以往技术不同，需要正反向转动旋转电机及拐臂，通过转动曲轴带动高压器进行分合闸运动，有效解决了以往技术中高压断路器使用寿命短且工作可靠性差等问题。近年来，在断
路器中开始广泛使用电机操动机构，但在隔离开关配电机操动机构方面的相关研究却并不成熟，驱动电机、电器控制元件以及两级涡轮减速器均属于隔离开关电机操动机构的主要组成部分，其中第一级与第二级的涡轮减速器为高压隔离开关电机提供运转动力，由输出轴传递至隔离开关，但当前并未实现直接由驱动电机带动触头实现分合闸动作。
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2550kVGIS隔离开关的组成结构
550kVGIS隔离开关的主要组成部分包括五个方面：支持底座、绝缘子、导电部分、传动机构以及操动机构。在下边我们针对这五个部分的组成和作用进行分别说明：
（1）支持底座。支持底座的主要作用就是支撑和固定；（2）导电部分。导电部分是由触头、接线座以及刀闸组成，其主要作用是传导电路中的电流。（3）传动机构。传动机构在550kVGIS隔离开关当中的作用就是承受操动机构的力矩，同时把运动通过拐臂、连杆、轴承、齿轮等传到触头，进而实现隔离开关的分闸作用。（4）绝缘子。绝缘子由支持绝缘子和操作绝缘子两部分组成。其主要作用是实现接地部分与带电部分两者之间的绝缘。（5）操动机构。操动机构可以为分合闸提供能源。
3基于GA的外壳传感器优化布置
遗传算法(genetic algorithms，GA)是模拟生物进化过程中“适者生存”机制的一种高效全局寻优算法。其主要思想是利用适应度函数来评价个体，适应度大的个体基因存留下来，适应度小的个体基因被淘汰。遗传算法的主要操作算子包括选择、交叉和变异。遗传算法的核心内容包括以下5个要素：参数编码、确定初始体、确定适应度函数、遗传操作设计、控制参数设定。
文中对布置在GIS隔离开关外壳上的温度传感器进行了优化布置，将GIS外壳上对触头温度变化较为敏感的点作为模型的输入，使得模型既能达到工程实际所需精度，又能将传感器数量降低到最少，节约经济成本。
3.1传感器优化选择步骤
对GIS隔离开关的外壳温度传感器进行优化配置，利用光纤光栅传感器测量外壳相关部位温度和环境温度，热电偶测量触头温度，并利用自动采集装置记录温度信号，为便于说明，对外壳传感器进行编码，GIS隔离开关外壳温度传感器布置图。
具体分组情况如下所示：①测量GIS外壳最上部温度场：1-3号传感器；②测量GIS外壳中
上部温度场：4-9号传感器；③测量GIS外壳中部温度场：10-15号传感器；④测量GIS外壳下部温度场：16-24号传感器；⑤测量环境温度：25号传感器。
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根据前面的分组，从以上5组中各自选取一个传感器并将其进行组合，利用遗传算法得到外壳传感器的最优组合方式，具体步骤如下：
1)首先对GIS外壳传感器进行参数编码，比如个体(1，4，10，16，25)代表一个编码，其中基因1，4，10，16，25代表GIS隔离开关外壳传感器的分布位置。文中设置初始种的大小为10，每个种包含10个个体，以随机方式产生。
2)接着设置适应度函数，按SVR建模得到的触头温度平均相对监测误差MRPE，并用其倒数作为适应度值。
3)然后选择体中的优良个体，将其作为父代进行繁殖，并且以个体的选择概率与适应度值成比例进行选择。
4)交叉概率决定配对库中个体是否需进行交叉操作，文中取交叉概率Pc为0.6。例如个体C和D进行交叉配对，得到另外两个新个体C′和D′。
5)以随机选择的方式选择串中某位，并以变异概率P=0.07使其在补集范围内改变。比如将个体E的第3位变异，得到变异后的新个体E′
6)结合工程实际运行需要，文中设置适应度达到30即满足要求(此时平均监测误差为3.3%，平均监测准确率为96.7%)，按照以上遗传操作产生新体，计算新体的个体适应度，观察新种中最优个体是否满足适应度要求，直到体中最优个体的适应度满足要求或者达到最大遗传代数，循环终止，文中取最大遗传代数为50代。
3.2传感器优化选择步骤
优化结果表明：当遗传算法进行到第4代时，适应度就已满足要求，并且搜索得到的最优个体(1，4，14，22，25)的适应度为48.3，优化后GIS隔离开关触头温度的平均相对监测误差为2.07%，虽然高于25个传感器全部布置时的0.47%，但极大地减少了传感器的数量，节约了经济成本，同时也能达到工程运用所需精度，因此，此种传感器优化布局方式较为合理。
4结束语
本文改善了隔离开关操动机构电机系统，并进行了试验分析，得到如下结论：
提出了隔离开关电机操动机构的控制技术，并将其与高压电器技术与电机控制系统进行有效结合，有效控制了隔离开关机构的操动过程，且在调试验证后，发现此方案具备可行性。利用调速控制系统可以使隔离开关触头在特定行程段达到既定的速度要求，满足了技术需求。
参考文献
[1]陈富国,何大伟,周瑞敏,邓冠男.550kV高压隔离开关电机驱动智能控制系统[J].仪表技术与传感器,2017(04).
[2]刘爱民,吴志恒,徐建源,史可鉴,汤庚.高压隔离开关触头运动智能控制策略研究(优先出版)[J].组合机床与自动化加工技术,2014(07).
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