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摘 要：本项目的梅花触头具有一个径向弹簧抱箍、数个触指，主要对弹簧抱箍施加在触指上的径向力进行计算分析，同时考虑触指的弹性变形影响，最终得到触指与触头之间的相互作用力，从而为此类梅花触头及径向弹簧抱箍设计提供理论依据。所以，非自力型梅花触头在电力系统中已经得到了较广泛的应用。
利用薄膜压力测试技术，在不同温度下，对高压开关柜梅花触指压力进行测量，比对不同开关之间的压力值的差异，进而测试弹簧压紧性能状态。
本项目研究成果为小型试验装置，在检修过程中，用于压紧弹簧的不同温度下的力学性能评价。不需要拆卸弹簧，试验不同触指压力差异化的评估，进而分段评估弹簧性能，最终反映出不同梅花触指片运行状态的差异化。推广途径是小型化、低成本试验装置，应用于现场检修。
一、概述
10kV～35kV 户内交流金属封闭开关设备（以下简称开关柜）是 110kV 及以上电压等级变电站装用量最大的开关类设备，其可靠性直接关系到变电站的安全稳定运行。
开关柜主要失效形式是放电烧毁，其中触头发热烧毁是主要失效形式。触头发热主要是接触电阻大造成的，接触电阻受触指压力、接触面积和接触材料种类等因素影响，其中触指压力是主要决定因素。本文利用薄膜压力测试技术，在不同温度下，对高压开关柜梅花触指压力进行测量，比对不同开关之间的压力值的差异，进而测试弹簧压紧性能状态。研究成果为小型试验装置，在检修过程中，用于压紧弹簧的不同温度下的力学性能评价，最终反映出不同梅花触指片运行状态的差异化。
二、弹簧力学性能测试装置技术原理
本文基于压阻效应设计开发弹簧力学性能测试装置，其核心部件为压阻压力传感器，主要基于压阻效应。压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。
大多数金属材料与半导体材料都具有压阻效应，其中半导体材料中的压阻效应远大于金属。由于硅是现今集成电路的主要半导体材料，以硅制作而成的压阻性元件的应用就变得非常有意义。电阻变化不单是来自与应力有关的几何形变，也来自材料本身与应力相关的电阻，这使得其程度因子大于金属数百倍之多。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移所造成不同迁移率的导带谷间的载子重新分布，进而使得电子在不同流动方向上的迁移率发生改变。其次是由于来自与导带谷形状改变相关的等效质量（effective mass）的变化。压阻压力传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。平时敏感芯体没有外加压力作用，电桥处于平衡状态（称为零位），当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。电桥检测出电阻值的变化，经过放大后，再经过电压电流的转换，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生了输入电压成线性对应关系的4～20mA的标准输出信号。为减小温度变化对芯体电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器都采用温度补偿措施使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。
三、梅花触指压紧弹簧力学性能测试装置
开关柜梅花触指压紧弹簧力学性能测试装置为小型试验装置，应用于现场检修，属于预防性评价。测试装置利用薄膜压力测试技术，在不同温度下，对高压开关柜梅花触指压力进行测量，比对不同开关之间的压力值的差异，进而测试弹簧压紧性能状态，对压紧弹簧在不同温度下的力學性能进行评价。不需要拆卸弹簧，试验不同触指压力差异化的评估，进而分段评估弹簧性能，最终反映出不同梅花触指片运行状态的差异化。
开关柜梅花触指结构如图1，基于压阻效应设计开发弹簧力学性能测试装置如图2。
利用直径34mm、38mm、47mm、78mm、88mm、108mm铜制或铝制管材上加工2-4个20±1mm孔，两两对称分布，将微型压力传感器固定于孔内，传感器上设置圆弧状补偿块，形成测试工装，将测试工装插入被测开关动触头中。测量静触头接触点直径，利用对称补偿块将测点对边尺寸补偿到实测尺寸，补偿后的尺寸不小于实测尺寸，使传感器与触指最内部位接触，加载具备加热和温控的密封装置，分别测量环境温度、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃条件下的压力值，确定弹簧在不同温度下的压紧能力，从而评估压紧弹簧状态。
四、结束语
本文主要解决检修阶段缺乏弹簧工作温度下压力评价方法和设备的问题，提供一种快速、可以广泛使用的测量装置。梅花触指压紧弹簧力学性能测量装置实现模拟不同工况下梅花触指压紧弹簧的力学性能测试，可以在检修过程中实现触指弹簧整体或局部失效评价，减少发热故障，提高开关柜可靠性。
通过在不同温度下对开关柜梅花触指弹簧压力进行测量，比对不同开关之间压力值的差异，评价弹簧压紧性能状态，进而进行提前性预防。通过有效评估开关柜触指弹簧状态，及时发现并处理各种隐患和缺陷、减少故障及其重复性发生的机会，对保障主变以及变电站的安全可靠运行具有十分重要的意义。
参考文献
[1]蒋平，李晶高压隔离开关触指压力的测试[J].四川电力技术， 2009（6）：26-28.
[2]陈磊，张志超，崔猛.电子式触指压力测试仪的研制[J]，河北电力技术，2013（4）：6-8.
作者简介：
宋瑞卿，1986年12月，河南开封，硕士研究生，工程师，华北电力大学，国网河南省电力公司开封供电公司
秦泽华，1990年10月，男，河南郑州，本科，工程师，华北水利水电大学，国网河南省电力公司开封供电公司
王磊，1990年10月，河南永城，本科，工程师，四川大学，国网河南省电力公司开封供电公司
利用薄膜压力测试技术，在不同温度下，对高压开关柜梅花触指压力进行测量，比对不同开关之间的压力值的差异，进而测试弹簧压紧性能状态。
本项目研究成果为小型试验装置，在检修过程中，用于压紧弹簧的不同温度下的力学性能评价。不需要拆卸弹簧，试验不同触指压力差异化的评估，进而分段评估弹簧性能，最终反映出不同梅花触指片运行状态的差异化。推广途径是小型化、低成本试验装置，应用于现场检修。
一、概述
10kV～35kV 户内交流金属封闭开关设备（以下简称开关柜）是 110kV 及以上电压等级变电站装用量最大的开关类设备，其可靠性直接关系到变电站的安全稳定运行。
开关柜主要失效形式是放电烧毁，其中触头发热烧毁是主要失效形式。触头发热主要是接触电阻大造成的，接触电阻受触指压力、接触面积和接触材料种类等因素影响，其中触指压力是主要决定因素。本文利用薄膜压力测试技术，在不同温度下，对高压开关柜梅花触指压力进行测量，比对不同开关之间的压力值的差异，进而测试弹簧压紧性能状态。研究成果为小型试验装置，在检修过程中，用于压紧弹簧的不同温度下的力学性能评价，最终反映出不同梅花触指片运行状态的差异化。
二、弹簧力学性能测试装置技术原理
本文基于压阻效应设计开发弹簧力学性能测试装置，其核心部件为压阻压力传感器，主要基于压阻效应。压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。
大多数金属材料与半导体材料都具有压阻效应，其中半导体材料中的压阻效应远大于金属。由于硅是现今集成电路的主要半导体材料，以硅制作而成的压阻性元件的应用就变得非常有意义。电阻变化不单是来自与应力有关的几何形变，也来自材料本身与应力相关的电阻，这使得其程度因子大于金属数百倍之多。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移所造成不同迁移率的导带谷间的载子重新分布，进而使得电子在不同流动方向上的迁移率发生改变。其次是由于来自与导带谷形状改变相关的等效质量（effective mass）的变化。压阻压力传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。平时敏感芯体没有外加压力作用，电桥处于平衡状态（称为零位），当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。电桥检测出电阻值的变化，经过放大后，再经过电压电流的转换，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生了输入电压成线性对应关系的4～20mA的标准输出信号。为减小温度变化对芯体电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器都采用温度补偿措施使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。
三、梅花触指压紧弹簧力学性能测试装置
开关柜梅花触指压紧弹簧力学性能测试装置为小型试验装置，应用于现场检修，属于预防性评价。测试装置利用薄膜压力测试技术，在不同温度下，对高压开关柜梅花触指压力进行测量，比对不同开关之间的压力值的差异，进而测试弹簧压紧性能状态，对压紧弹簧在不同温度下的力學性能进行评价。不需要拆卸弹簧，试验不同触指压力差异化的评估，进而分段评估弹簧性能，最终反映出不同梅花触指片运行状态的差异化。
开关柜梅花触指结构如图1，基于压阻效应设计开发弹簧力学性能测试装置如图2。
利用直径34mm、38mm、47mm、78mm、88mm、108mm铜制或铝制管材上加工2-4个20±1mm孔，两两对称分布，将微型压力传感器固定于孔内，传感器上设置圆弧状补偿块，形成测试工装，将测试工装插入被测开关动触头中。测量静触头接触点直径，利用对称补偿块将测点对边尺寸补偿到实测尺寸，补偿后的尺寸不小于实测尺寸，使传感器与触指最内部位接触，加载具备加热和温控的密封装置，分别测量环境温度、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃条件下的压力值，确定弹簧在不同温度下的压紧能力，从而评估压紧弹簧状态。
四、结束语
本文主要解决检修阶段缺乏弹簧工作温度下压力评价方法和设备的问题，提供一种快速、可以广泛使用的测量装置。梅花触指压紧弹簧力学性能测量装置实现模拟不同工况下梅花触指压紧弹簧的力学性能测试，可以在检修过程中实现触指弹簧整体或局部失效评价，减少发热故障，提高开关柜可靠性。
通过在不同温度下对开关柜梅花触指弹簧压力进行测量，比对不同开关之间压力值的差异，评价弹簧压紧性能状态，进而进行提前性预防。通过有效评估开关柜触指弹簧状态，及时发现并处理各种隐患和缺陷、减少故障及其重复性发生的机会，对保障主变以及变电站的安全可靠运行具有十分重要的意义。
参考文献
[1]蒋平，李晶高压隔离开关触指压力的测试[J].四川电力技术， 2009（6）：26-28.
[2]陈磊，张志超，崔猛.电子式触指压力测试仪的研制[J]，河北电力技术，2013（4）：6-8.
作者简介：
宋瑞卿，1986年12月，河南开封，硕士研究生，工程师，华北电力大学，国网河南省电力公司开封供电公司
秦泽华，1990年10月，男，河南郑州，本科，工程师，华北水利水电大学，国网河南省电力公司开封供电公司
王磊，1990年10月，河南永城，本科，工程师，四川大学，国网河南省电力公司开封供电公司