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摘要：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330kV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。
关键词：330kV；GIS隔离开关；控制系统；电机操动机构
隔离开关是一种起安全隔离作用的高压电器，可以在无载流的状况下对高压线路切换以及高压线、断路器检修的过程中进行隔离。隔离开关主要包括两方面的操作机构，分别是电动操作机构、手动操作机构。隔离开关的电动操作机构主要是借助远程操控，通过远方的按钮来实现操作，既方便又安全。但是随着使用年限的增加，可能会因为各方面的故障导致系统受阻，而且故障一般是在系统运行的过程中出现，这样就会导致操作被中断，既延误了送电时间，同时也影响了正常的操作，甚至是有可能造成经济损失和安全事故。
一、330kVGIS隔离开关的概况
330kVGIS隔离开关属于高压隔离开关的一种，是经过我国相关部门规定的。其主要的作用是对高压电流起隔离作用，进而保证在检修设备时保证人员的安全。GIS隔离开关的主要组成部分是：导电部分、绝缘部分、传动部分以及底座部分。GIS隔离开关本身就带有灭弧装置，在开关断开之后能看到明显的间隙。GIS隔离开关氛围手动控制和自动远程控制两种，第一种操作起来完全靠人力，虽然比较费力，但是可以确保开关能够断开，但是其中的人为因素比较大；第二种自动远程的优点是实现了远程操控，其缺点就是随着时间的变化，外界的环境原因可能对其产生影响，容易导致操作失灵的事故发生。
二、330kVGIS隔离开关的组成结构
330kVGIS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330kVGIS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。
三、DS电机操动机构和调速控制系统
3.1BLDCM操动机构
该图就是我们接下来设计的330kVGIS隔离开关的配电机操动机构实物图。DS电机操动机构本身属于一台配有限位器的BLDCM，该机构借助拐臂来对DS的传动转轴进行驱动，同时实现开关的触头分合操作。而过去GIS隔离开关的操动机构当中用到了弹簧、液压以及气动技术，因此连杆比较多，系统的结构复杂。
3.2DS电机机构控制系统
在DS电机机构的控制系统当中用到了DSP技术，它是整个控制模块的核心，也是实现整个模块功能的关键。该系统当中还有绕组线圈电流检测电路、电机位置检测电路、分合闸隔离驱动控制电路、速度检测电路以及电容充放电控制电路等。而电动机操动机构与其控制器的原理图如下：
电机操动机构及控制器的电气原理图
（1）设计分合闸隔离驱动控制电路。在本文我们通过功率开关IGBT实现了对三相绕组电流通断的控制，同时还可以设定RCD缓冲电路进而来改变器件的开关轨迹，之后实现对瞬态的过压控制，将电器件的损耗降低，确保器件能够安全稳定的运行。在上图当中，关断IGBT的过程中，电容C会借助二极管实现充电，并且将关断过程中产生的du/dt吸收掉。开通IGBT之后，电阻R会进行放电，选择的吸收二极管一定要能够迅速恢复，同时其额定电流要大于等于主电路当中器件的额定电流的1/10。除此之外，将电路的电感尽可能的减少，选择的吸收电容内部电感尽量小同时高频特性也好。
（2）设计电机的位置检测电路。在系统当中，位置检测电路可以对转子的磁极位置进行测量，之后提供正确的换相信息给逻辑开关电路，之后对定子绕组进行控制，进行换相。该控制系统当中采用了锁存型的霍尔元件，将三个按照一定角度进行固定，形成电机位置检测的传感器。电机进行转动的过程中，霍尔元件的输出电平就会被改变，然后DPS对霍尔元件的输出信号进行收集，最终确认电子转子的位置。
（3）设计速度检测电路。借助光电旋转编码器对转子的速度进行检测，其中光电耦合开关是沿着转子的四周进行均匀的分布，各个耦合开关是由两支相对的红外发光二极管以及光敏三极管组合而成。在发光二极管与光敏三极管之间有一个遮光盘，在光盘的上边有一个窗口。当红外发光二极管接通电源之后，会发出红外光，而遮光盘在转动的过程中，红外光就会有间隔的照到光敏三极管，进而使其可以不断的进行导通与截止，然后输出代表转子速度的信号。
（4）设计绕组线圈电流检测电路。之前电流检测电路主要是用分压电阻的方式进行检测，该检测方式比较简单，但是电阻本身因为温度的变化阻值会发生变化，所以测量的精度无法保证。而且没有在外电路和控制电路中间设置电气隔离，这样容易导致主回路里的高电压冲击控制回路，进而影响控制系统的安全系数。所以我们在设计电流测量电路时，采用了霍尔型传感器CHF400B实现了电气隔离，该传感器输出的电压以及输入的电流成1：100的比例。在电机正常运行的过程中，各相绕组中的电流一直是变化的，所以我们在传感器将信号输出之前添加了加法器，这样在经过比例电路的运算之后，确保线圈当中的电流信号的安全性。
（5）设计电容充放电控制电路。在控制吸引当中，我们用储能电容将传统的弹簧电容替代下来，同时在系统当中又增加了电容充放电的控制回路。一旦控制器接通电源，那么就会对电容器进行充电，之后DSP就会处理电容和电压采集到的信号，电压值达到了系统的设定要求时，DPS就会发出停止充电的指令，将电源切断。
四、控制策略
在设计调速电机操动机构的控制系统当中，我们用到了双闭环控制，其内环是电流环，外环是速度环，内外环都是通过PID控制算法对系统进行控制，当DS触头进行运动时，电机一侧的速度和实际测量到的数值进行比较，得出了误差信号。而误差信号在PID的控制下，实现外环的速度控制，速度环发送出的信号就是PID的输入信号，而IGBT模块的脉冲信号是由电流环输出的信号触发，之后通过对PMW的占空比进行调整，实现电机的速度控制．
五、结论
在本文当中，我们针对DS操动机构的电机控制系统进行了模拟搭建，同时还做了相关的试验，最后得出如下结论：
（1）通过对BLDCM的数学模型进行分析，我们发现并且提出了控制DS电机操动机构的相关技术。该系统当中结合了高压电器技术以及电机控制系统，同时借鉴了相关的理论和技术应用，最终完成了DS系统的设计和试验，克服了该系统的不可控性，最后经过多次的试验和调试，最终证明方案具有可行性。
（2）借助调速控制系统就可以确保特定的行程段内，DS触头的运动速度符合330kVDS系统的技术要求。
（3）BLDCM的操动机构既可以为系统提供DS驱动功能，还可以确保该操作的智能化，这为后期的高压隔离开关操动机构的发展提供了更多的技术支持。
参考文献
[1]张克超，常馨，王瑞．高压隔离开关智能操作系统的分析[J]．能源与节能，2012，10(85)：96-98．
[2]张红军，张强，邓洪祥．252～1100kVGIS用CJA6电动操动机构的研制与分析[J]．高压电器，2012.