隔離開關(guān)故障分析及其完善化改造策略

朱道敏+張倫+洪毅+付賢東

摘要：在作為變電站中用量最大的設(shè)備，隔離開關(guān)長期以來故障頻發(fā)而得不到根本解決。本文對40.5～220kV高壓隔離開關(guān)在運(yùn)行中所反映出的導(dǎo)電回路過熱、操作失靈、瓷瓶斷裂和破損進(jìn)行原因分析；指出了高壓隔離開關(guān)在改造和檢修維護(hù)等方面存在的問題，并結(jié)合近幾年在高壓隔離開關(guān)完善化工作提供參考建議。

關(guān)鍵詞：變電站；高壓隔離開關(guān)；故障；完善化改造

引言

隔離開關(guān)是變電站中使用量最大、應(yīng)用范圍最廣的高壓設(shè)備。其工作原理直觀，結(jié)構(gòu)相對簡單，技術(shù)門檻較低，制造部門往往將之作為一種簡易電器進(jìn)行粗放型生產(chǎn)，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)、選材、加工工藝、組裝調(diào)試和質(zhì)量控制等均不夠重視，使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量提升較慢。實(shí)際工作中受運(yùn)行條件的影響，容易產(chǎn)生機(jī)械或電氣方面的故障。同時(shí)隔離開關(guān)本身型號眾多，沒有統(tǒng)一的的檢修規(guī)程，尤其是母線分段隔離開關(guān)基本沒有檢修的時(shí)機(jī)。而行之有效的在線檢測手段僅有紅外熱像儀測試導(dǎo)電部分溫度僅能發(fā)現(xiàn)眾多缺陷中的小部分，致使長期以來高壓隔離開關(guān)故障頻發(fā)而又得不到根本的解決，嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 40.5～252kV高壓隔離開關(guān)故障分析

目前，40.5～252kV高壓隔離開關(guān)在運(yùn)行中所反映出的主要問題均與此5類缺陷相關(guān)，導(dǎo)電回路故障主要表現(xiàn)為導(dǎo)電接頭過熱、傳動部分、轉(zhuǎn)動部分和操作機(jī)構(gòu)故障主要體現(xiàn)為操作失靈，瓷瓶故障主要為瓷瓶斷裂或破損裂紋。如果這5類故障不能得到徹底解決，高壓隔離開關(guān)的運(yùn)行可靠性就不可能得到根本改變。

1.1 導(dǎo)電接頭過熱

導(dǎo)電回路過熱是高壓隔離開關(guān)長期以來未能徹底解決的問題。導(dǎo)電回路過熱主要由觸頭彈簧、鍍銀層及接觸部位引起，高壓隔離開關(guān)的工作電流超過70%就可能發(fā)生過熱。觸頭彈簧與觸頭之間未采取絕緣措施，導(dǎo)致電流流過彈簧分流使彈簧過熱退火失去彈性，造成觸頭與導(dǎo)電桿接觸不良而發(fā)熱。觸頭彈簧長期處于壓緊或接緊的工作狀態(tài)會發(fā)生疲勞，隨著運(yùn)行時(shí)間的加長慢慢失去彈性，甚至?xí)a(chǎn)生永久變形，造成觸頭接觸不良。另外觸頭彈簧的長短和彈性大小不一也是造成觸頭發(fā)熱的原因之一。觸頭的每個(gè)觸指在運(yùn)行中電流的分布會因壓力不同而不同，差別越大電流分布越不均勻，長期運(yùn)行后就會發(fā)生接觸不良而過熱。觸頭的發(fā)熱是惡性循環(huán)，一個(gè)觸指接觸不好就會漫延整個(gè)觸頭接觸不良。

1.2 操作失靈

高壓隔離開關(guān)在操作過程中發(fā)生操作失靈、拒分、拒合、分合閘不到位以及傳動部件損壞變形等故障約占總故障的一半以上。主要原因有三：

轉(zhuǎn)動軸承和傳動連接設(shè)計(jì)不合理，軸承不密封、使用黃油作為潤滑、傳動聯(lián)桿之間的連接沒有潤滑措施、隨著運(yùn)行時(shí)間的增長和操作次數(shù)增加，潤滑脂干燥和流失，軸承和軸銷銹蝕和磨損，造成轉(zhuǎn)動部件卡滯、傳動特性改變。部件加工公差大，不能保證傳動部件之間的精確配合，導(dǎo)致傳動不穩(wěn)定。據(jù)了解隔離開關(guān)在廠內(nèi)不進(jìn)行整臺組裝和調(diào)試，操動機(jī)構(gòu)與基座的連接、三相水平拉桿的連接等均在安裝現(xiàn)場進(jìn)行，其安裝調(diào)試質(zhì)量很難保證。高壓隔離開關(guān)的安裝基礎(chǔ)，包括安裝支架（水泥桿或金屬支架）均由設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、基建單位施工，開關(guān)廠只負(fù)責(zé)隔離開關(guān)基座及以上部分。而基礎(chǔ)和支架的施工質(zhì)量會影響到隔離開關(guān)的機(jī)械操作性能，目前操動機(jī)構(gòu)在現(xiàn)場與本體裝配，水平拉桿在現(xiàn)場加工裝配，這不但增加了安裝的難度而且也不能保證裝配質(zhì)量，從而造成大批隔離開關(guān)安裝完成后機(jī)構(gòu)傳動不暢、操作力矩大。因此，有許多隔離開關(guān)在投運(yùn)前已經(jīng)存在操作傳動不靈活的先天不足。

二次回路的可靠性將直接影響高壓隔離開關(guān)的動作可靠性，輔助開關(guān)和行程開關(guān)切換不到位或者接點(diǎn)接觸不良均會造成隔離開關(guān)拒動。接線端子接觸不良、接觸器不吸合、電動機(jī)燒壞、二次線絕緣破壞等會造成遠(yuǎn)方操作失靈。

由于連桿、軸銷、彈簧、螺栓、螺母、法蘭、底座、等金屬部件沒有采取防銹處理工藝，銹蝕使轉(zhuǎn)動和傳動聯(lián)結(jié)卡澀，零部件機(jī)械強(qiáng)度降低，部件損壞變形，轉(zhuǎn)動和傳動連接卡滯而分合閘不到位，操作力增大，銹蝕問題是造成操作失靈的最大隱患。

1.3 瓷瓶斷裂

隔離開關(guān)在運(yùn)行中或操作時(shí)發(fā)生瓷瓶斷裂故障是危害性最大的一種故障，它往往會造成短路而引發(fā)停電等重大事故，還會損壞相鄰的設(shè)備或傷及操作人員。瓷瓶由于制造過程中直線度、同軸度和平行度偏差過大會造成支持瓷瓶和旋轉(zhuǎn)瓷瓶長期承受一個(gè)額外的彎距作用，使操作力矩的加大，導(dǎo)致瓷瓶折斷。

2 高壓隔離開關(guān)完善化和成果

高壓隔離開關(guān)完善化改進(jìn)也就是針對上述幾個(gè)方面的問題，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料及元件的選用、制造工藝以及試驗(yàn)檢測等方面，采取相應(yīng)措施加以解決。

2.1 觸頭改進(jìn)

觸指末端與觸座之間增加軟連接，使觸指末端的滑動接觸改為固定接觸，提高導(dǎo)電可靠性。觸指彈簧改為外置式，或者將內(nèi)置式彈簧采取絕緣措施，以避免彈簧分流。采用新的觸頭結(jié)構(gòu)，將觸片一端與觸座固定，另一端內(nèi)彎成喇叭口，靠觸片變形及彈簧產(chǎn)生接觸壓力。

接線座由滾輪式滑動接觸改為軟連接。取消銅鋁接觸處的銅鋁雙金屬板，采取鍍銀或鍍錫措施。

2.2 轉(zhuǎn)動部件改進(jìn)

軸承支座改為密封結(jié)構(gòu).防止雨水潮氣侵入及潤滑脂流失；軸承內(nèi)填滿二硫化鉬鋰基脂，防止?jié)L珠軸承生銹。將傳動部件的銷軸改為不銹鋼，軸套改為復(fù)合自潤滑軸套，底座采用熱鍍鋅處理，軸承支座由鑄鋼改為鍋合金鑄件等。

2.3 傳動部件改進(jìn)

將操作絕緣子支座由法蘭與傳動軸用彈性圓柱銷聯(lián)接改為整體精鑄件，克服了原結(jié)構(gòu)因彈性圓柱銷受力大，可能產(chǎn)生間隙或斷裂問題。將三極聯(lián)動拐臂與軸聯(lián)接的月牙鍵改為圓頭平鍵。水平連桿及垂直連桿改用U形螺栓聯(lián)接，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)角，現(xiàn)場不用配焊。在下導(dǎo)電管內(nèi)拉桿下端增加一套調(diào)整裝置，使合閘時(shí)導(dǎo)電管方便調(diào)直。

3 高壓隔離開關(guān)完善化和成果

國家電網(wǎng)公司2004年開始要求對在運(yùn)不符合要求的高壓隔離開關(guān)進(jìn)行技術(shù)改造，新建、擴(kuò)建和改進(jìn)工程中所選用的高壓隔離開關(guān)必需是經(jīng)過完善化技術(shù)審查和滿足《關(guān)于高壓隔離開關(guān)訂貨的有關(guān)規(guī)定》的產(chǎn)品。近年來孝感公司高壓隔離開關(guān)完善化工作逐步推進(jìn)，通過大修和技改項(xiàng)目已完成主網(wǎng)220KV變電站各電壓等級隔離開關(guān)的導(dǎo)電、轉(zhuǎn)動部分大修或整體更換，使運(yùn)行中的隔離開關(guān)健康水平和運(yùn)行可靠性得到極大的改善和提高，設(shè)備故障率明顯下降，完善化工作的效果顯著。但正因?yàn)楦綦x開關(guān)運(yùn)行環(huán)境和自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其改造不可能是一勞永逸的，經(jīng)過一定的運(yùn)行周期，上述故障仍然會大概率重現(xiàn)。在制訂大規(guī)模隔離開關(guān)改造的過程中需要有組織的進(jìn)行，首先對改造范圍內(nèi)隔離開關(guān)進(jìn)行狀態(tài)評價(jià)，依據(jù)狀態(tài)評價(jià)的各部件評分表歸納統(tǒng)計(jì)，按扣分情況劃分故障頻率，對頻率高的部件技術(shù)合同中應(yīng)作更嚴(yán)格的約束。對整體評價(jià)良好的隔離開關(guān)即使某些部件不滿足要求可暫緩進(jìn)行；其次招標(biāo)選型要按照“關(guān)于高壓隔離開關(guān)訂貨的有關(guān)規(guī)定要求執(zhí)行，從源頭把好質(zhì)量關(guān)；最后盡量進(jìn)行整組更換形式的徹底改造，以避免不良裝配。

4 結(jié)語

只有充分了解高壓隔離開關(guān)在運(yùn)行中出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象及原因，并熟練掌握了相應(yīng)的故障發(fā)生時(shí)的處理，才能有針對性地強(qiáng)化制造、安裝工藝控制和制定合理的檢修措施，提高專業(yè)管理水平，降低故障率，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

作者簡介：

張倫（1982-）工程師，技師。主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)

參考文獻(xiàn)：

戶外高壓隔離開關(guān)存在的問題和改進(jìn)措施 石建軍 電力 學(xué)報(bào) V01.21 No.4 2006 2006年第21卷第4期

GW5-126型隔離開關(guān)觸頭燒損故障分析及對策 Vol.47 No.2

Feb.2011 張宗偉，盧昌宏 第47卷第2期

2011年2月 高壓電器

隔離開關(guān)過熱處理技術(shù)應(yīng)用 增刊1（總第171期）山西電力

2012年3月 王英，高建國，門世衛(wèi)

Supp.1（Ser.171）

SHANXI ELECTRIC POWER Mar.2012

簡述隔離開關(guān)的故障措施和檢修管理

胡俊雨 機(jī)電信息2011年第3期總第285期