隔離開關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備，隔離開關長期以來故障頻發(fā)而得不到根本解決。本文對40.5～220kV高壓隔離開關在運行中所反映出的導電回路過熱、操作失靈、瓷瓶斷裂和破損進行原因分析；指出了高壓隔離開關在改造和檢修維護等方面存在的問題，并結合近幾年在高壓隔離開關完善化工作提供參考建議。

關鍵詞：變電站；高壓隔離開關；故障；完善化改造

引言

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

1 40.5～252kV高壓隔離開關故障分析

目前，40.5～252kV高壓隔離開關在運行中所反映出的主要問題均與此5類缺陷相關，導電回路故障主要表現(xiàn)為導電接頭過熱、傳動部分、轉動部分和操作機構故障主要體現(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，高壓隔離開關的運行可靠性就不可能得到根本改變。

1.1 導電接頭過熱

導電回路過熱是高壓隔離開關長期以來未能徹底解決的問題。導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，隨著運行時間的加長慢慢失去彈性，甚至會產生永久變形，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。觸頭的每個觸指在運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)，一個觸指接觸不好就會漫延整個觸頭接觸不良。

1.2 操作失靈

高壓隔離開關在操作過程中發(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：

轉動軸承和傳動連接設計不合理，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、隨著運行時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，導致傳動不穩(wěn)定。據(jù)了解隔離開關在廠內不進行整臺組裝和調試，操動機構與基座的連接、三相水平拉桿的連接等均在安裝現(xiàn)場進行，其安裝調試質量很難保證。高壓隔離開關的安裝基礎，包括安裝支架（水泥桿或金屬支架）均由設計院設計、基建單位施工，開關廠只負責隔離開關基座及以上部分。而基礎和支架的施工質量會影響到隔離開關的機械操作性能，目前操動機構在現(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量，從而造成大批隔離開關安裝完成后機構傳動不暢、操作力矩大。因此，有許多隔離開關在投運前已經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的動作可靠性，輔助開關和行程開關切換不到位或者接點接觸不良均會造成隔離開關拒動。接線端子接觸不良、接觸器不吸合、電動機燒壞、二次線絕緣破壞等會造成遠方操作失靈。

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，銹蝕使轉動和傳動聯(lián)結卡澀，零部件機械強度降低，部件損壞變形，轉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

隔離開關在運行中或操作時發(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瓷瓶長期承受一個額外的彎距作用，使操作力矩的加大，導致瓷瓶折斷。

2 高壓隔離開關完善化和成果

高壓隔離開關完善化改進也就是針對上述幾個方面的問題，從結構設計、材料及元件的選用、制造工藝以及試驗檢測等方面，采取相應措施加以解決。

2.1 觸頭改進

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，提高導電可靠性。觸指彈簧改為外置式，或者將內置式彈簧采取絕緣措施，以避免彈簧分流。采用新的觸頭結構，將觸片一端與觸座固定，另一端內彎成喇叭口，靠觸片變形及彈簧產生接觸壓力。

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 轉動部件改進

軸承支座改為密封結構.防止雨水潮氣侵入及潤滑脂流失；軸承內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

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，克服了原結構因彈性圓柱銷受力大，可能產生間隙或斷裂問題。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，可實現(xiàn)無級調角，現(xiàn)場不用配焊。在下導電管內拉桿下端增加一套調整裝置，使合閘時導電管方便調直。

3 高壓隔離開關完善化和成果

國家電網公司2004年開始要求對在運不符合要求的高壓隔離開關進行技術改造，新建、擴建和改進工程中所選用的高壓隔離開關必需是經過完善化技術審查和滿足《關于高壓隔離開關訂貨的有關規(guī)定》的產品。近年來孝感公司高壓隔離開關完善化工作逐步推進，通過大修和技改項目已完成主網220KV變電站各電壓等級隔離開關的導電、轉動部分大修或整體更換，使運行中的隔離開關健康水平和運行可靠性得到極大的改善和提高，設備故障率明顯下降，完善化工作的效果顯著。但正因為隔離開關運行環(huán)境和自身結構特點決定了其改造不可能是一勞永逸的，經過一定的運行周期，上述故障仍然會大概率重現(xiàn)。在制訂大規(guī)模隔離開關改造的過程中需要有組織的進行，首先對改造范圍內隔離開關進行狀態(tài)評價，依據(jù)狀態(tài)評價的各部件評分表歸納統(tǒng)計，按扣分情況劃分故障頻率，對頻率高的部件技術合同中應作更嚴格的約束。對整體評價良好的隔離開關即使某些部件不滿足要求可暫緩進行；其次招標選型要按照“關于高壓隔離開關訂貨的有關規(guī)定要求執(zhí)行，從源頭把好質量關；最后盡量進行整組更換形式的徹底改造，以避免不良裝配。

4 結語

只有充分了解高壓隔離開關在運行中出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象及原因，并熟練掌握了相應的故障發(fā)生時的處理，才能有針對性地強化制造、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)的安全運行。

作者簡介：

張倫（1982-）工程師，技師。主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護

參考文獻：

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胡俊雨 機電信息2011年第3期總第285期