10kV配網(wǎng)戶外柱上開關(guān)故障原因分析及改進(jìn)措施

葉坤標(biāo)

摘要：減少柱上開關(guān)的故障，提高柱上開關(guān)運(yùn)行的安全性，對(duì)保障供電的可靠性具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。基于此，為提高供電的可靠性，現(xiàn)將10kV配網(wǎng)戶外柱上開關(guān)交接驗(yàn)收、運(yùn)行中出現(xiàn)的問題收集、分析、研究，并找出主要原因，提出改進(jìn)措施，得出應(yīng)該采取的對(duì)策、要求。

關(guān)鍵詞：柱上開關(guān)；運(yùn)行；供電可靠性

10kV配電網(wǎng)是電網(wǎng)的重要組成部分，目前，該配網(wǎng)線路廣泛使用柱上開關(guān)產(chǎn)品對(duì)線路進(jìn)行分段和保護(hù)，柱上開關(guān)的質(zhì)量直接影響配網(wǎng)供電可靠性。但由于柱上開關(guān)存在較多問題，致使其故障頻繁發(fā)生。其故障率較高這一狀況，已經(jīng)嚴(yán)重影響到供電的可靠性，所以該問題也隨之被日益提到日程上來。

1 在交接、驗(yàn)收和運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的問題

在配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，戶外立柱是安裝在架空線路上的開關(guān)，在正常合閘、載、斷電流情況下，在不正常的電路條件下，機(jī)械開關(guān)載流設(shè)備在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)。而10kV配電網(wǎng)中的柱開關(guān)應(yīng)用廣泛，對(duì)10kV開關(guān)的研究十分必要。10kV電網(wǎng)戶外開關(guān)在交接中的分析、驗(yàn)收及生產(chǎn)。

（1）隔離開關(guān)不到位，不能分離，接觸熱嚴(yán)重，甚至燒毀。

（2）斷路器和隔離開關(guān)聯(lián)鎖是不可靠的。斷開開關(guān)和斷路器動(dòng)作順序錯(cuò)誤時(shí)，聯(lián)鎖裝置變形甚至失效，嚴(yán)重危害設(shè)備和人身安全。

（3）零件生銹、關(guān)閉，開關(guān)指示不靈活，無法準(zhǔn)確顯示開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）電流互感器變比200/5400/5600/5，短4檔，不能靈活切換在線帶電狀態(tài)。

2 原因分析及對(duì)策

2.1 隔離開關(guān)合不到位、分不開來，觸頭部位過熱

電氣設(shè)備的操作，外部環(huán)境是非常重要的。10kv戶外隔離開關(guān)，大多數(shù)的刀門式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，暴露于大氣中，接觸面氧化和積累污垢，摩擦阻力，接觸電阻增大，經(jīng)常不到位，離不開。隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下列要求：

（1）閉式操作時(shí)，有增力裝置。在惡劣的條件下，可以手動(dòng)操作。開關(guān)到位，觸點(diǎn)可靠。

（2）導(dǎo)電回路的接觸部分有足夠的接觸面積和壓力，以防止接觸不良。不過，葉片必須銀或鎳鍍層厚度超過6米，120hv和硬度超過足夠的附著力，增加耐磨性，減少摩擦和接觸電阻。

（3）動(dòng)、靜葉片具有可靠的性能指標(biāo)。動(dòng)、靜葉片在關(guān)閉位置之前由于各種原因，可能出現(xiàn)較大偏差，因此，要保證葉片和葉片在末端的順利插入，還要具有自清潔和自調(diào)節(jié)能力。隔離開關(guān)在點(diǎn)制動(dòng)作用下，滑動(dòng)摩擦接觸面相對(duì)去除表面污垢和氧化物，保證彼此之間的緊密接觸。

（4）動(dòng)葉片與動(dòng)葉片接觸處有保護(hù)絕緣套。用于防止或減少冰雪、雨水、灰塵、污物等的影響。

為了解決上述問題，以科學(xué)的設(shè)計(jì)、合理的結(jié)構(gòu)一方面和制造過程，量化各環(huán)節(jié)的控制；另一方面，根據(jù)生產(chǎn)、檢驗(yàn)、測(cè)試及嚴(yán)重的電網(wǎng)運(yùn)行問題和吸收同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外不斷提高和完善合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。是解決問題的關(guān)鍵。我們主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，改進(jìn)以后的帶隔離開關(guān)的斷路器外形結(jié)構(gòu)見圖1-2。

圖1 ZW32隔離斷路器隔離合閘狀態(tài)

圖2 ZW32隔離斷路器隔離分閘狀態(tài)

（1）隔離開關(guān)動(dòng)靜刀片結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。筆者把隔離開關(guān)動(dòng)、靜刀片從原來的平面接觸改成斜面接觸，見圖3。

圖3 改進(jìn)后動(dòng)刀片頭結(jié)構(gòu)示意圖

由圖3看出，改進(jìn)后的隔離開關(guān)的動(dòng)、靜刀片是斜面結(jié)構(gòu)的。由螺栓1、觸頭壓力彈簧2、一對(duì)動(dòng)刀片3、靜刀片4構(gòu)成。觸頭彈簧2的壓力>400N。動(dòng)刀片內(nèi)表面有一凸面，與靜刀片兩側(cè)面結(jié)合的斜面角度一致，夾角為3°～6°。動(dòng)刀片的凸臺(tái)與靜刀片保證>400mm2有效接觸面積。

動(dòng)、靜葉片斜置結(jié)構(gòu)，在厚度較薄時(shí)，當(dāng)靜葉片初始動(dòng)作關(guān)閉時(shí)，兩內(nèi)表面有較大間隙，上半閉動(dòng)作無摩擦，葉片順利插入葉片，保證性能可靠。在結(jié)束階段將結(jié)束。動(dòng)靜葉片相互接觸，滑動(dòng)摩擦表面。限位彈簧有中點(diǎn)，加速功能強(qiáng)，容易合閘到位。在開放、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)葉片摩擦的初始階段，但作為一個(gè)松散的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的彼此之間的差距后葉片，然后摩擦阻力消失，特別是功率限制彈簧太強(qiáng)的中點(diǎn)的加速度后，容易剎車到位。動(dòng)、靜葉片動(dòng)、靜葉片與原平面結(jié)構(gòu)傾斜結(jié)構(gòu)相比，在關(guān)閉和跳閘時(shí)降低了摩擦阻力。該邊坡結(jié)構(gòu)還具有自清污污、自我調(diào)節(jié)、適應(yīng)能力強(qiáng)、易接近、易到達(dá)閘門等特點(diǎn)。

（2）限力彈簧和開關(guān)螺釘。使用手動(dòng)操作時(shí)，磁極操作力是否到位，很難確定。功率限位彈簧裝置，如圖1所示（4增加極限壓力彈簧）。在開啟時(shí)，手動(dòng)手柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，壓縮彈簧蓄能，一點(diǎn)后彈簧能量釋放自動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)葉片克服制動(dòng)助力器之間的摩擦接觸快。在極限彈簧作用下，隔離式閘板限位板保持在接近極限螺釘?shù)臓顟B(tài)下，使葉片處于穩(wěn)定的制動(dòng)極限狀態(tài)。當(dāng)關(guān)閉操作手柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮力限制壓力彈簧儲(chǔ)能，中點(diǎn)，自動(dòng)釋放能量，增加關(guān)閉強(qiáng)度，刀片快速關(guān)閉到位。隔離開關(guān)葉片到葉片方向，經(jīng)過接觸滑動(dòng)摩擦、間隙運(yùn)動(dòng)葉片。表面氧化和污垢，可靠的關(guān)閉端，最后隔離開關(guān)限板保持接近關(guān)閉極限螺釘，開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。開關(guān)限位螺釘（6，7），在工廠調(diào)整，動(dòng)、靜葉片組合的最佳條件。

（3）隔離開關(guān)葉片和葉片接合運(yùn)動(dòng)和零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用硅橡膠保護(hù)套。見圖1、2中3，用于防止或減少雪、雨、塵、污物的動(dòng)靜結(jié)合，使葉片表面與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合。特別是在寒冷的天氣，以避免凍結(jié)雪不門。

2.2 斷路器與隔離開關(guān)之間的連鎖機(jī)械變形和失效

隔離斷路器是采用真空斷路器和隔離開關(guān)組合而成。因此，它們之間必須有可靠的電氣和機(jī)械聯(lián)鎖，以防止誤操作。斷路器和隔離開關(guān)機(jī)械聯(lián)鎖圖1，2。在狀態(tài)開關(guān)斷路器，斷路器和隔離開關(guān)的機(jī)械聯(lián)鎖桿，隔離屏障開關(guān)限位板運(yùn)動(dòng)，從而禁止隔離開關(guān)的切換操作；在關(guān)閉狀態(tài)的斷路器，機(jī)械連桿在隔離開關(guān)的機(jī)械軸沒有限制，可以進(jìn)行切換操作。

但在實(shí)際操作中，由于機(jī)械零件鏈的剛度和強(qiáng)度不夠，鏈條多次操作，變形甚至失效，嚴(yán)重危及操作人員的安全。因此，在驗(yàn)收測(cè)試中，對(duì)IT安全冗余進(jìn)行了評(píng)估。在斷路器合閘的情況下，隔離開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，手動(dòng)操作臂的1.5倍，隔離開關(guān)操作的10倍；在斷路器合閘狀態(tài)時(shí)，隔離開關(guān)是關(guān)閉狀態(tài)，手動(dòng)操作臂加長(zhǎng)1.5倍，切換操作10次；觀察連接件有無變形和破壞，如有不合格。endprint

2.3 耐腐蝕問題

戶外柱上高壓開關(guān)上掛桿運(yùn)行，完全暴露在大氣中，霜的，大自然的雪，灰塵，在潮霧和大氣污染會(huì)造成不同程度的開關(guān)元件損壞，導(dǎo)致的腐蝕會(huì)使傳輸卡，不到位，不能分開，指示不準(zhǔn)確，接觸不良，壓力下降的現(xiàn)象，直接影響開關(guān)的運(yùn)行可靠性。因此，機(jī)箱開關(guān)戶外柱上密封的要求必須達(dá)到IP55，除濕和冷卻裝置，底盤采用304不銹鋼，表面噴塑雙重保護(hù)模式，暴露于室外銷、傳動(dòng)軸及各種標(biāo)志、標(biāo)識(shí)必須使用304不銹鋼，復(fù)合軸承油和密封裝置。暴露在大氣中的導(dǎo)電回路的動(dòng)靜刀片必須鍍銀和鍍鎳，厚度>6μm，硬度>120HV，保證鍍層的耐磨性。支撐結(jié)構(gòu)件必須為熱鍍鋅，厚度>40μm。機(jī)箱內(nèi)機(jī)構(gòu)及其它零件，表面必須鍍鋅鈍化，厚度>12μm。

2.4 種不同比例電流互感器的柔性切換

當(dāng)柱開關(guān)連接負(fù)載變化時(shí)，電流互感器變比調(diào)整或關(guān)閉保護(hù)開關(guān)。在變比變比的情況下，開關(guān)上的大部分開關(guān)必須處于電源狀態(tài)。電流互感器二次開斷后，電流互感器兩端開斷，峰值電位高，危及設(shè)備和人身安全。同時(shí)，人為線路停運(yùn)，影響供電質(zhì)量。通過實(shí)踐，在充電狀態(tài)下啟動(dòng)200/5400/5600/5，出口保護(hù)（短路）3種方法，4檔之間安全可靠切換：開關(guān)操作用2轉(zhuǎn)換，1在200/5400/5600/53檔之間切換，其余1則為短路開關(guān)。在轉(zhuǎn)化率、短路開關(guān)短路的位置，然后調(diào)整比例，調(diào)整后，獨(dú)立的短路開關(guān)，對(duì)新工作的電流型柱開關(guān)；特殊的開關(guān)轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過程中，下一個(gè)文件之前應(yīng)關(guān)閉選定，然后斷開連接的齒輪，從而避免電流互感器和高壓斷路；作者和創(chuàng)新的變數(shù)比率轉(zhuǎn)換的電流保護(hù)電路的變壓器，在多變的組合裝置的電流互感器并聯(lián)硅雙向開關(guān)和限流電阻的電路，以消除危害高電位電路兩次不斷產(chǎn)生設(shè)備和人體。當(dāng)電流互感器切換到另一個(gè)變量位置時(shí)，硅雙向開關(guān)快速斷開，恢復(fù)開狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)在電流互感器安全變換條件下的功率，該方法科學(xué)、安全、簡(jiǎn)便實(shí)用。

2.5 安全冗余試驗(yàn)

操作環(huán)境10kV戶外高壓開關(guān)設(shè)備的安全性差，作為此類開關(guān)設(shè)備和配電網(wǎng)的可靠性，因此在試驗(yàn)中，應(yīng)給予適當(dāng)?shù)陌踩６龋员ＷC操作的安全性和可靠性。如：zw32 - 12 / 630柱上斷路器和隔離開關(guān)。在出廠試驗(yàn)和交接驗(yàn)收時(shí)要嚴(yán)格把關(guān)，宜把回路電阻、低電壓合分閘控制在國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的0.8倍以內(nèi)。把30%額定電壓不得合分閘動(dòng)作，相間、相對(duì)地、斷口、二次回路的工頻耐壓及高壓絕緣子的爬電距離均控制在國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的1.1倍范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

總之，電力產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求具有密切而直接的聯(lián)系。當(dāng)下，經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅猛發(fā)展、用電量不斷增加，客戶對(duì)供電的可靠性及供電質(zhì)量會(huì)提出更高的要求。因此，進(jìn)行電器設(shè)備安全性和可靠性的研究尤為重要，如此才能在配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行中得以有效應(yīng)用，保證電力系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中安全、穩(wěn)定運(yùn)作，為配網(wǎng)的平衡、健康發(fā)展乃至整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。經(jīng)試驗(yàn)和運(yùn)行證明：本研究關(guān)于戶外柱上開關(guān)運(yùn)行故障問題分析到位，對(duì)策正確，保證了柱上開關(guān)的質(zhì)量和運(yùn)行可靠性及壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]周仁領(lǐng)，禹錦繡，魏義利等.戶外柱上開關(guān)密封問題及改進(jìn)措施[J].農(nóng)村電氣化，2015（4）：26-26.

[2]王奉啟.柱上10kV開關(guān)運(yùn)行安全性探討[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備， 2011（5）：65-66.endprint