GN30大電流隔離開關(guān)的常見缺陷分析及運維策略

劉星瑋 馮普俊 肖權(quán)鋒

摘要：對近年發(fā)生的兩起由10 kV GN30型大電流隔離開關(guān)缺陷引起的故障進(jìn)行了研究，根據(jù)該型隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理，分析了該類型隔離開關(guān)存在的常見缺陷，提出了該型大電流隔離開關(guān)的整改措施，并總結(jié)了相應(yīng)的運行維護(hù)策略，對于預(yù)防該類型事故有積極的意義。

關(guān)鍵詞：大電流隔離開關(guān);缺陷分析;在線監(jiān)測

0? ? 引言

近年，我局連續(xù)兩次因型號為GN30-10Q的高壓柜大電流隔離開關(guān)缺陷引起故障。該類型大電流隔離開關(guān)其早期產(chǎn)品由于在設(shè)計、制造方面存在不同的缺陷，加上變電運行方面對該類型隔離開關(guān)認(rèn)識不足，事故時有發(fā)生。因該類型開關(guān)大量配置在變低、母聯(lián)刀閘柜，發(fā)生故障時，都會造成嚴(yán)重后果，影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

1? ? 兩起由GN30大電流隔離開關(guān)缺陷引起的故障

事故現(xiàn)場一：2017年10月12日，運行人員巡視測溫發(fā)現(xiàn)：110 kV XX變電站#2主變10 kV側(cè)5022發(fā)熱，A相99 ℃，B相88 ℃，C相75 ℃，負(fù)荷電流2 070 A。

11月3日，檢修人員在高壓室進(jìn)行#2主變10 kV側(cè)502開關(guān)柜母線室檢查時，發(fā)現(xiàn)5022隔離開關(guān)的B相靜觸頭觸指及鋼壓片散落在母線室柜體內(nèi)，并且有熔毀現(xiàn)象，其他兩相動觸棒有燒傷跡象。

檢查隔離開關(guān)動、靜觸頭，發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)動觸頭結(jié)構(gòu)完好，但動觸棒部分有熔毀現(xiàn)象，隔離開關(guān)靜觸頭結(jié)構(gòu)已破損，觸頭觸指、固定螺栓及鋼壓片部分有熔毀現(xiàn)象。

事故現(xiàn)場二：2017年12月25日，運行人員巡視測溫發(fā)現(xiàn)：110 kV XX站#1主變10 kV側(cè)5014大電流GN30隔離開關(guān)發(fā)熱，A相50.9 ℃，B相57.5 ℃，C相87.7 ℃，負(fù)荷電流1 619 A。

12月26日，變電站#1主變停電更換5014隔離開關(guān)，在停電操作過程中發(fā)現(xiàn)母線側(cè)5011隔離開關(guān)無法拉開，經(jīng)倒負(fù)荷停電后檢查發(fā)現(xiàn)5011隔離開關(guān)動觸棒、觸指均有熔毀現(xiàn)象。

2? ? 故障原因分析

2.1? ? GN30隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)原理

GN30隔離開關(guān)原理圖如圖1所示。隔離開關(guān)每相靜觸頭含8片觸指，兩兩一組分布在底座的兩側(cè)，共4組。觸指通過螺絲固定在隔離開關(guān)底座兩側(cè)。隔離開關(guān)位于合閘位置時，觸指的導(dǎo)電接觸面主要分為兩處，接觸面1是靜觸頭觸指與動觸頭觸棒之間的接觸，接觸面2是靜觸頭觸指與隔離開關(guān)底座之間的接觸。當(dāng)隔離開關(guān)處于合閘狀態(tài)時，觸指彈簧向觸指鎖片施加壓力，使靜觸頭觸指緊緊壓住動觸頭觸棒，形成有效的接觸。

2.2? ? 故障原因分析

兩起事故的設(shè)備都是GN30-10Q型大電流隔離開關(guān)，根據(jù)解體檢查情況，引起事故的原因都是隔離開關(guān)觸頭嚴(yán)重發(fā)熱。

對發(fā)生發(fā)熱故障的隔離開關(guān)單相主回路電阻進(jìn)行測試，均在110 μΩ左右，對沒有發(fā)生發(fā)熱故障的隔離開關(guān)單相主回路電阻進(jìn)行測試，均在20 μΩ左右。經(jīng)過分析測試、比較，發(fā)現(xiàn)造成回路電阻偏大的主要原因是該型隔離開關(guān)設(shè)計存在問題：

（1）隔離開關(guān)夾架采用鑄鐵材料，具有高導(dǎo)磁性，易產(chǎn)生渦流，造成發(fā)熱現(xiàn)象，負(fù)荷較大時發(fā)熱愈加嚴(yán)重。

（2）靜觸頭觸座只由一根螺栓固定在底座，在靜觸頭觸座受到水平方向上的力時，會產(chǎn)生相應(yīng)的力矩，導(dǎo)致接觸面接觸不良。

（3）靜觸頭每個的觸指對采用單獨螺栓連接的結(jié)構(gòu)存在隱患。當(dāng)發(fā)生動靜觸頭兩側(cè)接觸面的接觸電阻不相等時，會出現(xiàn)一部分電流從螺栓處分流，此時雖然電流很小，但是由于螺栓的電阻較大，螺栓也會出現(xiàn)發(fā)熱嚴(yán)重的現(xiàn)象。

（4）GN30隔離開關(guān)動、靜觸頭之間的連接處近似于線接觸，接觸面積小，局部區(qū)域接觸電阻大，容易造成發(fā)熱。

3? ? 整改措施及運維策略

3.1? ? 存量設(shè)備的整改措施

3.1.1? ? 材質(zhì)優(yōu)化

觸座及觸指改用高純度紫銅板材質(zhì)。在導(dǎo)體截面積相同的情況下，可以通過減小電阻率，來提高導(dǎo)體的通流能力，減少設(shè)備運行時的發(fā)熱量，從而達(dá)到降低溫升的目的;而且銅磁導(dǎo)率低，不易產(chǎn)生渦流。

所有導(dǎo)電件表面均應(yīng)用鍍覆厚銀工藝，電鍍銀層20 μm以上，由于銀的溫升裕度遠(yuǎn)高于紫銅，因此可以實現(xiàn)降低設(shè)備溫升的目的。

3.1.2? ? 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

原GN30型高壓隔離開關(guān)觸座為“工”字形，兩側(cè)使用鋼板夾緊固定。為增加觸座的散熱面積，以達(dá)到降低溫升的目的，將觸座改為雙“U”形結(jié)構(gòu)，如圖2所示，改進(jìn)后觸座的有效散熱面積得到大幅提升。

靜觸頭觸指由原浮動式改為固定式。改過后的固定式觸指為分體式結(jié)構(gòu)，由高純紫銅板彎制而成，觸指的結(jié)構(gòu)形式使得其在運行中有一定的形變裕度，同時磁鎖板施加壓力，能夠保證即使隔離開關(guān)經(jīng)過多次分合閘，靜觸頭觸指與動觸頭觸棒之間仍保持接觸良好。

3.2? ? 運維策略

通過對這兩起隔離開關(guān)發(fā)熱缺陷引起的故障的分析，筆者認(rèn)為加強(qiáng)10 kV大電流開關(guān)柜的運行維護(hù)管理，規(guī)范隔離開關(guān)的工程驗收、運行及維護(hù)，可以做好以下幾方面工作：

（1）改善現(xiàn)場隔離開關(guān)部件組裝工藝，開展隔離開關(guān)拼裝后的溫升抽查試驗。開展隔離開關(guān)現(xiàn)場組裝后的壓力測試，確認(rèn)隔離開關(guān)合閘后觸指與觸頭接觸力量足夠。

（2）結(jié)合停電對隔離開關(guān)開展例行檢查，重點關(guān)注是否合閘到位，各零部件有無脫落和松動，導(dǎo)電部位有無明顯的變色、過熱跡象，檢查瓷套是否有裂紋。

（3）對此類隔離開關(guān)在進(jìn)行分合閘操作時應(yīng)注意力度的把握。操作隔離開關(guān)時，應(yīng)先用緩慢合閘到動觸頭距離靜觸頭觸指5 cm左右，然后快速將隔離開關(guān)合上。

（4）做好事故處理方案和搶修預(yù)案。根據(jù)此類隔離開關(guān)的特點，做好該類設(shè)備事故的應(yīng)急處置方案，并對應(yīng)有效開展應(yīng)急演練工作。

（5）對大電流隔離開關(guān)應(yīng)用高壓柜母線室在線監(jiān)控和測溫裝置。高壓柜母線室在線監(jiān)控和測溫裝置主要包括攝像頭、溫度傳感器、無線傳輸裝置和處理器四部分，監(jiān)控組件的攝像頭和溫度傳感器對高壓柜母線室內(nèi)的情況進(jìn)行圖像、溫度的雙重監(jiān)控，并通過無線傳輸裝置傳輸至外部監(jiān)控設(shè)備的接收端，實現(xiàn)對高壓柜母線室一次設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)測區(qū)域溫度超過限定值時，以短信形式對運行人員進(jìn)行提醒。高壓柜母線室在線監(jiān)控和測溫裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，安裝方便，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能大大降低運行人員的工作強(qiáng)度，滿足實際運行要求。

4? ? 結(jié)語

本文結(jié)合兩起實例分析了高壓柜母線室GN30大電流隔離開關(guān)的故障原因，并介紹了該型隔離開關(guān)的整改措施，給出了大電流隔離開關(guān)運維策略，提出應(yīng)用高壓柜母線室在線監(jiān)控和測溫裝置對隔離開關(guān)進(jìn)行在線監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，以盡可能減少該類故障的發(fā)生。

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收稿日期：2019-11-06

作者簡介：劉星瑋（1996—），男，廣東江門人，變電檢修中級工，主要從事110 kV及以上變電站一次電氣設(shè)備的檢修、維護(hù)工作。

馮普?。?972—），男，廣東江門人，變電檢修高級技師，主要從事110 kV及以上變電站一次電氣設(shè)備的檢修、維護(hù)工作。