GN30-4000大電流隔離開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)缺陷分析

王偉，呂強(qiáng)，陳尚選，吳昆泰，黃石華

GN30-4000大電流隔離開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)缺陷分析

王偉，呂強(qiáng)，陳尚選，吳昆泰，黃石華

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司清遠(yuǎn)供電局，廣東 清遠(yuǎn) 511000）

近年來(lái)，隨著中國(guó)電力需求的逐步增加，電力系統(tǒng)中逐步引入了各種先進(jìn)的電力設(shè)備與設(shè)施，比如GN30隔離開(kāi)關(guān)，雖然GN30隔離開(kāi)關(guān)能夠在電力系統(tǒng)中發(fā)揮其結(jié)構(gòu)緊湊、安裝便捷、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但是，GN30-4000大電流隔離開(kāi)關(guān)由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，溫度會(huì)嚴(yán)重升高，導(dǎo)致整個(gè)電力設(shè)備運(yùn)行中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。基于此，分析了GN30-4000大電流隔離開(kāi)關(guān)存在的結(jié)構(gòu)缺陷，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，有利于發(fā)揮大電流隔離開(kāi)關(guān)的性能優(yōu)勢(shì)。

GN30-4000大電流；隔離開(kāi)關(guān)；結(jié)構(gòu)缺陷；改進(jìn)措施

近年來(lái)，隨著生產(chǎn)生活中用電負(fù)荷的逐年增長(zhǎng)，各個(gè)電力系統(tǒng)必須在傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與優(yōu)化。高壓開(kāi)關(guān)柜在電力系統(tǒng)中的普遍應(yīng)用雖然滿足了電力負(fù)荷增長(zhǎng)的需求，但是，使用過(guò)程中也常常存在著各種故障，導(dǎo)致GN30-4000大電流隔離開(kāi)關(guān)發(fā)生故障的概率很高。GN30-4000大電流隔離開(kāi)關(guān)的使用過(guò)程中，一旦運(yùn)行電流超過(guò)了其額定電流，結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)溫度異常升高，進(jìn)而存在安全隱患。因此，必須要針對(duì)大電流隔離開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

1 GN30型隔離開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)及其原理

GN30型隔離開(kāi)關(guān)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，每相的靜觸頭內(nèi)都包含了8片觸指，4對(duì)并列排布于底座的兩邊位置。1對(duì)觸指主要為左觸指與右觸指，為發(fā)揮其在隔離開(kāi)關(guān)中的作用，在安裝時(shí)需通過(guò)緊固螺栓的方式將該觸指分別固定于底座的兩邊位置[1]。當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)時(shí)，觸指的電接觸主要包含了接觸1與洞觸間的接觸、接觸面2與底座間的接觸。當(dāng)?shù)堕l處于合位狀態(tài)下時(shí)，觸指彈簧能夠?yàn)橛|指鎖片提供一定的壓力，使觸指能夠壓緊刀閘的動(dòng)觸頭，保障良好的接觸效果。GN30型隔離開(kāi)關(guān)的特殊結(jié)構(gòu)使得其在使用過(guò)程中，每片觸指所承擔(dān)的電流大大降低，電流的分配更為均勻，進(jìn)而使得接觸面積進(jìn)一步增大，保障良好的散熱效果，最大程度上減小隔離開(kāi)關(guān)使用中的熱損耗，保證開(kāi)關(guān)的正常使用。

2 GN30-4000大電流隔離開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)缺陷

2.1 觸頭部分

對(duì)于GN30-4000大電流開(kāi)關(guān)而言，其總體設(shè)計(jì)為雙斷口旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，在每相上、下都分別存在一個(gè)靜觸頭。觸頭主要包含了工字形底座、8片導(dǎo)電觸片、磁鎖板，在連接過(guò)程中，主要采用的是螺栓與彈簧的活動(dòng)壓力連接方式。觸頭導(dǎo)電回路的活動(dòng)連接部分，主要為觸片凸點(diǎn)與工字形底座凹孔的活動(dòng)式接觸、動(dòng)導(dǎo)電筒與靜觸頭間距設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的配合。當(dāng)處于合閘狀態(tài)下時(shí)，動(dòng)導(dǎo)電筒將會(huì)向兩側(cè)將觸片推開(kāi)，而此情況下會(huì)對(duì)觸頭壓力彈簧的接觸壓力產(chǎn)生一定的壓縮作用，此時(shí)，觸片與導(dǎo)電筒之間在壓力彈簧的作用下能夠保持線性接觸的狀態(tài)[2]。在這種結(jié)構(gòu)特征下，活動(dòng)接觸點(diǎn)的數(shù)量相對(duì)較多，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的過(guò)程中，活動(dòng)接觸部分往往會(huì)存在氧化積塵的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致接觸電阻增大，引發(fā)運(yùn)行事故。這種觸頭結(jié)構(gòu)下，觸指的截面相對(duì)較小，導(dǎo)流能力較差，緊固件多為導(dǎo)磁材料，極易引發(fā)渦流發(fā)熱現(xiàn)象，而觸頭座對(duì)導(dǎo)流過(guò)程的參與，使得設(shè)備本身的散熱能力極差[3]。

圖1 GN30型隔離開(kāi)關(guān)原理圖

每對(duì)觸指的連接都是經(jīng)由螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種情況下，就會(huì)使得隔離開(kāi)關(guān)存在一定的安全威脅。比如，當(dāng)動(dòng)靜觸頭間的壓力相對(duì)較小時(shí)，就會(huì)使得兩邊接觸電阻不相同，最終導(dǎo)致在隔離開(kāi)關(guān)的使用過(guò)程中，部分電流會(huì)經(jīng)由螺栓分流。此外，螺栓特殊的材質(zhì)與構(gòu)成使得其本身的導(dǎo)電性能極差，再加上在螺栓與靜觸頭底座的連接往往是由彈簧實(shí)現(xiàn)的，導(dǎo)致二者之間存在較大的接觸電阻，即使在電流相對(duì)較小的情況下，螺栓的溫度也會(huì)急劇升高，發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重。而螺栓發(fā)熱會(huì)直接造成接頭發(fā)熱，當(dāng)在溫度較高的情況下時(shí)，螺栓與彈簧難以維持其原有的機(jī)械性能，最終會(huì)導(dǎo)致靜觸頭的夾緊力大大降低，引發(fā)更為嚴(yán)重的發(fā)熱問(wèn)題，甚至?xí)斐啥搪返仁鹿蔥4]。

2.2 框架部分

GN30-4000大電流隔離開(kāi)關(guān)的框架結(jié)構(gòu)相對(duì)特殊，開(kāi)關(guān)框架主要為普通鋼板材料，而開(kāi)關(guān)夾架主要為鑄鐵材料，這些材料的導(dǎo)磁性相對(duì)較好，導(dǎo)致在開(kāi)關(guān)的使用過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)渦流，最終引發(fā)安全事故。從當(dāng)前市場(chǎng)上大部分GN30型隔離開(kāi)關(guān)的情況來(lái)看，其觸指鎖片多為普通鋼材與鐵片材料，這些材料在受熱狀態(tài)下彈性下降得很快。渦流發(fā)熱情況下，隔離開(kāi)關(guān)在使用的過(guò)程中，周邊的熱量大量積聚難以散發(fā)，觸頭發(fā)熱會(huì)加速觸頭的融化[5]。

3 大電流隔離開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

針對(duì)當(dāng)前GN30-4000大電流隔離開(kāi)關(guān)存在的結(jié)構(gòu)缺陷，要保障隔離開(kāi)關(guān)能夠在使用的過(guò)程中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，相關(guān)人員必須要結(jié)合結(jié)構(gòu)特征、結(jié)構(gòu)缺陷所造成的不利影響，進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與改進(jìn)，結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要從以下方面來(lái)進(jìn)行：①對(duì)于隔離開(kāi)關(guān)內(nèi)所涉及的所有的緊固件，都需要結(jié)合開(kāi)關(guān)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的需求選用特定材料的緊固件，比如選用304不銹鋼材質(zhì)的緊固件。②將T2電解銅板作為導(dǎo)電回路主體，用這種導(dǎo)電回路主體來(lái)取代原有的鑄銅工字形底座，這樣能夠進(jìn)一步提高本身的導(dǎo)流能力，降低導(dǎo)流能力不足所造成的安全事故威脅。③動(dòng)觸頭的使用過(guò)程中，同樣需進(jìn)行相應(yīng)的材料控制，比如，可以采用99.9%的電解銅，并保證其一體成型效果，提升其本身的導(dǎo)流能力。④適當(dāng)增大動(dòng)觸指的導(dǎo)電截面，使得在隔離開(kāi)關(guān)的使用過(guò)程中觸片的載流截面能夠符合開(kāi)關(guān)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。⑤替代原有的底座，采用鋁合金底座，并使得該底座不參與導(dǎo)流過(guò)程。必要情況下在底座上設(shè)置多個(gè)散熱孔，并保障這些散熱孔能夠保持上下貫通的狀態(tài)。這些散熱孔能使隔離開(kāi)關(guān)在運(yùn)行與使用過(guò)程中具有較好的散熱能力與特性，通過(guò)散熱效率的提升，能夠進(jìn)一步優(yōu)化隔離開(kāi)關(guān)的整體性能，延長(zhǎng)其使用壽命，避免隔離開(kāi)關(guān)發(fā)熱所造成的事故。⑥靜觸頭總體上采用銅熱熔工藝壓接一體成型，這樣能夠進(jìn)一步保障導(dǎo)電觸指的靈活性，使得在隔離開(kāi)關(guān)的使用過(guò)程中，導(dǎo)電觸指能夠隨著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，發(fā)揮導(dǎo)電觸指在隔離開(kāi)關(guān)使用過(guò)程中的靈活調(diào)整性、導(dǎo)電性等優(yōu)勢(shì)。此外，在結(jié)構(gòu)改進(jìn)過(guò)程中，要取消原有的活動(dòng)連接方式，簡(jiǎn)化整個(gè)結(jié)構(gòu)，減小8個(gè)接觸發(fā)熱點(diǎn)，使得在隔離開(kāi)關(guān)的使用過(guò)程中，能夠保持穩(wěn)定、安全的運(yùn)行狀態(tài)，避免開(kāi)關(guān)使用中的大幅度溫升現(xiàn)象。⑦合閘限位設(shè)計(jì)改進(jìn)。在隔離開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需結(jié)合開(kāi)關(guān)運(yùn)行的具體情況，保障合閘限位設(shè)計(jì)的科學(xué)性，避免合閘限位設(shè)計(jì)不當(dāng)所引發(fā)的短路、爆炸等事故。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著大電流隔離開(kāi)關(guān)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，雖然其應(yīng)用滿足了電力負(fù)荷日益增大的需求，但是，由于隔離開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的特殊性，再加上存在一定的結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致在開(kāi)關(guān)的使用過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)異常發(fā)熱的情況，最終將會(huì)造成嚴(yán)重的事故。因此，必須要進(jìn)行隔離開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高隔離開(kāi)關(guān)使用的安全性。

［1］蘇全，賀光晏，陳壁署.一種大電流隔離開(kāi)關(guān)金屬連接面表面狀態(tài)分析［J］.廣東科技，2018，27（11）：81-84.

［2］宋慶.10 kV開(kāi)關(guān)柜GN30型隔離開(kāi)關(guān)故障多發(fā)原因分析及改進(jìn)［J］.通訊世界，2016（5）：101-102.

［3］郭躍東，郭小嫻，郭麗華.10 kV開(kāi)關(guān)柜多點(diǎn)發(fā)熱的原因分析及防范措施［J］.電世界，2019，6（2）：25-26.

［4］肖麗雄，李燕梅.10 kV GN30型隔離開(kāi)關(guān)事故分析及處理［J］.設(shè)備管理與維修，2018（21）：39-40.

［5］高小明.GN30型隔離開(kāi)關(guān)發(fā)熱故障分析及處理［J］.電工技術(shù)，2016（2）：33-34.

TM591

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.053

2095－6835（2020）13－0130－02

〔編輯：王霞〕