110 kV變電站高壓隔離開(kāi)關(guān)無(wú)法分閘的故障處理

聶 珥

廣西桂東電力股份有限公司供電公司，廣西 賀州 542813

0 引言

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，允許用高壓隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行下列操作：拉合正常運(yùn)行的PT和避雷器，拉合正常運(yùn)行的主變中心點(diǎn)刀閘，拉合小電流環(huán)路均衡電流等。高壓隔離開(kāi)關(guān)是一種不具有滅弧功能的電氣元件，因此只有在開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)時(shí)才可以操作，否則若開(kāi)關(guān)正常運(yùn)行或斷路器處于合閘狀態(tài)時(shí)，操作隔離開(kāi)關(guān)，也就是帶負(fù)荷拉合隔離開(kāi)關(guān)，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)力的電火花，嚴(yán)重時(shí)可造成相間短路，損壞設(shè)備，甚至危及人身安全。

若隔離開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭之間應(yīng)該有明顯可靠的斷開(kāi)或滿(mǎn)足隔離距離；若隔離開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)，能夠可靠地通過(guò)正常負(fù)荷電流和短路電流。隔離開(kāi)關(guān)主要用于更可靠地隔離高壓帶電部分，與高壓電源或母線(xiàn)之間有一個(gè)明確的分離點(diǎn)，以確保線(xiàn)路檢修有可靠的安全保障[1]。高壓隔離開(kāi)關(guān)還能夠配合變電站輸電線(xiàn)路進(jìn)行刀閘操作，進(jìn)而改變變電站的運(yùn)行方式。例如，對(duì)于雙母線(xiàn)運(yùn)行的變電站線(xiàn)路，可以通過(guò)母聯(lián)斷路器及母聯(lián)斷路器兩側(cè)的高壓隔離開(kāi)關(guān)，將運(yùn)行中的母線(xiàn)倒換至備用母線(xiàn)，或?qū)⑦\(yùn)行母線(xiàn)的電氣元件倒換至另一條母線(xiàn)中運(yùn)行。但是，正因?yàn)檫@種頻繁的倒閘操作，在操作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)高壓隔離開(kāi)關(guān)無(wú)法分合閘的故障發(fā)生，需要針對(duì)無(wú)法分合閘不同類(lèi)型的故障加以排查分析，若存在隔離開(kāi)關(guān)本體缺陷，需進(jìn)行改進(jìn)。

1 隔離開(kāi)關(guān)的特征

一般情況下，在斷路器的前后兩側(cè)各安裝一組隔離開(kāi)關(guān)，并形成明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，一方面保障安全，另一方面便于檢修。出線(xiàn)柜通過(guò)開(kāi)關(guān)柜從上母線(xiàn)向下供電。斷路器前面的隔離開(kāi)關(guān)主要用來(lái)隔離電源。然而，有時(shí)也可能在斷路器后面輸入電源，如通過(guò)其他回路和電容器反向傳輸。因此，斷路器后面也需要一組隔離開(kāi)關(guān)。

某110 kV變電站選取型號(hào)為GW16B/17B-252的高壓隔離開(kāi)關(guān)，其隔離開(kāi)關(guān)技術(shù)規(guī)范如表1所示。

表1 GW16B/17B-252型隔離開(kāi)關(guān)技術(shù)規(guī)范表

此隔離開(kāi)關(guān)是供110 kV變電站線(xiàn)路在無(wú)載流情況下進(jìn)行倒閘，對(duì)被檢修的線(xiàn)路元件與帶電線(xiàn)路進(jìn)行電氣隔離的三極戶(hù)外高壓設(shè)備。該隔離開(kāi)關(guān)具有結(jié)構(gòu)精巧、耐氧化性強(qiáng)、操作穩(wěn)定、抗震能力強(qiáng)等特點(diǎn)。隔離開(kāi)關(guān)的機(jī)械觸頭系統(tǒng)為簡(jiǎn)單的單臂彎曲式，傳輸部件固定在導(dǎo)電管內(nèi)部，以避免外部環(huán)境的干擾[2]。在導(dǎo)電管內(nèi)部裝有一對(duì)平衡元件的彈簧和一組夾緊彈簧，前者的作用是保證隔離開(kāi)關(guān)在分、合閘時(shí)具有可靠的平衡穩(wěn)定性，后者的作用是保證夾緊結(jié)構(gòu)具有一定的夾緊力。

隔離開(kāi)關(guān)通常布置于戶(hù)外，會(huì)受到外界因素的影響，如風(fēng)力、地震等，因此在本體上安裝有一脫扣裝置，用來(lái)保證隔離開(kāi)關(guān)合閘的可靠性和工作的穩(wěn)定性。隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)的導(dǎo)電管采用鋁合金材質(zhì)，并在其動(dòng)、靜觸頭鍍銀或金，保證旋轉(zhuǎn)接頭具有一定的耐磨性、機(jī)械穩(wěn)定性和電氣穩(wěn)定性等。該隔離開(kāi)關(guān)上的接地開(kāi)關(guān)為單臂擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，在合閘操作時(shí)，移動(dòng)式動(dòng)觸點(diǎn)先旋轉(zhuǎn)，然后垂直向上插入靜態(tài)觸點(diǎn)，以避免觸頭反彈或跳動(dòng)，保證合閘可靠并有相同的動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定性電流值。

2 隔離開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)動(dòng)作原理

隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程包括兩部分，即彎曲動(dòng)作和加緊動(dòng)作[3]。

2.1 彎曲動(dòng)作

由水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)引導(dǎo)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)瓷瓶上的一對(duì)齒輪，在驅(qū)動(dòng)作用下，讓兩套四連桿做平面移動(dòng)，讓下部的導(dǎo)電管執(zhí)行正向轉(zhuǎn)動(dòng)合閘、逆向轉(zhuǎn)動(dòng)分閘的操作，操作螺桿頂部的鉸接執(zhí)行桿也就相對(duì)于讓下部導(dǎo)電管產(chǎn)生軸向位移。鉸接執(zhí)行桿上端又與齒輪鏈條相連接，在鉸接執(zhí)行桿操作時(shí)帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，并同時(shí)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使固定在齒輪軸上的上部導(dǎo)電管相對(duì)于下部導(dǎo)電管做伸直（閉合）或彎曲（開(kāi)啟）的移動(dòng)。此外，在操作螺桿頂部的鉸接執(zhí)行桿軸向移動(dòng)的同時(shí)，導(dǎo)電管內(nèi)部的平衡元件的彈簧也在不斷地做儲(chǔ)能和釋放能量的工作，以更好地平衡重型制動(dòng)扭矩，保證整個(gè)操作過(guò)程的平穩(wěn)動(dòng)作[4]。

2.2 加緊動(dòng)作

當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)從分閘位置向合閘方向移動(dòng)并接近合閘位置（即將拉直）時(shí)，齒輪就會(huì)與齒輪箱上的傾斜平面吻合，并繼續(xù)沿傾斜平面移動(dòng)。這時(shí)與齒輪鏈條相連的鉸接執(zhí)行桿操桿在回位彈簧的反作用力驅(qū)使下向前移動(dòng)。同時(shí)，動(dòng)觸頭座中的機(jī)構(gòu)將手柄頂桿向前移動(dòng)的動(dòng)作轉(zhuǎn)化為接觸指的加緊動(dòng)作。當(dāng)靜態(tài)觸頭桿被夾住后，齒輪在齒輪箱上的傾斜平面向上移動(dòng)些許距離就能達(dá)到完全伸直的合閘狀態(tài)。此時(shí)，導(dǎo)電管內(nèi)部裝有的夾緊彈簧被再次壓縮并作用在手柄頂桿上，以保證頂桿有一個(gè)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)力，讓接觸指在靜桿上始終保持有可靠、恒定的夾緊力。在執(zhí)行隔離開(kāi)關(guān)分閘操作時(shí)，齒輪就會(huì)在齒輪箱上繼續(xù)沿傾斜平面向外移動(dòng)，直至與斜面分離。此時(shí)，在回位彈簧的作用下，手柄頂桿拉動(dòng)接觸指，以“V”形打開(kāi)。

3 案例分析

3.1 故障現(xiàn)象及分析

某年在執(zhí)行該110 kV變電站倒閘操作時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中某臺(tái)高壓隔離開(kāi)在分閘時(shí)無(wú)法分開(kāi)。隨即分別對(duì)接地系統(tǒng)、主導(dǎo)電系統(tǒng)、機(jī)械連鎖裝置、上下導(dǎo)電管、電動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行全面排查，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的傳動(dòng)齒輪損壞，軸銷(xiāo)、接頭等元件出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，運(yùn)行和檢修人員將缺陷上報(bào)，后期根據(jù)年度檢修計(jì)劃采取措施消缺。

3.2 改進(jìn)方案

（1）附屬部件改進(jìn)。軸銷(xiāo)、接頭等元件改為優(yōu)質(zhì)不銹鋼材質(zhì)，保證這些元件長(zhǎng)期工作不銹蝕。選用耐腐蝕的石墨套和復(fù)合軸套，降低軸與套之間的摩擦系數(shù)，提高傳動(dòng)效率[5]。外露黑色金屬件全部采用熱鍍鋅處理，提高其防腐性能。實(shí)踐證明，熱鍍鋅處理適合戶(hù)外運(yùn)行。

（2）電動(dòng)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)。該高壓隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)由原來(lái)CJ7A改為CJ11。改造后的CJ11電動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)物圖如圖1所示。

（3）全新型式的輔助開(kāi)關(guān)。輔助開(kāi)關(guān)是電動(dòng)機(jī)構(gòu)中提供分、合信號(hào)的重要二次元件，一旦分、合失靈，將無(wú)法提供正確的分、合信號(hào)，電動(dòng)機(jī)構(gòu)則無(wú)法正常操作。該輔助開(kāi)關(guān)采用的是國(guó)際上先進(jìn)的凸輪推動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)的機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)，分合切換不會(huì)失靈，且轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

（4）電動(dòng)機(jī)的控制。機(jī)構(gòu)分、合后，首先由輔助開(kāi)關(guān)切斷電動(dòng)機(jī)電源。如果輔助開(kāi)關(guān)失靈，則由裝于分、合兩側(cè)的終止行程開(kāi)關(guān)切斷電動(dòng)機(jī)電源。若行程開(kāi)關(guān)失靈，則由裝于分、合兩側(cè)的機(jī)械限位裝置，經(jīng)熱繼電器切斷電動(dòng)機(jī)電源[6]。三重保護(hù)，確保機(jī)構(gòu)分、合后電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，避免電動(dòng)機(jī)構(gòu)失控造成隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械損傷。

（5）機(jī)械傳動(dòng)方式。該傳動(dòng)方式采用蝸輪式連桿。蝸輪式連桿及其他減速元件經(jīng)過(guò)精確加工，密封在一個(gè)鋁合金箱內(nèi)。此機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、無(wú)沖擊。

（6）二次系統(tǒng)。控制面板布置合理、美觀(guān)，采用可開(kāi)閉的門(mén)式結(jié)構(gòu)，便于接線(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)維修，確保二次系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。

（7）箱體密封。機(jī)構(gòu)箱門(mén)采用氣囊式密封，箱門(mén)及頂蓋采用2.5 mm厚不銹鋼板，箱體采用2 mm厚不銹鋼板，使箱體具有良好的防風(fēng)沙和防腐性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

該110 kV變電站某隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)總結(jié)了多年來(lái)隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行中的故障經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)為平高公司生產(chǎn)的CJ11電動(dòng)機(jī)構(gòu)，該電動(dòng)機(jī)構(gòu)是獨(dú)立開(kāi)發(fā)研制的新型蝸輪蝸桿式電動(dòng)機(jī)構(gòu)。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝等方面克服了以往電動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷，具有動(dòng)作可靠性高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高、無(wú)慣性沖擊、噪聲小、通用性強(qiáng)、外形美觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)。該電動(dòng)機(jī)構(gòu)除可進(jìn)行近控、遠(yuǎn)控電動(dòng)操作外，還可以手動(dòng)操作。在額定負(fù)荷下，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，可執(zhí)行上萬(wàn)次的機(jī)械操作。