戶外隔離開關(guān)發(fā)熱分析及預(yù)防處理措施

朱善俊，張 健，弭 勇

（1.太原供電公司，山西 太原 030001；2.山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

戶外隔離開關(guān)發(fā)熱分析及預(yù)防處理措施

朱善俊1，張 健2，弭 勇2

（1.太原供電公司，山西 太原 030001；2.山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大以及狀態(tài)檢修的深入推行，戶外高壓隔離開關(guān)應(yīng)用數(shù)量越來越多，檢修機會卻越來越少。當(dāng)今社會供電負荷日益增加，因輸變電設(shè)備過熱而引起的停電事故時有發(fā)生，且發(fā)生頻率呈上升趨勢。詳細分析了戶外高壓隔離開關(guān)的發(fā)熱原因，并針對發(fā)熱安全隱患提出了完善化改造處理方法。

電網(wǎng)；戶外高壓隔離開關(guān)；發(fā)熱

0 引言

在高壓輸變電設(shè)備中，高壓隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中廣為應(yīng)用的一種變電設(shè)備，主要用來隔離高壓電源、通斷一定的小電流、保證安全檢修，通常與斷路器配合使用。戶外隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)和原理比較簡單，檢修一般隨主設(shè)備大修而進行，沒有固定的檢修周期。近年來，因戶外高壓隔離開關(guān)故障而引起的停電檢修不斷增加。一是由于電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，供電負荷不斷增加，因戶外高壓隔離開關(guān)過熱而引起的停電故障也不斷增加，嚴(yán)重的情況下會造成母線或線路故障；二是由于當(dāng)前狀態(tài)檢修的深入推進以及社會對供電可靠性要求的不斷提高，主設(shè)備的大修周期逐步延長，造成戶外高壓隔離開關(guān)檢修的機會越來越少。2011年1月—8月，某供電公司62座變電站共執(zhí)行檢修計劃167條，其中隔離開關(guān)檢修計劃64條，因受戶外高壓隔離開關(guān)發(fā)熱直接或間接影響而需要檢修的計劃49條，占76.56%，可見，戶外高壓隔離開關(guān)發(fā)熱已成為影響電力系統(tǒng)安全運行及供電可靠性的一個重要因素。

1 戶外高壓隔離開關(guān)發(fā)熱的原因分析

通過多年的調(diào)查分析和統(tǒng)計，戶外高壓隔離開關(guān)過熱缺陷主要發(fā)生在螺絲接觸部位、動靜觸頭接觸部位等處，而非其他導(dǎo)電部分。

1.1 產(chǎn)品質(zhì)量不佳

1.1.1 觸指和觸頭質(zhì)量不佳

一是為了降低成本，某些廠商生產(chǎn)的觸指、觸頭所采用的材料是雜銅，含銅純度達不到標(biāo)準(zhǔn)，造成導(dǎo)電率低；二是觸指、觸頭鍍銀層厚度、硬度達不到要求[1]，操作幾次就會出現(xiàn)鍍銀層磨損甚至脫落，出現(xiàn)露銅，使接觸電阻增大而發(fā)熱[2]。有些隔離開關(guān)在出廠時就帶有缺陷，比如閘口焊接工藝差，在檢修現(xiàn)場曾遇到過這樣的情況。

某變電站102-東隔離開關(guān)A相閘口發(fā)熱，見圖1。

圖1 102-東隔離開關(guān)A相可見光圖像

圖2 102-東隔離開關(guān)A相紅外圖像

經(jīng)過紅外測溫測得發(fā)熱相隔離開關(guān)溫度為84℃，其他兩相為25℃。紅外圖譜顯示發(fā)熱部分為隔離開關(guān)動觸頭觸指部分，見圖2。測試時外界條件為負荷電流500 A，環(huán)境溫度20℃，測試距離2.3m。

現(xiàn)場對A相隔離開關(guān)解體發(fā)現(xiàn)，拆除的彈簧已發(fā)生彎曲變形，見圖3，隔離開關(guān)閘口有一側(cè)開焊，見圖4，其他兩相也有虛接的現(xiàn)象。

圖3 拆除的彈簧

圖4 102-東隔離開關(guān)發(fā)熱相（A相）

1.1.2 觸指彈簧性能較差

在隔離開關(guān)中，觸指彈簧的作用一是保證觸頭與觸指接觸面之間有足夠的接觸壓力，二是固定觸指，它的性能對觸頭與觸指接觸的好壞有重要影響。隔離開關(guān)運行時，基本處于合閘狀態(tài)，此時觸指完全靠彈簧的拉緊來保證它與觸頭間有足夠的接觸壓力和較小的接觸電阻。如果彈簧質(zhì)量不佳，性能指標(biāo)達不到要求，長期處于拉伸狀態(tài)的彈簧則極容易產(chǎn)生疲勞，使接觸壓力減小，接觸電阻增大[1]，從而導(dǎo)致接觸處發(fā)熱而使溫度升高，進而使彈簧受熱，彈簧性能指標(biāo)繼續(xù)降低。如此循環(huán)，直至彈簧失去彈性[3]。這樣接觸電阻將更大，溫度升高速度加快，最終導(dǎo)致隔離開關(guān)觸頭燒損。

圖5所示的隔離開關(guān)為2006年8月沈陽高壓開關(guān)廠生產(chǎn)的ZH2-220DW型。2010年8月1日，某線路一隔離開關(guān)因C相嚴(yán)重過熱轉(zhuǎn)檢修時，發(fā)現(xiàn)8副觸指中1根拉簧已過熱脫扣，見圖5，兩付觸指不起作用，閘口導(dǎo)向滑桿與動觸頭間有明顯熔焊痕跡，見圖6；A、C相南側(cè)動觸頭沒有拔錐螺桿。

圖5 正常拉簧與異常拉簧對比

圖6 某隔離開關(guān)靜觸頭灼傷情況圖

經(jīng)分析認為造成閘口過熱的過程首先應(yīng)為動靜觸頭間過熱，熱量達到一定程度后造成觸指拉簧脫扣，使得整體觸指壓緊力變小，電阻增大；由于導(dǎo)向滑桿與動觸頭互相接觸，電流流經(jīng)導(dǎo)向滑桿，使得導(dǎo)向滑桿與動觸頭間過熱、熔焊。

1.2 安裝調(diào)整不到位

安裝調(diào)整過程處理不當(dāng)。常見現(xiàn)象有觸頭安裝調(diào)整不到位，具體表現(xiàn)為插入深度不夠、偏離正常接觸位置、觸指虛接觸、接觸壓力小等，這些都容易產(chǎn)生觸頭過熱、燒損。

安裝調(diào)整細節(jié)處理不當(dāng)。包括螺栓未壓緊、接觸面有臟物、鍍銀層脫落，或者接觸面受雨水或塵埃侵蝕產(chǎn)生氧化，銅鋁接觸處的處理不當(dāng)，發(fā)生電化腐蝕，使接觸電阻增大，造成聯(lián)接處過熱，并且隨著溫度升高，氧化反應(yīng)加快，電化腐蝕作用加強，接觸電阻越來越大，過熱更加嚴(yán)重，產(chǎn)生不良后果。

1.3 運行操作不當(dāng)

2011年3月9 號，運行人員報告某隔離開關(guān)發(fā)熱，在檢修過程中，檢修人員發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)機構(gòu)傳動軸卡澀，分合閘困難。經(jīng)過了解，運行人員長期操作不當(dāng)，造成主刀垂直拉桿變形、C相水平拉桿扭曲，C相觸頭接觸不到位，引起發(fā)熱。

理論上講，開合母線轉(zhuǎn)換電流或其他小電流時，觸頭會產(chǎn)生電弧從而使接觸面燒損。如果有多次操作不當(dāng)，觸指會因受到過大撞擊而變形，造成接觸不良，產(chǎn)生發(fā)熱。

1.4 維護不合理

大修時沒有按照要求對隔離開關(guān)閘口進行解體檢查，對隔離開關(guān)插入深度沒有足夠關(guān)注，沒有檢查內(nèi)置彈簧的銹蝕程度。

在北方地區(qū)，通常會在動、靜觸頭接觸面上涂導(dǎo)電膏或工業(yè)凡士林以減少摩擦或防止氧化[4]，這樣做會使油脂粘附沙塵而變干，造成觸頭運動阻力增大甚至接觸面磨損，加劇其接觸不良。

2 解決戶外高壓隔離開關(guān)過熱問題的對策

針對戶外高壓隔離開關(guān)過熱問題，可以從以下幾方面采取防范對策。

2.1 嚴(yán)把訂貨質(zhì)量關(guān)

a）嚴(yán)把設(shè)計選型、安裝工藝關(guān)。新建的變電站中應(yīng)采用新型設(shè)計和合理結(jié)構(gòu)的隔離開關(guān)，逐步淘汰老式隔離開關(guān)。安裝時應(yīng)注意安裝工藝，提高接觸效果，降低接觸電阻。

b）采購隔離開關(guān)的觸頭、觸指備件時，要明確技術(shù)條件，嚴(yán)把招標(biāo)關(guān)，采購合格的觸頭、觸指。

c）在觸指末端與觸座之間增加軟聯(lián)接，提高導(dǎo)電可靠性。采用不銹鋼彈簧，避免生銹腐蝕。

d）隔離開關(guān)的動、靜觸頭接觸面鍍銀層厚度和硬度基本要求：厚度≥20μm，硬度≥120HV。

e）防止發(fā)生接觸腐蝕。對固定導(dǎo)電元件的緊固件，由于銅、銅鍍銀或鋅組成的接觸面受潮后將引起接觸腐蝕[5]，應(yīng)采用不銹鋼或黃銅件，避免采用鍍鋅件。

f）一般來說，戶外高壓隔離開關(guān)的工作電流達到其額定電流的70%左右會發(fā)生過熱。因此，所選定的隔離開關(guān)額定電流裕度必須大一點。

2.2 確保安裝和維護及檢修質(zhì)量

a）隔離開關(guān)的大修及小修要按周期進行，檢修試驗項目檢修到位、試驗到位。重點檢修試驗項目包括回路電阻測量、接觸電阻測量、彈簧檢查，及時更換不合格的元件。檢修時除更換失去彈力和斷裂的彈簧外，還應(yīng)該更換那些彈力降低的彈簧。

b）使用二硫化鉬潤滑筆代替工業(yè)凡士林或?qū)щ姼?。減少接觸面磨損，不需要附加油脂潤滑，這樣做灰塵或沙土不容易附著在觸頭表面，能保證長時間接觸良好，減少維護工作量。

c）接觸面要互相壓緊。裝配之前，固定接觸聯(lián)接要用干凈抹布拭去接觸面上的污物。為防止氧化，在接觸面上先涂一層導(dǎo)電膏，然后用螺栓固定，再用干凈抹布浸汽油后擦去擠出來的油膏，最后用防水膠或漆封蓋周邊縫隙，防止雨水潮氣滲入或者發(fā)熱時油膏滲出，保持接觸面干燥清潔。

d）檢查導(dǎo)電回路各部位有無過熱現(xiàn)象。對于過渡接觸部位的接觸面應(yīng)解體檢查。對于固定接觸部位的接觸面應(yīng)檢查是否良好，緊固螺栓應(yīng)受力均勻。

e）調(diào)整檢查觸頭彈簧。對銹蝕嚴(yán)重、退火變形或失去彈性的觸指彈簧應(yīng)予以更換。調(diào)整過渡觸頭、主觸頭的彈簧壓縮量，確保觸頭有足夠的接觸壓力。

f）整體檢修后，為檢查動靜觸頭接觸情況，進行多次分合操作，不出現(xiàn)合不到位或彈跳等異?，F(xiàn)象。為保證動靜觸頭接觸良好，應(yīng)配合調(diào)整傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角度及分合閘限位等。

2.3 規(guī)范運行操作

隔離開關(guān)運行操作要到位、準(zhǔn)確。操作隔離開關(guān)時，注意觀察隔離開關(guān)傳動系統(tǒng)及導(dǎo)電桿的運動，避免因用力不當(dāng)損傷隔離開關(guān)動靜觸頭。分合閘手動操作要迅速，盡量減少燃弧時間，以減少電弧燒損。電動操作的隔離開關(guān)在分合閘時應(yīng)盡量采用電動操作方式。

隔離開關(guān)操作完畢后，現(xiàn)場仔細檢查隔離開關(guān)的實際位置，動靜觸頭接觸情況。合閘后，動、靜觸頭間有異常情況（接觸不良或放電等）時，需馬上拉開隔離開關(guān)檢查觸頭情況，確定沒有影響安全的異常情況后，可再合分幾次，以破壞動靜觸頭接觸面上的氧化層。在確認接觸良好的情況下將隔離開關(guān)合上，繼續(xù)進行其他操作。

2.4 加強日常維護

a）變電站運行人員應(yīng)加強對隔離開關(guān)的巡視。使用紅外測溫儀等先進設(shè)備檢查發(fā)熱情況，記錄負荷電流、天氣狀況分析判斷是否過熱，在氣候突變時應(yīng)進行特巡。一旦發(fā)現(xiàn)過熱情況，應(yīng)立即采取措施。

b）加快老舊設(shè)備改造步伐，改造更換老舊的隔離開關(guān)，以徹底解決導(dǎo)電回路過熱的缺陷。

3 結(jié)束語

隔離開關(guān)進行完善化改造是解決隔離開關(guān)過熱的根本途徑，因此，要加快戶外高壓隔離開關(guān)完善化進程，采用完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計，選用優(yōu)質(zhì)的元件和材料，采取先進的制造技術(shù)，加大舊設(shè)備改造力度；同時，完善發(fā)熱監(jiān)測手段，采用先進儀器，防患于未然，制訂完整的運行、操作、檢修、維護規(guī)章制度，從源頭上把控隔離開關(guān)發(fā)熱現(xiàn)象的出現(xiàn)。

［1］ 羅曉東.GW5型戶外式隔離開關(guān)發(fā)熱原因分析及處理［J］.大眾用電，2007（04）：34-35.

［2］ 查清華，張航.戶外高壓隔離開關(guān)的完善改進［J］.電工技術(shù)，2011（05）:54-56.

［3］ 魏遠航.戶外高壓隔離開關(guān)存在問題和改進措施［J］.廣東電力，2001（03）:71-73.

［4］ 楊晉湘.對6kV隔離開關(guān)發(fā)熱的反思［J］.大眾用電，2005（06）:39.

［5］ 柳建平.GW4型高壓隔離開關(guān)過熱問題分析及解決措施［J］.電力安全技術(shù)，2010（04）:52-53.

The Analysis and Preventive Treatment Measures of Outdoor Disconnecting Switch Overheating

ZHU Shan-jun1，ZHANG Jian2，M IYong2
（1.Taiyuan Power Supp ly Com pany，Taiyuan,Shanxi 030001，China；2.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

With constant expansion of power grid and in-depth implementation of condition-based maintenance,the number of outdoor high-voltage disconnecting switch applied is increasing while less maintaining work is done.Nowadays,power load is increasing，thus，power blockage caused by overheating usually occurs,and the trend tends to go upward.The article focuses on the causes of outdoor high-voltage disconnecting switch overheating and proposes corresponding treatment.

power grid；outdoor high-voltage disconnecting switch；heating

TM564.1

B

1671-0320（2012）04-0022-04

2012-03-27，

2012-06-25

朱善?。?981-），男，山西翼城人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事變電檢修工作；

張 ?。?981-），男，山西陽城人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電機與電器專業(yè)，碩士，工程師，從事電氣設(shè)備特殊試驗等工作；

弭 勇（1980-），男，山東濟南人，2006年畢業(yè)于太原理工大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè)，碩士，工程師，從事電力工程管理等工作。