高壓隔離開關(guān)電觸頭性能改善方法分析

劉文俊，金海川，陳佳雪

國網(wǎng)吳忠供電公司變電運維室，寧夏吳忠 751100

高壓隔離開關(guān)電觸頭性能改善方法分析

劉文俊，金海川，陳佳雪

國網(wǎng)吳忠供電公司變電運維室，寧夏吳忠 751100

在電力系統(tǒng)中，高壓隔離開關(guān)是一個關(guān)鍵設(shè)備，一方面其能夠?qū)€路和設(shè)備起到隔離作用，另一方面能夠在無負荷條件下完成切換線路動作，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。隨著高壓輸電線路建設(shè)規(guī)模的擴大，電力系統(tǒng)對高壓隔離開關(guān)電觸頭性能提出了更高要求。本文分析了高壓隔離開關(guān)電觸頭故障及原因，并提出了性能改善方法。

高壓隔離開關(guān)；電觸頭；性能；改善方法

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國電力事業(yè)逐漸走向繁榮，高壓線路在電網(wǎng)中占據(jù)著越來越重要的位置。隔離開關(guān)的性能會對高壓線路穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，而其運行環(huán)境大多數(shù)都是比較惡劣，相當一部分組件都裸露在外，觸頭容易被氧化，再加上隔離開關(guān)的操作次數(shù)非常頻繁，容易出現(xiàn)銹蝕或者裂紋等問題，導(dǎo)致局部電阻過大，影響整個電網(wǎng)的安全性，如何改善高壓隔離開關(guān)的觸頭性能是所有電力企業(yè)需要思考的問題。

1 高壓隔離開關(guān)電觸頭故障及原因分析

1.1 故障類型

隔離開關(guān)大多數(shù)都裸露在戶外，因此其在運行過程中比較容易受到戶外環(huán)境的影響，使用一段時間后會發(fā)現(xiàn)電觸頭性能明顯下降，容易出現(xiàn)故障。統(tǒng)計研究表明，高壓隔離開關(guān)缺陷中，大多數(shù)都是發(fā)熱缺陷，而大多數(shù)觸頭故障都是由觸頭過熱或者是觸指銀層脫落引起的，具體體現(xiàn)在以下幾方面：觸頭銀層耐磨性比較差，使用一段時間以后動靜觸頭就會被嚴重磨損，導(dǎo)致接觸電阻增加，于是使用頻率越高，觸頭發(fā)熱現(xiàn)象就會越明顯，最終導(dǎo)致回路過熱，超出線路承受范圍以后，就會引發(fā)故障，嚴重者還會導(dǎo)致整個線路癱瘓。由于我國在高壓隔離開關(guān)這方面研究起步較晚，因此與國外產(chǎn)品相比，同等產(chǎn)品在相同環(huán)境下明顯存在明顯劣勢，一些金屬零部件的防腐性能不能滿足實際需要[1]。

1.2 故障原因分析

觸頭運行故障主要是過熱、磨損以及變黑等，比較嚴重時還會出現(xiàn)觸頭燒結(jié)現(xiàn)象，引發(fā)這些故障的原因主要有以下幾方面：第一，由于隔離開關(guān)中的大部分組件都裸露在外界環(huán)境中，空氣將觸頭表面氧化以后，電阻就會明顯增大，出現(xiàn)接觸不良問題，導(dǎo)致觸頭發(fā)熱。而接觸電阻增大以后，兩邊電阻大小就會產(chǎn)生明顯差距，運行電流中就會被觸頭彈簧分離出一部分，彈簧的性能因此減弱，觸指的接觸壓力就會因此減小，接觸不良問題就會進一步加劇，形成一種惡性循環(huán)；第二，由于自身功能的特殊性，隔離開關(guān)的操作次數(shù)非常頻繁，開合過程中觸頭被頻繁沖擊，在應(yīng)力的作用下觸頭鍍層會被嚴重磨損，導(dǎo)致觸指鍍層出現(xiàn)裂縫甚至鍍層被剝落，觸頭出現(xiàn)發(fā)熱問題，造成電流突變；第三，觸頭彈簧工作強度比較大，而同類金屬之間存在一種吸引性，鍍銀層因此出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象；第四，由于觸頭長時間接觸，表面產(chǎn)生了一層污垢層，原本的面接觸慢慢變成了點接觸，導(dǎo)致接觸不良，電阻因此增大，形成一種惡性循環(huán)[2]。

2 高壓隔離開關(guān)電觸頭性能改善方法

2.1 常見的觸頭性能改善方法

隨著電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外對隔離開關(guān)觸頭性能方面的研究已經(jīng)步入了新階段，總結(jié)起來主要有以下幾種常見的性能改善方法。1）超聲波場中壓制--浸漬法，具體做法如下：在模具中加入合金粉末（要求混合均勻），并將其置于超聲波場中，合金粉末在超聲波的作用下會變得均勻致密，將其燒結(jié)成型以后就得到了密度較高的零部件，耐磨性明顯提升。2）真空熔煉法，將合金塊體置于真空電弧爐中加熱，在高溫下對其進行真空熔煉，為了防止金屬氣體揮發(fā)，熔煉的過程中要在其中注入氬氣，對融化后的材料進行保溫，之后對其進行水冷快速凝固。真空熔煉法可以使觸頭合金材料的分布更加均勻，耐壓強度明顯提升。3）納米復(fù)合技術(shù)，使用該種技術(shù)以后，混合相之間的界面明顯增大，使材料產(chǎn)生新的性能。如果使用這種方法來制作觸頭材料，觸頭的物理性能就會明顯提升。從上面的分析中我們可以看出，無論是使用哪種方法來制作隔離開關(guān)觸頭，都需要將金屬混合材料置于高溫下處理，改變表層元素的相位和結(jié)合度，從而改善其各類性能。總結(jié)來說以上制作工藝有以下缺點：首先，流程中都有高溫處理環(huán)節(jié)，因此需要消耗較大能量，退火過程中如果處理不當還容易產(chǎn)生材料變形問題；其次，受到固溶度的限制，合金中的元素不能隨意組合[3]。

2.2 離子注入法

2.2.1 原理分析

離子注入法是改善材料表面性能的一種方法，就是在材料表層強行打入加速離子，材料表層的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，具體如下：注入的例子元素包括以下幾種類型：一是金屬蒸汽，二是氣體，三是非金屬，需要將這些元素通入離子室內(nèi)，將這些離子電離為正離子。之后將電磁線圈套在電離室外，這樣磁場就被引入到了放電室內(nèi)，電離放電現(xiàn)象加強。將正極端直接加在放電室的頂端，負電極從一個孔徑中引出，孔徑大小在1mm至2mm之間，離子從引出孔中出來以后，直接進入到離子匯聚透鏡中，完成聚集和加速過程，經(jīng)過加速后的離子還需要經(jīng)過磁鐵分析，完成離子純凈化過程。最后純凈的高速離子會直接射向材料表面，這些離子與材料表面原有原子發(fā)生碰撞，形成了新的組織結(jié)構(gòu)。人們可以根據(jù)實際需要來控制離子注入量，注入量的控制主要通過兩種形式實現(xiàn)，一種是控制對束流強度，另一種是控制注入時間，二者可以獨立設(shè)置，不會相互影響。

2.2.2 特征分析

離子注入法屬于一種表面合金化方法，總結(jié)起來其具有以下幾點特征：第一，對注入的元素幾乎沒有限制，相互不溶的元素也完全可以注入，形成全新的合金相，這是一般的熱處理工藝無法做到的。新的表面合金不會受到傳統(tǒng)合金化規(guī)則的影響，人們可以根據(jù)需要自由選擇注入元素。第二，注入離子以后，原本金屬表面的晶格發(fā)生畸變，表面上形成了錯位網(wǎng)格，性能因此得到強化。第三，離子注入金屬表面以后，會與內(nèi)部原子直接混合，成分均勻，基體材料和注入層之間基本混合在一起，沒有明顯的界限，因此不必擔(dān)心注入層疏松或者是脫落問題。第四，處理過程要求是高真空環(huán)境，溫度可以自由控制，選擇在低溫室或者是常溫條件下注入離子，材料尺寸也不會發(fā)生變化。注入離子的過程中材料基體不會大量升溫，因此也不會產(chǎn)生變形問題，處理后的材料表面光潔度很好。第五，這種方式所消耗的能量比較少，節(jié)約能源，同時不會對環(huán)境造成破壞[4]。

3 結(jié)論

高壓隔斷開關(guān)電觸頭性能會對電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，因此應(yīng)該深入研究電觸頭性能的改善方法。本文闡述了幾種常見的改善方法，分析了這些方法的各自特征，著重探究了離子注入法的原理及優(yōu)勢。

[1]王富勇，方瑞明.戶外高壓隔離開關(guān)電觸頭發(fā)熱及其在線監(jiān)測[J].寧夏工程技術(shù)，2011，12（14）：135-139.

[2]王富勇，陳華桂.基于電熱場影響的戶外隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱分析[J].高壓電器，2011，13（15）：81-86.

[3]王磊，嚴浩軍.戶外高壓隔離開關(guān)電觸頭溫升機理研究[J].廣東電力，2014，14（16）：92-95，117.

[4]邱志斌，阮江軍.高壓隔離開關(guān)機械故障分析及診斷技術(shù)綜述[J].高壓電器，2015，11（13）：171-179.

TM7

A

1674-6708（2015）150-0086-01