敞開式隔離開關發(fā)熱故障分析及防范措施

張麗娟，張 雷，劉 冰，趙利富，張 凱

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250118）

0 引言

隔離開關是供電線路在無載流情況下進行切換和對被檢修的高壓母線及其他電氣設備與帶電線路進行電氣隔離的電器，是電力系統(tǒng)輸變電設備中用量最多的一種設備，通常是高壓斷路器的2～4倍［1］。敞開式隔離開關運行于戶外環(huán)境，運行條件不佳，容易在機械或電氣方面產(chǎn)生故障。隨著設備運行時間的增長以及系統(tǒng)負荷增加，隔離開關故障引起的停電事故呈上升趨勢。敞開式高壓隔離開關運行故障引發(fā)的電網(wǎng)穩(wěn)定問題越來越受到電力部門的關注［2］。

據(jù)調(diào)查，國內(nèi)戶外隔離開關在電網(wǎng)運行中出現(xiàn)的問題，主要集中在4個方面［3］：導電部分接觸不良，引起過熱或者燒損；操作不靈活，支柱瓷瓶斷裂；電動機構(gòu)中的電氣元件質(zhì)量不佳，引起操作故障；表面處理質(zhì)量差，引起構(gòu)件銹蝕。在這幾種故障類型中，隔離開關發(fā)熱故障是最常見的一種。對近幾年變電站敞開式隔離開關出現(xiàn)的發(fā)熱故障問題進行分析，提出應對隔離開關發(fā)熱故障的防范措施。

1 發(fā)熱故障分析及處理

隔離開關易出現(xiàn)發(fā)熱缺陷的位置大部分位于開關口，動靜觸頭接觸處及周圍。引起發(fā)熱最主要的因素為接觸面接觸不良。隔離開關由于長期運行引起氧化、銹蝕等因素而引起局部過熱；由于安裝工藝問題，動靜觸頭貼合不緊密、開關閉合不到位、觸頭連接螺栓松動、開關接觸面表面抗氧化處理不到位等引起運行中的發(fā)熱現(xiàn)象；由于產(chǎn)品設計工藝問題，使得動靜觸頭接觸面積較小，引起電流致熱型發(fā)熱缺陷，或是開關軟連接設計裕度不足等原因引起發(fā)熱；在產(chǎn)品質(zhì)量方面，出現(xiàn)彈簧易老化和損壞等現(xiàn)象引起隔離開關開關口處發(fā)熱。此外，在隔離開關導電臂、動靜觸頭接線板及軟連接位置也是易發(fā)熱點。

1.1 動靜觸頭接觸面臟污氧化

1.1.1 原因分析

隔離開關動靜觸頭長期處于斷開狀態(tài)時會受到環(huán)境污染，由于表面氧化及臟污物的作用，在接觸面上構(gòu)成電阻率較高的覆蓋層，使隔離開關閉合后造成觸頭過熱［4］，如圖1所示。開關導電部位表面抗氧化處理不到位，如圖2所示，空氣中水汽、雜質(zhì)易侵蝕，灰塵和水分進入間隙中，附著在接觸面上，增加了導電回路的接觸電阻，引起接觸面發(fā)熱造成接觸電阻增大。動靜觸頭接觸面有不平或損壞，造成接觸不良，或由于隔離開關操作頻繁，在斷開、閉合過程中，動靜觸頭間產(chǎn)生的電弧會燒蝕接觸面，造成接觸不良，進而會在動靜觸頭接觸處產(chǎn)生較大縫隙，容易引起接觸面臟污、氧化，引起隔離開關發(fā)熱。

1.1.2 處理方法

在設備安裝時，嚴格做好接觸面抗氧化處理；在停電檢修時，注意檢查動靜觸頭表面情況，采取去污、清潔、打磨等措施。針對動靜觸頭接觸面不平，或由于電弧燒蝕造成的接觸不良，嚴格把關設備驗收質(zhì)量；對燒蝕面積較小、燒蝕深度較淺的接觸面，進行停電打磨、清潔，嚴重者進行更換處理。同時，對隔離開關加強監(jiān)視，定期開展紅外測溫，對臟污的隔離開關，制定相關安全措施進行帶電清掃等工作。

受環(huán)境污染，開關動靜觸頭接觸表面臟污嚴重，停電處理發(fā)熱開關口，處理前后的對比如圖3所示。

圖1 隔離開關觸頭接觸面發(fā)熱

圖2 隔離開關氧化

圖3 開關動靜觸頭接觸面清潔處理

1.2 觸頭觸指彈簧失效

1.2.1 原因分析

隔離開關觸頭觸指彈簧的作用為固定觸指，以及保證觸頭與觸指接觸面之間有足夠的接觸壓力。隔離開關在閉合位置時，觸指靠彈簧的拉力來保證與觸頭間有足夠的接觸壓力以及較小的接觸電阻［5］。

當隔離開關閉合運行時，由于長時間處于閉合狀態(tài)，會使觸指彈簧長期處于拉伸狀態(tài)。如果彈簧質(zhì)量不好，彈性性能達不到要求，彈簧極易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，進而使觸頭與觸指間接觸壓力減小，接觸電阻增大，接觸處將溫度升高導致發(fā)熱現(xiàn)象。彈簧受熱后，彈性性能將繼續(xù)降低，最終導致彈簧失去彈性，隔離開關觸頭溫度急劇升高，如圖4所示，以致引起觸頭燒損［5］。同時，由于觸頭與觸指間接觸壓力減小，觸指容易進水受潮，彈簧發(fā)生銹蝕，如圖5所示，銹蝕嚴重時，在外力作用下彈簧斷裂，接觸電阻增大，隔離開關發(fā)生過熱故障。

圖4 觸指失效夾緊力不足引起發(fā)熱

圖5 觸指彈簧發(fā)生銹蝕

1.2.2 處理方法

加強巡視，運用紅外測溫技術(shù)檢測運行隔離開關各易發(fā)熱點的溫度；結(jié)合設備停電，仔細檢查隔離開關導電回路的各個接觸點，尤其是觸頭與觸指接觸處，觀察觸頭及觸指有無過熱、燒損現(xiàn)象，并檢查彈簧有無疲勞現(xiàn)象。檢查彈簧疲勞現(xiàn)象，先肉眼檢查彈簧的外觀，無異常后，再用手捏兩端的觸指，觀察彈性狀況，若感覺彈性不佳，可將彈簧拆下檢查并進行彈性測試，對失去彈性的觸指彈簧應及時進行更換。判別觸指彈簧性能好壞，外觀檢查應無銹蝕、無過熱、不變形性，拉伸時有彈性［6］。

開關觸指彈簧生銹會失去彈性，致使開關動靜觸頭接觸壓力減小，導流部件接觸不良。因觸指彈簧彈性失效引起的設備發(fā)熱處理方法：嚴格進行觸指彈簧質(zhì)量驗收，供應廠應保證觸指強度合格，觸指彈簧質(zhì)量及材質(zhì)符合要求；提高檢修工作質(zhì)量，檢修時重點檢查導電回路觸頭彈簧的彈性狀況，更換彈性不良或銹蝕嚴重的觸指彈簧；檢查觸指有無變形、過熱、變色等異常現(xiàn)象，并清掃接觸面。

1.3 觸指定位端子與基座接觸不良

1.3.1 原因分析

在隔離開關觸指基座的尾部有1個定位端子，用于緊固觸指與基座。當隔離開關處于斷開狀態(tài)時，靜觸頭觸指與觸指座的接觸是面接觸，接觸良好，無縫隙；當隔離開關處于閉合狀態(tài)時，動觸頭頂入觸指中，觸指前部被頂起，觸指尾部與觸指座相接觸，觸指與基座間會產(chǎn)生縫隙，接觸不良，如圖6所示。當隔離開關的觸指彈簧彈性減弱時，觸指與觸指座將因接觸不良而過熱，最終導致觸頭發(fā)熱，觸指燒損。

圖6 隔離開關狀態(tài)

1.3.2 處理方法

改進觸指座，在觸指與基座之間增加軟連接，如圖7所示。一端與觸指座固定，一端與觸指固定，這樣導電回路由原來的觸指到觸指座，改為由觸指到軟銅帶，再由軟銅帶到觸指座，保證在任何情況下觸指與觸指座間均有可靠的導電回路。軟銅帶由螺釘緊緊地固定在觸指座和觸指上，保證了接觸面的清潔，減少發(fā)熱概率。

1.4 隔離開關閉合不到位

在進行隔離開關閉合操作時，會出現(xiàn)閉合不到位現(xiàn)象。隔離開關閉合不到位時，兩導電桿不在一條線上而呈“八”字形，如圖8所示，存在動靜觸頭單邊接觸的現(xiàn)象，使得接觸面減小了一半，當接觸處流過大電流時，引起過熱。

圖7 隔離開關改進軟連接

圖8 隔離開關閉合不到位

處理方法：調(diào)整開關導電臂，保證動、靜觸頭中心線一致，開關閉合位置時應成一條直線，刀臂應水平，動觸頭上、下外露部分應相等。

1.5 隔離開關連接螺栓松動

隔離開關受安裝工藝質(zhì)量影響，各導電部分連接螺栓緊固力矩不符合產(chǎn)品設計要求，例如，動觸頭軟連接緊固螺栓松動、基座接頭螺栓松動、觸指底部與固定板連接松動等都會引起隔離開關發(fā)熱故障。

處理方法：提高設備安裝工藝質(zhì)量；對各連接螺栓做緊固檢查，確保力矩值符合要求，并做緊固標記；加強日常巡視及紅外檢測。

2 發(fā)熱故障防范措施

為降低由隔離開關發(fā)熱引起的故障概率，提高設備安全運行可靠性，需要從設備制造、安裝工藝、運行維護等方面，采取相應防范措施［3］。改進產(chǎn)品設計工藝，提高設備制造質(zhì)量；提高安裝工藝及設備驗收質(zhì)量；加強運行、維護和檢修工作質(zhì)量。

在產(chǎn)品設計方面，進行觸頭改進工藝。原來動觸頭觸指為細銅片，而且只有3個觸指，載流面過小，現(xiàn)更換為5個觸指動觸頭，載流面增大，導流能力增強。

設備運行維護方面：對設備進行例行測溫，快速準確地對設備發(fā)熱和位置進行判定，從而可以對異常設備進行針對性處理；對投運年限過長的設備加強設備及相關參數(shù)檢查，投運年限過長的設備機械性能將下降、易老化，日常運維管理工作中需加強此類設備的巡視檢查，有針對性地進行故障排查；重要設備停電檢修期間需要加強對設備的特巡測溫工作，在停電前重點檢查停電檢修設備有無發(fā)熱現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)缺陷后及時上報，根據(jù)現(xiàn)場實際結(jié)合停電一并消缺，在設備停電檢修期間，安排值班人員每日進行1次巡視測溫，送電結(jié)束后安排人員進行跟蹤測溫；定期開展帶電測試紅外測溫，重點排查易發(fā)熱點，并制定針對性的預防措施及檢修計劃，發(fā)現(xiàn)有過熱異常后，申請停電及時處理，同時加強開展防銹處理、螺栓緊固、零部件更換等綜合治理工作。

3 結(jié)語

研究敞開式隔離開關發(fā)熱故障原因，分析由于接觸面氧化、銹蝕、臟污，觸指彈簧夾緊力不足；開關閉合不到位，動靜觸頭單邊接觸，連接螺栓松動等原因?qū)е陆佑|電阻增大而引起的發(fā)熱問題，從隔離開關設計工藝、安裝施工工藝以及產(chǎn)品質(zhì)量等方面提出有效處理意見，進一步降低敞開式隔離開關發(fā)生發(fā)熱故障的概率。在設備運行中加強對設備的日常巡視及紅外測溫，發(fā)熱缺陷發(fā)現(xiàn)及跟蹤，必要時安排停電檢修，對易發(fā)熱部位進行處理，減少因接觸面接觸電阻增大而引起的設備發(fā)熱，進一步提高電網(wǎng)安全運行。