豐滿電廠高壓隔離開關(guān)觸點(diǎn)遠(yuǎn)程在線缺陷消除技術(shù)研究

王海懿 付旭峰 胡瀞文 殷梵朝

【摘要】? ? 松花江水力發(fā)電有限公司吉林豐滿發(fā)電廠（以下簡稱“豐滿發(fā)電廠”）位于吉林省吉林市境內(nèi)的松花江上，始建于1937年，是當(dāng)時(shí)亞洲規(guī)模最大的水電站，被譽(yù)為中國“水電之母”。豐滿發(fā)電廠是東北重要的水利樞紐，在發(fā)電、防洪、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻等方面發(fā)揮了應(yīng)有的作用，為滿足東北地區(qū)電力供應(yīng)、促進(jìn)電力發(fā)展、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。豐滿變電站高壓隔離開關(guān)長期帶電運(yùn)行，長時(shí)間暴露在大氣環(huán)境中，開關(guān)觸點(diǎn)易產(chǎn)生腐蝕和銹蝕，影響其性能。針對(duì)以上問題，項(xiàng)目提出利用激光清洗設(shè)備消除腐蝕和銹蝕，實(shí)現(xiàn)不停電的情況下缺陷遠(yuǎn)程處理的方法。

【關(guān)鍵詞】? ? 高壓隔離開關(guān)? ? 激光消缺? ? 遠(yuǎn)程在線? ? 變電站

高壓隔離開關(guān)是高壓開關(guān)電器中使用最多的電器之一，由于使用量大，對(duì)變電站、線路的安全運(yùn)行影響大，所以對(duì)其工作可靠性要求較高。高壓隔離開關(guān)經(jīng)過多年的運(yùn)行后，會(huì)出現(xiàn)各種故障，高壓隔離開關(guān)典型故障主要包括導(dǎo)電回路發(fā)熱、絕緣子斷裂、操作失靈、銹蝕等。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明因銹蝕引發(fā)的導(dǎo)電回路發(fā)熱故障約占隔離開關(guān)全部故障的30%以上。傳統(tǒng)停電人工打磨或化學(xué)試劑擦拭的方式耗時(shí)、費(fèi)力、可能對(duì)原設(shè)備、人員造成傷害，亟需研究一種可遠(yuǎn)程在線的消除設(shè)備，我們選擇這個(gè)課題是有切合實(shí)際并十分必要的。

一、激光清洗的基本原理

激光清洗過程實(shí)際上是激光與物質(zhì)相互作用的過程，包括一系列復(fù)雜的化學(xué)物理效應(yīng)。許多研究人員對(duì)此做了大量的研究，研究表明，污染物和它所附著的物體表面之間的結(jié)合力主要有：共價(jià)鍵、雙偶極子、毛細(xì)作用、氫鍵、范德瓦爾斯力和靜電力，其中范德瓦爾斯力、毛細(xì)作用、靜電力最難破壞。激光清洗其實(shí)就是利用激光的高亮度等特性，破壞掉污染物和物體之間的這些作用力，而不損壞物體本身。關(guān)于利用激光輻射來去除物體表面材料的機(jī)理有許多種解釋，基本上可歸于三類：

蒸發(fā)（氣化）：碎裂剝離、振動(dòng)彈出、蒸發(fā)（氣化）。由于基體和污染物的化學(xué)組成不同，所以對(duì)激光的吸收率也不同，如果激光器的類型以及脈寬選擇得當(dāng)，基體會(huì)反射95%以上的激光，從而不會(huì)受到任何損傷，而污染物將吸收絕大多數(shù)的激光能量。使自身溫度瞬間上升而產(chǎn)生氣化達(dá)到污染物被去除而基體不受損傷的目的。

碎裂剝離：如圖1-1所示：污染物微細(xì)粒子在瞬間吸熱膨脹發(fā)生碎裂克服表面吸力，從而脫離物體表面，由于激光作用時(shí)間極短，能在瞬間產(chǎn)生加速度極大的爆炸沖擊力，足以提供微細(xì)粒子足夠的加速度脫離基體的吸附。

振動(dòng)彈出：如圖1-2所示由于激光束的脈寬非常小，所以在脈沖的反復(fù)作用下，將會(huì)使被清洗工件產(chǎn)生超聲振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生沖擊波將粒子振碎從基體表面彈出。

二、高壓隔離開關(guān)發(fā)熱機(jī)理及與銹蝕的關(guān)系

高壓隔離開關(guān)觸頭在運(yùn)行中存在因動(dòng)靜觸頭接觸不良引起的發(fā)熱問題主要有以下幾種原因：1）觸指制造工藝不完善，觸指的自清潔能力差，容易產(chǎn)生污垢堆積和氧化，造成接觸不良，導(dǎo)致觸頭接觸電阻增大。2）安裝不當(dāng)造成動(dòng)靜觸頭接觸不良，接觸壓力不足，均影響觸頭的接觸電阻。3）緊固觸指的彈簧有導(dǎo)磁特性，通過電流時(shí)易產(chǎn)生渦流過熱，彈簧的彈性系數(shù)下降導(dǎo)致對(duì)觸指的緊固力下降，導(dǎo)致接觸電阻增大。4）觸頭接觸面不光整有雜物或者接觸面滲進(jìn)雨水和塵埃使其氧化，銅銀接觸處處理不當(dāng)產(chǎn)生電化腐蝕，這些腐蝕物皮膜均使接觸電阻增大，造成連接處過熱，并且隨著溫度升高，氧化反應(yīng)加快，腐蝕物皮膜加厚，接觸電阻越來越大，過熱越加嚴(yán)重，產(chǎn)生惡性循環(huán)。

接觸點(diǎn)溫升隨電阻增大而增大，電阻越大接觸點(diǎn)溫升增加的幅度（曲線斜率）越大;接觸電阻越大，接觸點(diǎn)溫升增加的幅度越大;通入電流達(dá)到額定電流的75%時(shí)，觸頭易發(fā)生過熱。可見觸頭的接觸電阻和電流的變化導(dǎo)致過熱，觸頭過熱又導(dǎo)致接觸電阻增大，進(jìn)而加劇接觸點(diǎn)發(fā)熱，超過最大允許溫升65 ℃后，會(huì)導(dǎo)致觸頭過熱燒損。

總結(jié)：應(yīng)用高壓隔離開關(guān)觸點(diǎn)遠(yuǎn)程在線缺陷消除設(shè)備完成現(xiàn)場隔離開關(guān)動(dòng)靜觸頭表面銹蝕的激光清洗作業(yè)能夠避免隔離開關(guān)過熱甚至燒毀事故，減少了停電和設(shè)備損失，提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無耗材，運(yùn)行穩(wěn)定，在電力發(fā)展中的應(yīng)用潛力巨大。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]周炳瑕等 激光原理中國：國防工業(yè)出版社，2009：1-14

[2]邵丹，胡兵，鄭啟光激光先進(jìn)制造技術(shù)與設(shè)備集成中國：科學(xué)出版社，09：98-265

[3] 姚建銓，徐德剛?cè)虘B(tài)激光及非線性光學(xué)頻率變換技術(shù) 北京：科學(xué)出版社，2007

[4] 白晉濤，全同態(tài)多波飛秒激光產(chǎn)生的理論和實(shí)驗(yàn)研究：博十學(xué)位論文 西安，中國科學(xué)院 西安光學(xué)精密機(jī)械研究所，2001

[5] 劉秀波，丁永民激光表面處理和快速制造技術(shù)的新進(jìn)展激光與光電子學(xué)進(jìn)展 2005 42（2） 48～510