高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障分析及改進(jìn)技術(shù)探析

許濤

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展的重要階段，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)行電壓等級(jí)不斷上升。這樣的變化在推動(dòng)電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)也給電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。高壓隔離開關(guān)作為電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，在運(yùn)行過程一旦發(fā)生故障會(huì)給電網(wǎng)運(yùn)行帶很大的影響。本文主要研究的是高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障分析及改進(jìn)技術(shù)。

高壓隔離開關(guān);機(jī)械故障;診斷技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性要求卻要卻高。而對(duì)于長(zhǎng)期處于戶外工作狀態(tài)的電網(wǎng)來說，各類電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生機(jī)械故障是十分常見的，其中支柱瓷絕緣子斷裂、操作失靈、銹蝕是高壓隔離開關(guān)最常見的三重故障。

隔離開關(guān)是一種主要用于“隔離電源、倒閘操作、用以連通和切斷小電流電路”，無滅弧功能的開關(guān)器件。隔離開關(guān)在分位置時(shí)，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標(biāo)志;在合位置時(shí)，能承載正常回路條件下的電流及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)異常條件（例如短路）下的電流的開關(guān)設(shè)備。一般用作高壓隔離開關(guān)，即額定電壓在1kV以上的隔離開關(guān)，它本身的工作原理及結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，對(duì)變電所、電廠的設(shè)計(jì)、建立和安全運(yùn)行的影響均較大。

支柱瓷絕緣子斷裂是對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行影響最大的一種機(jī)械故障，發(fā)生這一故障的原因主要有以下幾種：首先，在進(jìn)行隔離開關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)支柱瓷絕緣子的選型就不合適，相應(yīng)的設(shè)備采購(gòu)質(zhì)量也不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致發(fā)生支柱瓷絕緣子故障;其次，在長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的工作下，支柱瓷絕緣子發(fā)生了老化，在檢查中沒有被發(fā)現(xiàn);其三，高壓隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，并且在安裝過程中調(diào)試不到位;其四，高壓隔離開關(guān)的分合閘存在操作不當(dāng)?shù)膯栴};其五，受地震等自然災(zāi)害振動(dòng)影響導(dǎo)致絕緣子齊根折斷;其六，相鄰或相連電氣設(shè)備發(fā)生故障影響到高壓隔離開關(guān)。

操作失靈主要可以分為高壓隔離開關(guān)拒分拒合、操作失靈或分合閘不到位、相關(guān)機(jī)械部件變形損壞幾種情況。一旦發(fā)生以上情況，容易導(dǎo)致開關(guān)動(dòng)靜接觸不良，電阻隨之增大，導(dǎo)電回路過熱，有可能引發(fā)電網(wǎng)故障或者火災(zāi)。發(fā)生這一故障的原因主要有以下幾個(gè)方面：首先，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，高壓隔離開關(guān)相關(guān)的傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)不合理;其次，長(zhǎng)時(shí)間在戶外環(huán)境中工作，隔離開關(guān)的傳動(dòng)部件和機(jī)構(gòu)受環(huán)境影響，銹蝕卡澀;其三，在二次回路中，和電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)相關(guān)的電氣元件本身存在質(zhì)量問題，導(dǎo)致回路不受控制，發(fā)生故障;其四，在安裝調(diào)試過程中存在調(diào)試不當(dāng)或者操作不當(dāng)，導(dǎo)致隔離開關(guān)存在先天性缺陷，影響正常操作。

對(duì)長(zhǎng)期處于戶外環(huán)境中的高壓隔離開關(guān)來說，銹蝕是最常見的一種機(jī)械故障，銹蝕不僅會(huì)影響到開關(guān)的正常工作，更會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的工作造成一定的影響。發(fā)生這一故障的原因主要有以下幾個(gè)方面：首先，高壓隔離開關(guān)的自身原因，處于戶外環(huán)境中，高壓隔離開關(guān)的密封性有著十分重要的作用，但就目前的實(shí)際情況來看，大部分高壓隔離開關(guān)存在著開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)箱密封不好、導(dǎo)電管機(jī)械部件密封不好、材料抗腐蝕性差、內(nèi)部積水、加工工藝不良等問題，導(dǎo)致高壓隔離器缺乏對(duì)外界環(huán)境的抵抗性，造成銹蝕;其次，長(zhǎng)期處于缺乏檢修的狀態(tài)，戶外的高壓隔離開關(guān)檢修起來比較麻煩，因此很多電力企業(yè)在檢修的過程中很少會(huì)對(duì)高壓隔離開關(guān)進(jìn)行全面檢修，導(dǎo)致高壓隔離開關(guān)內(nèi)部相關(guān)機(jī)械部件生銹;其三，外部環(huán)境所致，戶外環(huán)境很難控制，高壓隔離開關(guān)很容易受潮、污染或者氧化，使二氧化硫、沙塵和煙霧等固體性污染顆粒附著在隔離開關(guān)表面，由此加速了高壓隔離開關(guān)的電化學(xué)腐蝕進(jìn)度。

對(duì)于以上比較常見的三種高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障類型，通常電力企業(yè)都會(huì)有一套鼻尖系統(tǒng)和完整的解決技術(shù)和方法。一般來說支柱瓷絕緣子斷裂主要采用超聲波探傷技術(shù)、振動(dòng)聲學(xué)法檢測(cè)、紅外熱像檢測(cè)、;應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)等方法;操作失靈只要采用操作力矩檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流檢測(cè)等方法;銹蝕主要采用綜合診斷等方法。各種方法各有利弊，在高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障診斷檢修中發(fā)揮著十分重要的作用。

超聲波檢測(cè)技術(shù)主要有爬波檢測(cè)法、小角度縱波檢測(cè)法兩種，具體做法是將超聲波發(fā)送到支持瓷絕緣子處，通過絕緣子內(nèi)部反射回來的超聲波信號(hào)來判斷絕緣子中存在的裂紋缺陷。這種方法屬于局部損傷檢測(cè)法，測(cè)試過程靈敏度極高，能夠快速準(zhǔn)確的定位裂紋缺陷的位置，并且給出準(zhǔn)確的缺陷情況。但這種方法檢測(cè)范圍較小，只能控制在絕緣子法蘭根部3cm 左右的區(qū)域，需要強(qiáng)大的電力支持，并且需要工作人員進(jìn)行高空作業(yè)，成本高、工作量大、危險(xiǎn)系數(shù)高，比較適用于小范圍的檢測(cè)。

振動(dòng)檢測(cè)法是一種新興的支柱瓷絕緣子缺陷檢測(cè)法，這種方法和超聲波檢測(cè)法的原理是一樣的，主要通過絕緣子對(duì)振動(dòng)聲波譜振動(dòng)頻率的頻譜來判斷絕緣子內(nèi)部的機(jī)械強(qiáng)度，從而發(fā)現(xiàn)缺陷裂紋所在。這種方法相對(duì)于超聲波檢測(cè)法來說操作更方便，檢測(cè)范圍更大，效率更高，結(jié)果更直觀。但是在檢測(cè)的過程中因?yàn)榉秶^大有可能出現(xiàn)遺漏的情況，目前主要作為超聲波檢測(cè)方法的有效技術(shù)補(bǔ)充在使用。

紅外熱像檢測(cè)是比較傳統(tǒng)的絕緣子檢測(cè)法，主要通過對(duì)隔離開關(guān)絕緣子局部發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)，以此確定其具體缺陷區(qū)域。這種方法能夠在初步檢查中對(duì)絕緣子內(nèi)部進(jìn)行大規(guī)模的快速排查，并且這種檢測(cè)方法不需要接觸到絕緣子本身，能夠減少檢測(cè)工作本身給絕緣子帶來的二次傷害。但這種方法智能實(shí)現(xiàn)初步檢測(cè)，不能給出更加詳細(xì)的缺陷信息，需要通過其他檢測(cè)方法對(duì)出現(xiàn)問題的區(qū)域縮小范圍進(jìn)行進(jìn)一步排查。

應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)是直接通過高壓隔離開關(guān)分合閘操作中的支柱絕緣子應(yīng)力大小變化情況來哦按段絕緣子受力是否異常的。這種方法相對(duì)來說更加直觀，還可以對(duì)高壓隔離開關(guān)操作力矩大小進(jìn)行測(cè)量。但這種方法只能在電網(wǎng)停電的狀態(tài)下進(jìn)行，并且容易受到環(huán)境和外界信號(hào)的感染，影響其結(jié)果的準(zhǔn)確性。

操作力矩檢測(cè)主要根據(jù)開關(guān)操作過程中操動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸形成的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變大小與扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出力矩大小之間的正相關(guān)關(guān)系來判斷高壓隔離開關(guān)的操作是否正常的。這種方法操作簡(jiǎn)單，理論依據(jù)成熟，但是靈活性較低，容易受到周邊環(huán)境影響，在周期較短的檢測(cè)中能夠發(fā)揮一定的作用，不適合長(zhǎng)期使用和在線檢測(cè)。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流檢測(cè)主要通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)對(duì)高壓隔離開關(guān)的各部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)收集和檢測(cè)，通過數(shù)據(jù)的變化來確定高壓隔離開關(guān)是否存在異常。采用這種方式能夠?qū)Ω邏焊綦x開關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)控和實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓隔離開關(guān)故障的遠(yuǎn)程修復(fù)，大大節(jié)約了人力物力、提高了高壓隔離開關(guān)的維修及時(shí)性。

綜上所述，長(zhǎng)期處于戶外環(huán)境中進(jìn)行高強(qiáng)度工作的高壓隔離開關(guān)很容易發(fā)生機(jī)械故障，支持瓷絕緣體斷裂、操作不靈、銹蝕是比較常見的三種故障，通過常規(guī)檢測(cè)技術(shù)和現(xiàn)代化科技手段的結(jié)合能夠有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離開關(guān)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程維修，提高隔離開關(guān)機(jī)械故障診斷水平，降低故障發(fā)生率。

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[2] 林曉輝. 高壓隔離開關(guān)機(jī)械故障分析及改進(jìn)技術(shù)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017.