淺談隔離開關操作過程中出現(xiàn)異常電弧的原因及處理方法

李旭

摘要：隔離開關操作過程中最嚴重的狀態(tài)就是有電弧產(chǎn)生無法熄滅，進而引起相間短路造成電網(wǎng)事故。電弧是等離子體，質量極輕，電弧區(qū)內(nèi)氣體的流動，包括自然對流以及外界甚至電弧電流本身產(chǎn)生的磁場都會使電弧受力改變形狀，拉長、卷曲形成十分復雜的形狀。其運動速度可達每秒幾百米，因此需要迅速地熄滅電弧以免發(fā)生事故。

關鍵詞：隔離開關;異常電弧;處理

現(xiàn)場倒閘操作中以下問題需要正確處理否則會引起事故，造成嚴重后果：

1、拉開隔離開關時若有異常電弧出現(xiàn)應怎么處理？

2、合上隔離開關時若有異常電弧出現(xiàn)應怎么處理？

3、倒母線翻排操作中，當合上某設備的一把母線隔離開關后拉開其另一把母線隔離開關時有異常電弧出現(xiàn)應怎么處理？

4、電動分合隔離開關的操作中電動機構故障不能繼續(xù)分合閘時應怎么處理？

處理以上問題前必須先弄清楚操作中電弧產(chǎn)生的原因。

電弧是一種氣體放電現(xiàn)象。各種用電設備投入或者退出電路，當其在大氣中開斷時，只要電源電壓超過12～20V，被開斷的電流超過0.25～1A，在動靜觸頭間（簡稱弧隙）就會產(chǎn)生一團溫度極高、發(fā)出強光、能導電的近似圓柱形的氣體，此即為電弧。比如銅觸頭間的最小生弧電壓為13V，最小生弧電流為0.43A，開斷220V交流電路時產(chǎn)生電弧的最小電流為0.5A。

碰撞游離是電弧發(fā)生的主要原因，觸頭間的強電場，是電弧發(fā)生的必要條件，弧隙介質的熱游離則是維持電弧燃燒的主要因素。

大氣中，每厘米長電弧的維持電壓只有15V左右。在100kV電壓下開斷僅5A的電流時，電弧長度可達7m。電流更大時，可達30m。

隔離開關正常開斷小電流電路時，由于電流很小，場強發(fā)射、熱電發(fā)射相對較弱，熱游離弱，電弧燃燒的主要是空氣絕緣間隙中氣體游離介質，電弧呈天藍色。隨著觸頭分開的距離增大，觸頭間的電場強度迅速減小，場強發(fā)射和熱電發(fā)射、熱游離進一步減弱;距離不斷增大，電弧被拉長，自然冷卻和去游離產(chǎn)生，動靜觸頭間隙間空氣絕緣介質不斷恢復，電弧熄滅，電路才被開斷;當誤開斷大電流電路時，場強發(fā)射、熱電發(fā)射相對較強，熱游離強，同時在高溫的作用下（電弧中心部分維持的溫度可達5000℃以上），氣體中性質點的不規(guī)則熱運動速度增加，場強發(fā)射、熱電發(fā)射、熱游離不斷加強，電弧燃燒大量金屬觸頭游離介質，開斷的電流越大熱游離現(xiàn)象越大，電弧燃燒的顏色越趨近于觸頭金屬燃燒的顏色。熱游離產(chǎn)生的電子，就足夠形成導電通路，使電弧得以維持。三相電弧不能熄滅被拉長，最后糾結在一起造成相間短路事故。

所以隔離開關的操作規(guī)范要求分閘時要先慢后快，當判斷動靜觸頭剛分開無異常時才能繼續(xù)快速分閘！

電路與用電設備將要接通時隔離開關動靜觸頭間也會產(chǎn)生電弧。此時動靜觸頭間隙開始變小，電場強度作用下觸頭金屬表面因一次電子發(fā)射（場強發(fā)射或光電發(fā)射、熱電發(fā)射）導致電子逸出，間隙中氣體原子或分子會因電離（碰撞電離、光電離和熱電離）而產(chǎn)生電子和離子。電子或離子轟擊發(fā)射表面又會引起二次電子發(fā)射，如此反復下當間隙中離子濃度足夠大時，間隙被電擊穿而發(fā)生電弧。發(fā)生電弧時，弧隙中電子、原子及分子互相碰撞，并不斷交換能量，使弧隙中介質溫度急劇增加，熱游離產(chǎn)生的電子，就足夠形成導電通路，使電弧得以維持。與開斷時動靜觸頭間電弧熄滅是依靠冷卻和去游離不同的是此時動靜觸頭間的間隙從有到無直至緊密接觸，場強發(fā)射、熱電發(fā)射、熱游離消失，電弧失去了產(chǎn)生基礎而熄滅的。所以隔離開關的操作規(guī)范要求合閘時要迅速果斷，即使合錯了也不能斷開！

斷路器可以開斷大電流的電路是因為有專設的滅弧裝置熄滅電弧，隔離開關沒有專設的滅弧裝置，不能作開斷電流較大的電路，只能進行如下操作：

1、主要用于隔離電源，將檢修設備與帶電設備用空氣絕緣間隔隔離開，使帶電設備與檢修設備之間有一明顯可見的斷開點。

2、隔離開關與斷路器配合，根據(jù)系統(tǒng)運行方式的需要進行倒閘操作，改變系統(tǒng)運行接線方式。

3、接通或斷開小電流電路：拉、合空載母線及直接連接在母線上設備的電容電流;在正常運行情況下拉、合變壓器中性點接地刀閘，拉、合電壓互感器和避雷器;可以拉、合閉路電路中的旁路電流;其它有文件允許的操作。

弄清楚了隔離開關的作用和操作中電弧產(chǎn)生的原理，就可以討論開始的問題了。

1、拉開隔離開關時若有異常電弧出現(xiàn)應怎么處理：

隔離開關不能開斷電流較大的電路，正常情況下拉開隔離開關應先慢后快，即將隔離開關動靜觸頭剛分離開的時間段應慢，當動靜觸頭剛分離開時判斷其無異常（等電位操作應無放電聲和無電弧產(chǎn)生，非等電位操作產(chǎn)生的電弧應為純天藍色，放電聲清脆）后再繼續(xù)操作將其快速有力地完全分離開。如果動靜觸頭剛分離開時判斷其有異常（等電位操作時有較大的放電聲和電弧產(chǎn)生，非等電位操作產(chǎn)生的電弧非純天藍色，放電聲沉悶像電焊聲）時應立即停止分閘操作改為反向合閘操作將其動靜觸頭緊密連接并鎖止操作機構后，停止操作查明原因。未查明原因并可靠處理前不得繼續(xù)操作。

2、合上隔離開關時若有異常電弧出現(xiàn)應怎么處理？

隔離開關不能拉合電流較大的電路，正常情況下合上隔離開關操作時應迅速果斷毫不猶豫地一步合閘到位，即使在操作過程中有異常電弧出現(xiàn)也不能再拉開。必須再次拉開時應重新執(zhí)行操作規(guī)定檢查其具備分閘條件并核對無誤后方能拉開。

出現(xiàn)以上問題的可能原因為：

a）等電位操作條件不滿足出現(xiàn)異常：

1 雙母線設備倒母線操作時各種原因造成的非等電位操作：

1）聯(lián)接兩段母線的母聯(lián)斷路器偷跳或各種原因引起的非全相合閘狀態(tài)和母聯(lián)斷路器的母

線隔離開關動靜觸頭接觸不良接觸電阻過大造成的兩段母線間不處于等電位狀態(tài)，造成

隔離開關拉合了上述原因引起的兩段母線間的不平衡電流;

2）電氣設備倒母線操作“先合后拉”時，先合的母線隔離開關動靜觸頭接觸不良接觸電

阻過大，造成“后拉”的隔離開關開斷了接觸電阻引起的負荷電流。

2 簡易旁路母線帶路操作時各種原因造成的非等電位操作：

1）環(huán)路中連接的某臺斷路器偷跳或各種原因引起的非全相合閘狀態(tài);

上述原因將造成用隔離開關解合閉合環(huán)路時拉合了該斷路器兩側間不平衡電流

2）環(huán)路中連接的隔離開關中有動靜觸頭接觸不良，接觸電阻過大現(xiàn)象。

上述原因將造成用隔離開關解合閉合環(huán)路時拉合了接觸電阻引起的負荷電流。

b）非等電位操作時出現(xiàn)異常

電氣設備停送電操作或類似操作屬于非等電位操作。

1 設備停電時拉開隔離開關時出現(xiàn)異常電弧

2設備送電時合上隔離開關時出現(xiàn)異常電弧

電氣設備停送電操作規(guī)定：停電時先拉開斷路器，再拉開負荷側隔離開關，最后拉開母線側側隔離開關;送電時操作順序與停電時相反。

當斷路器分閘后，正常情況下該電路中已無較大的電流存在，僅有較小的對地電容電流或其它一些符合隔離開關拉合電路的要求的情況，如果操作中出現(xiàn)異常電弧可能由以下原因引起：

1）斷路器出現(xiàn)偷合情況，造成帶負荷拉合隔離開關

2）設備有故障，造成隔離開關拉合故障電流

出現(xiàn)上述任何情況都應立即停止操作，保留現(xiàn)場，匯報上級主管部門等候處理。出現(xiàn)異常的相關設備應經(jīng)檢修試驗合格后才能繼續(xù)投入運行。

參考文獻：

[1]付益強.變電站隔離開關常見故障分析及處理[J].南方農(nóng)機，2017，48（08）

[2]蒲偉.高壓隔離開關的檢修方法與技術分析[J].低碳世界，2017（22）