提高戶外隔離開關(guān)運(yùn)行穩(wěn)定性分析

（國網(wǎng)鄭州供電公司 河南省鄭州市 450006）

1. 引言

戶外隔離開關(guān)是變電設(shè)備中用使量最多的高壓電氣設(shè)備，它運(yùn)行的可靠性對電網(wǎng)的安全有著至關(guān)重要的影響。戶外隔離開關(guān)的運(yùn)行條件一般較為惡劣，受周圍環(huán)境和氣候條件影響很大，近年來，因戶外隔離開關(guān)引起的電網(wǎng)事故有上升趨勢。根據(jù)檢修統(tǒng)計(jì)結(jié)果，戶外隔離開關(guān)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題主要集中在導(dǎo)電回路過熱、絕緣子斷裂、操作不靈活和嚴(yán)重銹蝕等4個方面。其中，除導(dǎo)電回路過熱外，其余均屬機(jī)械方面的故障，本文就針對機(jī)械故障進(jìn)行分析，并提出應(yīng)對措施。

2. 瓷絕緣子斷裂及原因分析

戶外隔離開關(guān)運(yùn)行中或操作時發(fā)生的瓷絕緣子斷裂故障，是危害性最大的一種故障，它往往會造成母線短路而引發(fā)母線停電，甚至?xí)p壞相鄰的電器設(shè)備或傷及操作人員。造成瓷絕緣子斷裂的原因，除了選用不當(dāng)、安裝不良之外，主要是絕緣子的燒制及膠裝質(zhì)量不良，以及質(zhì)量的分散性，使不合格品流人電力系統(tǒng)，給電站的安全運(yùn)行帶來隱患。

2.1 瓷絕緣子本身存在質(zhì)量問題

瓷絕緣子存在的缺陷是造成斷裂的直接原因。①制造中Fe2O3未被充分還原或還原后重新被氧化而形成的缺陷稱為氧化發(fā)黃。這種生燒缺陷會導(dǎo)致瓷質(zhì)結(jié)構(gòu)松馳，瓷件機(jī)械和電氣性能指標(biāo)下降，隨著時間的推移，由于環(huán)境的影響，使缺陷日趨擴(kuò)大，從而加速產(chǎn)品的老化，縮短使用壽命；②膠裝時水泥不實(shí)，有間隙、空洞缺陷時，會造成應(yīng)力分布不勻，操作后松動進(jìn)水，冬天結(jié)冰膨脹后產(chǎn)生應(yīng)力而損壞絕緣子；③膠裝偏心造成間隙不均。間隙過小難以保證將膠合劑填滿所有空隙，膠裝強(qiáng)度低，間隙過大，膠合劑填充數(shù)量多，膠合劑本身強(qiáng)度比瓷體低得多，且收縮值大而使強(qiáng)度降低；④膠合部位瓷件缺砂、堆砂，或早期產(chǎn)品采用壓花工藝，都會影響機(jī)械強(qiáng)度。⑤絕緣子的直線度、同軸度和平行度偏差過大，造成絕緣子安裝后長期受到一個額外彎距的作用。

2.2 安裝、檢修施工工藝較低

安裝、檢修時調(diào)整的質(zhì)量會影響戶外隔離開關(guān)的操作可靠性，也是影響絕緣子安全使用的重要因素。如安裝后傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動卡滯，操作力矩大，絕緣子受到額外的作用力增大；運(yùn)行中安裝基礎(chǔ)移位、變形、長期失修強(qiáng)行操作等，均有可能引起絕緣子斷裂。有的戶外隔離開關(guān)由于其接地靜觸頭固定在絕緣子頂端，如

果接地開關(guān)調(diào)整不當(dāng)或其刀桿過長，合閘時絕緣子頂端受到額外推力后，就會造成上節(jié)絕緣子法蘭處斷裂。

3. 如何避免瓷絕緣子斷裂問題

3.1 選用高質(zhì)量的瓷絕緣子

瓷絕緣子是戶外隔離開關(guān)耐受電壓和承受機(jī)械力作用的主要元件，必須重視瓷絕緣子的選用。電瓷制造廠控制著瓷絕緣子質(zhì)量，絕緣子出廠時按批抽樣的試驗(yàn)方法，無法避免有一定數(shù)量質(zhì)量較差的產(chǎn)品流向用戶。唯一的辦法就是提高工藝水平，降低產(chǎn)品質(zhì)量分散性。作為用戶則要結(jié)合電壓等級和污穢等級，根據(jù)產(chǎn)品的具體工作條件，計(jì)算出戶外隔離開關(guān)接線端所需承受的機(jī)械負(fù)荷，然后根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)推薦的“額定端子靜態(tài)機(jī)械負(fù)荷”中選取合理的數(shù)值，作為產(chǎn)品訂貨技術(shù)條件向制造廠提出。選用設(shè)備條件和制造工藝及質(zhì)量控制好的廠家產(chǎn)品，并嚴(yán)格做好進(jìn)站驗(yàn)收和試驗(yàn)。

3.2 采用硅橡膠復(fù)合絕緣子

硅橡膠復(fù)合絕緣子是近年來新興起的一種新型產(chǎn)品，一般硅橡膠復(fù)合絕緣套管內(nèi)有一個堅(jiān)固的環(huán)氧樹脂玻璃纖維襯筒，能承受較大的機(jī)械負(fù)載（如內(nèi)外壓力、彎曲負(fù)荷等）。目前對110 kV及以下的戶外隔離開關(guān)，可以采用硅橡膠復(fù)合絕緣子代替瓷絕緣子。

3.3 安裝、檢修時提高調(diào)整質(zhì)量

安裝、檢修后，要全面對戶外隔離開關(guān)進(jìn)行調(diào)整，保證其操作靈活，動作順暢，無卡澀現(xiàn)象，避免絕緣子受到不應(yīng)有的額外作用力。在運(yùn)行中，加強(qiáng)對絕緣子的巡視檢查，看其表面是否有破損，法蘭膠裝處是否有開裂松動現(xiàn)象，以便及時發(fā)現(xiàn)斷裂的隱患。

4. 操作故障及原因分析

戶外隔離開關(guān)由于受外界條件的影響，極其容易銹蝕，導(dǎo)致操作不靈活、操作力矩增大等，出現(xiàn)分不開、合不上或分合不到位等操作障礙，嚴(yán)重時操作部件折斷或絕緣子受到附加應(yīng)力而斷裂，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的運(yùn)行安全，甚至造成重大停電事故。電力系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，戶外隔離開關(guān)的操作故障約占其總故障的一半。

4.1 傳動部件銹蝕

戶外隔離開關(guān)的機(jī)械傳動元件，一般采用鍍鋅鋼制銷軸配黃銅軸套的運(yùn)動副?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，受潮后黃銅軸套發(fā)生嚴(yán)重的脫鋅腐蝕，氧化鋅粉末將滑動配合的間隙堵嚴(yán)，增加了運(yùn)動阻力甚至根本無法運(yùn)動。轉(zhuǎn)動絕緣子基座大多采用滾珠軸承，而滾珠軸承在無油狀態(tài)下沒有防銹能力。由于部分設(shè)備沒有密封措施，往往軸承又涂油不足，滲進(jìn)雨水或吸人潮氣便會生銹，潤滑脂也容易流失或固化，導(dǎo)致軸承被銹死卡滯而無法轉(zhuǎn)動。

4.2 部件材料選用不當(dāng)、加工工藝粗糙

戶外隔離開關(guān)的傳動部件，如傳動連桿、水平連桿、垂直連桿等，一般采用水煤氣管制成，強(qiáng)度或剛度不足，容易發(fā)生變形扭曲或破裂，造成分合閘行程變化，使得分合閘不到位。一些部件加工粗糙、精度低、光潔度差、公差大，不能保證傳動元件之間的精確配合，導(dǎo)致操作不靈活，機(jī)械特性不穩(wěn)定，傳動不可靠。

4.3 二次控制回路不可靠

對于電動操作型戶外隔離開關(guān)，操動機(jī)構(gòu)中的電氣控制元件，如接觸器、小型斷路器、行程開關(guān)、輔助開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕開關(guān)、接線端子等，其中的任何一種元件質(zhì)量不好，接觸不可靠，均會影響戶外隔離開關(guān)的正常操作和信號傳輸，進(jìn)而引發(fā)其它故障，操動機(jī)構(gòu)的電氣元件接觸不良引發(fā)的故障偶發(fā)性強(qiáng)，無規(guī)律性，給運(yùn)行維護(hù)帶來困難。輔助開關(guān)切換不到位或接點(diǎn)不可靠的情況發(fā)生較多。

4.4 安裝、檢修工藝較低

安裝、檢修工藝低，導(dǎo)致傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動出現(xiàn)不順暢、卡磕現(xiàn)象，使操作力矩變大，傳動系統(tǒng)沒有達(dá)到最佳狀態(tài)，甚至存在某些缺陷，致使設(shè)備病態(tài)運(yùn)行。隨著運(yùn)行時間延長，情況隨之惡化而演變成為故障。

5. 如何解決操作故障問題

5.1 改進(jìn)傳動部件

戶外隔離開關(guān)傳動系統(tǒng)中的銷軸與軸套，不宜采用鍍鋅鋼銷軸配黃銅軸承，推薦采用：①不銹鋼銷軸配不銹鋼軸套或不銹鋼球形軸節(jié)；②不銹鋼銷軸或滲鋅鋼銷軸配無油復(fù)合潤滑軸套或塑料自滑潤軸套。這樣，運(yùn)行中不需要定期潤滑，即可保持活動關(guān)節(jié)長期靈活和操作平穩(wěn)可靠。③加強(qiáng)對轉(zhuǎn)動絕緣子滾珠軸承的密封，只有把滾珠軸承密封后，才能防止因滲進(jìn)雨水和潮氣而生銹，避免潤滑脂流失和固化。④滾珠軸承處必須注滿潤滑脂，潤滑脂要選用滴點(diǎn)高、耐寒、耐熱、機(jī)械穩(wěn)定性良好的產(chǎn)品，如二硫化鉬鋰基脂或高級潤滑脂，不可用鈣基潤滑脂（黃干油）。

5.2 合理選材、提高加工質(zhì)量

戶外隔離開關(guān)傳動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動、傳動部件要結(jié)合運(yùn)行實(shí)際情況，如大氣環(huán)境、運(yùn)行電壓等級以及是否需要頻繁操作等，綜合考慮對傳動系統(tǒng)的選材。要做到材料選取合理，經(jīng)濟(jì)耐用，同時也要提高所有活動部位的加工工藝，保證所有活動部位順暢自如。

5.3 二次回路選用優(yōu)質(zhì)、新型電氣元件

電氣元件應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，特別是目前國內(nèi)輔助開關(guān)生產(chǎn)廠家很多，其中不乏假冒偽劣產(chǎn)品，大修時應(yīng)選用原廠正宗產(chǎn)品。對于經(jīng)常發(fā)生的輔助開關(guān)切換不到位或接點(diǎn)不可靠的問題，可采用新型輔助開關(guān)，如有的電動機(jī)構(gòu)采用F6型輔助開關(guān)，由于這種輔助開關(guān)具有一系列優(yōu)點(diǎn)：帶有快發(fā)分裝置，確保開關(guān)性能；絕緣片用阻燃V0級增強(qiáng)聚碳酸脂材料塑而成，通明、不吸潮、耐高溫、抗老化；其動、靜觸頭采用圓周滑動壓接式，觸頭渡銀接觸可靠，目前輔助開關(guān)已生產(chǎn)出F7、F8、F9系列。我局陸續(xù)對峽窩變、衛(wèi)星變、樊砦變、上街變進(jìn)行了輔助開關(guān)改造，新型的F6系列開關(guān)運(yùn)行穩(wěn)定性得到提高。

5.4 提高安裝、檢修工藝

折迭式戶外隔離開關(guān)和接地開關(guān)的平衡彈簧要調(diào)整合適，使其發(fā)揮作用，以免操作力矩過大。單柱剪刀式戶外隔離開關(guān)在合閘位置時主拐臂連桿必須到達(dá)死點(diǎn)位置，以防止開關(guān)不能自鎖，出現(xiàn)自動慢分造成帶負(fù)荷分閘事故。導(dǎo)電管或其它管類部件，要將其可以滲水的孔隙封住或者設(shè)置排水孔，以免進(jìn)水、積水，造成管內(nèi)零部件銹蝕或冬天結(jié)冰妨礙動作。

6. 銹蝕及原因分析

由于隔離開關(guān)長期暴露在大氣中，銹蝕現(xiàn)象是普遍存在和難以避免的問題，銹蝕嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀，降低傳動部件的機(jī)械強(qiáng)度，影響產(chǎn)品的導(dǎo)電性能。實(shí)際上，導(dǎo)電回路過熱、絕緣子斷裂和操作故障都與銹蝕有直接或間接的關(guān)系。因此，銹蝕已成為戶外隔離開關(guān)安全運(yùn)行的最大隱患。銹蝕的根本原因是產(chǎn)品的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝特別是表面防腐涂覆等，不能適應(yīng)惡劣多變的環(huán)境和氣候條件。

6.1 金屬材料材質(zhì)和表面處理的影響

戶外隔離開關(guān)應(yīng)用的主要金屬材料是鋼鐵、銅和鋁及其合金，它們的抗蝕能力不同。實(shí)踐證明：鋅層在污染的工業(yè)大氣中，其腐蝕達(dá)6-15μm/年。鋼鐵部件僅靠15μm左右厚的電鍍鋅層，根本不能長時間抵御大氣腐蝕。鋁合金暴露在大氣中表面會逐漸由光亮變暗、灰白、變黑，出現(xiàn)淺坑而粗糙不平。對高壓開關(guān)常用的鋁一銅系高強(qiáng)度鋁合金LY12，它們可能出現(xiàn)晶間腐蝕或者層狀腐蝕，尤其在腐蝕性的工業(yè)大氣和海洋大氣中非常明顯。銅在大氣中易氧化成氧化銅，在潮濕大氣中生成銅綠（堿式碳酸銅），在工業(yè)大氣中生成黑色硫化銅或綠色氧化銅。黃銅在潮濕大氣中會發(fā)生嚴(yán)重的脫鋅腐蝕，含銅量越高，脫鋅腐蝕越嚴(yán)重。以往慣用的黃銅軸套，就因?yàn)槊撲\腐蝕產(chǎn)生的粉末將活動間隙堵嚴(yán)而使銷軸無法轉(zhuǎn)動。黃銅零件如處在拉應(yīng)力作用下，在大氣中還易發(fā)生腐蝕性破裂。

6.2 零部件結(jié)構(gòu)形狀及加工工藝的影響

零部件結(jié)構(gòu)及表面狀況是影響銹蝕的一個因素。滾珠軸承由于密封不良，雨水、潮氣浸人軸承內(nèi)引起腐蝕；導(dǎo)電管和傳動管內(nèi)因進(jìn)水和凝露而生銹。此外，零部件上面的縫隙、死角、溝坑、表面粗糙不平以及零部件相互的連接處，都是容易引起銹蝕的部位。加工過程中引起的應(yīng)力及應(yīng)變不均勻性，會使金屬加速腐蝕。焊縫附近往往是最先銹蝕的部位。

6.3 兩種不同金屬接觸的影響

在戶外隔離開關(guān)中，兩種不同金屬互相接觸的情況很多，如銅一鋁接觸，鋼質(zhì)鍍鋅緊固件與銅或鋁導(dǎo)電件的接觸等。眾所周知，在腐蝕介質(zhì)中，當(dāng)兩種不同金屬（包括金屬鍍層）接觸時，由于兩種金屬的電極電位差而形成原電池的作用，接觸腐蝕比一般大氣腐蝕更嚴(yán)重。

7. 提高防腐性能的措施

我國幅員遼闊，各地氣候條件不同，其中不乏高溫、多雨、潮濕、鹽霧或工業(yè)污染地區(qū)。戶外隔離開關(guān)表面防腐處理，必須適應(yīng)各種環(huán)境條件的影響，這給產(chǎn)品制造增加了難度。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，工業(yè)大氣污染程度加重，環(huán)境惡化加劇，而產(chǎn)品又要求免維護(hù)，這就為戶外隔離開關(guān)的防腐提出了更高的要求。根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行部門的建議以及借鑒國外產(chǎn)品的防護(hù)技術(shù)，提出的戶外隔離開關(guān)防護(hù)措施要求如下。

7.1 選用耐腐蝕性能更好的材料

銷軸、彈簧、機(jī)構(gòu)箱體、防雨罩、部分緊固件采用不銹鋼材料制造：傳動箱座、屏蔽環(huán)、防雨罩等采用鋁或鋁合金制造；機(jī)構(gòu)箱體也可用覆鋅鋼板或熱鍍鋅鋁合金鋼板制成。鋁合金導(dǎo)電管采用防腐蝕性能好的鍛鋁代替可能出現(xiàn)晶間及層狀腐蝕的LY12。不銹鋼要選用含鉻17%-19%、含鎳8%-10%的品種。

7.2 改善零部件的結(jié)構(gòu)形狀

從防銹角度考慮，戶外隔離開關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)形狀，應(yīng)該盡可能設(shè)計(jì)成不利于雨水、潮氣、粉塵及其它污染物侵人、吸附、滯留、堆積。采取的措施一是“堵”，如滾珠軸承密封好，堵住雨水潮氣及有害物人侵；二是“疏”，即不使雨水或有害物長期積存，能方便排出。此外，零件表面光潔度高，其防銹能力也高。

7.3 減少接觸腐蝕的機(jī)率

有關(guān)資料表明，下列金屬接觸偶會發(fā)生嚴(yán)重的接觸腐蝕，不宜在戶外潮濕的場合下使用：①銅、黃銅、青銅----鋼鍍鋅鈍化、鋁、鋁氧化、鋁鍍鋅鈍化；②銅鍍錫、銅鍍鎳---鋼鍍鋅鈍化；③銅鍍銀---鋼鍍鋅鈍化、鋁、鋁氧化；④鋁鍍銅---鋁、鋁鍍鋅鈍化；⑤不銹鋼、鋼鍍鉻---鋼鍍鋅鈍化、鋁。

7.4 針對不同情況做相應(yīng)的表面處理

①鋼鐵底座及其它不精密的大中型鋼鐵部件以及絕緣子法蘭，采用熱鍍鋅處理；②普通鋼板制成的機(jī)構(gòu)箱體，表面噴鋅或噴鋁，最后覆蓋油漆進(jìn)行封閉處理；③小型鋼鐵制件可采用滲鋅處理，M10以上緊固件應(yīng)采用熱鍍鋅處理；④較大的彈簧采用磷化后浸瀝青漆或噴丙烯酸氨醋黑漆處理。

8. 結(jié)束語

結(jié)合戶外隔離開關(guān)運(yùn)行情況，針對隔離開關(guān)常見的故障，在檢修、維護(hù)工作中找準(zhǔn)具體的應(yīng)對措施，提高隔離開關(guān)運(yùn)行的穩(wěn)定性。運(yùn)行中的隔離開關(guān)要加強(qiáng)對其進(jìn)行在線檢測管理工作，確保隔離開關(guān)以較好的狀態(tài)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)問題要及時進(jìn)行處理，避免病態(tài)設(shè)備運(yùn)行，威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行。