全封閉隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)切換時(shí)序分析與可靠性提升

李 健 康留濤

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山467001）

高壓隔離開關(guān)在電力系統(tǒng)中起著隔離電源、改變系統(tǒng)運(yùn)行方式、進(jìn)行倒閘操作等重要作用，是變電站的重要組成部分，其可靠性關(guān)系到電網(wǎng)能否安全運(yùn)行[1-2]。全封閉隔離開關(guān)分合操作后不容易觀察內(nèi)部觸頭位置，若觸頭分合閘不到位極易導(dǎo)致觸頭發(fā)熱熔化或絕緣擊穿，近幾年來已出現(xiàn)多起類似事故，為此而進(jìn)行的緊急停電搶修工作耗費(fèi)巨大，并且嚴(yán)重影響供電可靠性和電網(wǎng)安全[3-5]。

輔助開關(guān)是隔離開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要元件，其作用是對外輸出設(shè)備的工作狀態(tài)信號(hào)，通過輔助開關(guān)的接點(diǎn)切換判斷高壓電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電氣連鎖和自動(dòng)控制[6]。目前絕大部分隔離開關(guān)尚不能滿足分合閘完全到位后再發(fā)出切換信號(hào)的要求[7]，一旦合閘時(shí)動(dòng)靜觸頭接觸量過少或分閘時(shí)絕緣距離不夠，而輔助開關(guān)已發(fā)出分合閘操作完成的信號(hào)，工作人員和電網(wǎng)的安全便會(huì)受到嚴(yán)重威脅。本文分析了一種126kV 全封閉隔離開關(guān)動(dòng)觸頭位置與輔助開關(guān)切換的時(shí)序關(guān)系，解決了隔離開關(guān)內(nèi)部一次設(shè)備和二次回路的配合問題。

1 分合閘過程輔助開關(guān)切換時(shí)序分析

1.1 隔離開關(guān)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

操動(dòng)機(jī)構(gòu)與花鍵軸連接與齒輪一起正反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪與動(dòng)觸頭上的直齒條嚙合，帶動(dòng)動(dòng)觸頭左右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分合閘操作。初始位置時(shí)動(dòng)觸頭縮進(jìn)支撐導(dǎo)體端部6mm，動(dòng)靜端開距52±2mm，靜觸指觸點(diǎn)距離靜觸頭端部12mm，動(dòng)觸頭端部倒角長度5mm，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。由于操動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部、傳動(dòng)、裝配等不可避免存在誤差，分合閘操作后動(dòng)觸頭一般不能和裝配時(shí)的初始位置（動(dòng)觸頭縮進(jìn)支撐導(dǎo)體端部6mm）保持一致，生產(chǎn)中一般要求分閘后動(dòng)觸頭不露出支撐導(dǎo)體端部即為合格。

圖1 隔離開關(guān)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

1.2 合閘過程分析

合閘過程主要考核輔助開關(guān)接點(diǎn)切換時(shí)間與動(dòng)靜觸頭接觸時(shí)間的先后順序，輔助開關(guān)切換時(shí)間遲于動(dòng)靜觸接觸時(shí)間，則電氣信號(hào)狀態(tài)與開關(guān)本體狀態(tài)一致，不會(huì)發(fā)生誤操作事故，反之則有發(fā)生誤操作事故的風(fēng)險(xiǎn)。

隔離開關(guān)設(shè)計(jì)行程為83±5mm，當(dāng)行程最?。?8mm）、動(dòng)靜端開距最大(54mm)、動(dòng)觸頭縮進(jìn)支撐導(dǎo)體距離最大(6mm)時(shí)合閘過程最為苛刻，此時(shí)合閘到位后動(dòng)觸頭與超過靜觸點(diǎn)1mm，即當(dāng)動(dòng)觸頭從起始位置運(yùn)動(dòng)77mm 時(shí)動(dòng)靜觸頭才能可靠接觸。當(dāng)行程最大、開距最小、動(dòng)觸頭縮進(jìn)支撐導(dǎo)體距離最小時(shí)合閘過程最為安全，動(dòng)靜觸頭可以安全接觸21mm，當(dāng)動(dòng)觸頭從起始位置運(yùn)動(dòng)67mm 時(shí)動(dòng)靜觸頭已可靠接觸。

從合閘特定曲線得出，合閘時(shí)動(dòng)觸頭行程為83.7mm，合閘過程中輔助開關(guān)切換時(shí)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)76.6mm，小于最小安全切換行程77mm，不能滿足一次接點(diǎn)先可靠接觸，二次接點(diǎn)才導(dǎo)通的安全要求。

圖2 隔離開關(guān)合閘特性曲線

1.3 分閘過程分析

分閘過程主要考核輔助開關(guān)觸點(diǎn)切換時(shí)動(dòng)靜觸頭的距離大小，距離大則滿足絕緣距離的要求；距離小則有可能發(fā)生擊穿放電事故。分閘行程和合閘行程保持一致的情況下，影響分閘輔助開關(guān)切換時(shí)動(dòng)靜觸頭距離大小的因素為初始位置時(shí)動(dòng)觸頭縮進(jìn)支撐導(dǎo)體的距離和動(dòng)靜端開距，動(dòng)觸頭剛好與支撐導(dǎo)體端部平齊、動(dòng)靜端開距最小時(shí)時(shí)為最苛刻的情況。

從分閘特性曲線（圖3）看出，隔離開關(guān)行程為84mm，輔助開關(guān)切換時(shí)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)73mm，此時(shí)動(dòng)觸頭尚未完全縮進(jìn)支撐導(dǎo)體內(nèi)部，而是凸出支撐導(dǎo)體11mm（圖4）。

建立隔離開關(guān)的有限元仿真模型，計(jì)算動(dòng)觸頭凸出支撐導(dǎo)體11mm 時(shí)隔離開關(guān)的電場分布情況，其中動(dòng)觸頭表面的電場強(qiáng)度為28.2kV/mm，超過最低功能SF6 氣體壓力下判據(jù)要求的25.8 kV/mm，此時(shí)輔助開關(guān)已發(fā)出隔離開關(guān)分閘完成的信號(hào)顯然與設(shè)備狀態(tài)不符。

圖3 隔離開關(guān)分閘特性曲線

圖4 輔助開關(guān)切換時(shí)動(dòng)觸頭狀態(tài)

圖5 改進(jìn)前電場計(jì)算結(jié)果

2 可靠性提升

2.1 改進(jìn)措施

隔離開關(guān)的可靠性主要體現(xiàn)在合閘輔助開關(guān)切換時(shí)觸頭能完全接觸且能夠承載滿載電流，分閘輔助開關(guān)切換時(shí)動(dòng)觸頭能完全分離且保證具備足夠的絕緣水平。改進(jìn)措施如下：

2.1.1 行程不變的情況下增大動(dòng)觸頭的超行程：修改靜觸指尺寸，將靜觸指觸點(diǎn)距離靜觸頭端部距離修改為10mm；

2.1.2 改善動(dòng)觸頭端部電場分布：觸頭端部圓角由R2 增大至R4；

2.1.3 控制裝配誤差：利用支撐導(dǎo)體固定孔的間隙，裝配時(shí)將動(dòng)靜端的開距控制在52±1mm 范圍內(nèi)；動(dòng)觸頭縮進(jìn)支撐導(dǎo)體的尺寸按照大于3mm 控制。改進(jìn)后的尺寸如圖6 所示。

圖6 改進(jìn)后隔離開關(guān)尺寸

合閘：改進(jìn)之后在最苛刻情況下合閘到位后動(dòng)觸頭與超過靜觸點(diǎn)4mm，動(dòng)觸頭從初始位置運(yùn)動(dòng)74mm 時(shí)已與靜觸頭可靠接觸，輔助開關(guān)切換時(shí)的行程為76mm，切換時(shí)的行程完全可以承載滿載電流。分閘：輔助開關(guān)切換時(shí)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)73mm，此時(shí)動(dòng)觸頭凸出支撐導(dǎo)體8mm，經(jīng)計(jì)算當(dāng)動(dòng)觸頭凸出支撐導(dǎo)體8mm時(shí)，電場強(qiáng)度降低至25kV/mm，滿足判據(jù)要求，計(jì)算結(jié)果見圖7。

圖7 改進(jìn)后電場計(jì)算結(jié)果

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了絕緣試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)等，全部通過試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖8 改進(jìn)后的驗(yàn)證試驗(yàn)

3 結(jié)論

本文分析了現(xiàn)有一種隔離開關(guān)分合閘過程中輔助開關(guān)接點(diǎn)切換時(shí)動(dòng)觸頭所處的位置，說明了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)隔離開關(guān)存在的安全隱患。通過修改動(dòng)、靜觸頭局部尺寸，并給出了出廠調(diào)試時(shí)的控制措施，在不增加產(chǎn)品成本的前提下，使隔離開關(guān)的實(shí)際狀態(tài)和電氣信號(hào)接近一致，并通過了試驗(yàn)驗(yàn)證，提高了隔離開關(guān)的可靠性。