變電站電動(dòng)GW16型刀閘合閘不到位故障分析及處理

黃鳳萍

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 惠州供電局，廣東 惠州 516001）

0 引 言

變電站的電動(dòng)刀閘多為戶外式，工作人員操作刀閘時(shí)有時(shí)不能一次性合閘到位，需多給幾次合閘命令后刀閘才能合閘到位，甚至還會(huì)出現(xiàn)刀閘拐臂輕微彎曲等合不直現(xiàn)象，這可由變電站智能巡檢機(jī)器人清晰自動(dòng)識別[1]。刀閘觸頭處于半合位置時(shí)，接觸狀態(tài)不良，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱或放電故障，嚴(yán)重威脅設(shè)備和電網(wǎng)的安全。文獻(xiàn)[2]提出一種可識別接觸狀態(tài)是否良好的隔離開關(guān)分合位置判別方法。文獻(xiàn)[3]提出刀閘在倒閘操作中常見的故障可分為一次設(shè)備故障和二次回路故障兩種類型，若是刀閘二次回路限位開關(guān)不正常，那么將導(dǎo)致刀閘合閘不到位。工作人員用110 kV或220 kV刀閘操作把手完成手搖操作后即可將刀閘操作到位。運(yùn)行一段時(shí)間后，刀閘上的黃油容易沾滿沙塵并變干變黑，導(dǎo)致刀閘一次部分機(jī)械構(gòu)件出現(xiàn)銹蝕卡澀現(xiàn)象。若是刀閘在倒閘操作過程中由于一次部分機(jī)械構(gòu)件存在銹蝕卡澀現(xiàn)象，會(huì)造成電機(jī)電源缺相空轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致刀閘拐臂輕微彎曲等合不直問題。變電站暫時(shí)還未研制出一套修正輔助專用工具。

目前，變電站特別是巡維中心的倒閘操作較多，如果刀閘在倒閘操作過程中一次部分機(jī)械構(gòu)件存在銹蝕卡澀而引起電機(jī)電源缺相空轉(zhuǎn)，則會(huì)導(dǎo)致刀閘長時(shí)間拐臂輕微彎曲合不直運(yùn)行，且影響電網(wǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]?，F(xiàn)對待此類故障只能停電處理，將刀閘轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)，這涉及線路和倒母線等，需考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式。若待計(jì)劃停電時(shí)再檢修刀閘需要等待的時(shí)間過長，勢必嚴(yán)重影響電網(wǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文特別針對電動(dòng)GW16垂直單臂伸縮型刀閘，采用CAD軟件設(shè)計(jì)并研制出一套刀閘合不直修正輔助專用工具，已經(jīng)應(yīng)用于變電站。

1 電動(dòng)GW16型刀閘主閘刀的基本結(jié)構(gòu)原理

電動(dòng)GW16型刀閘是單斷口的垂直伸縮單臂折架式戶外交流高壓刀閘，分閘時(shí)主閘刀系統(tǒng)合攏折疊，與其正上方的靜觸頭之間形成清晰醒目且有足夠空氣間隙的可靠隔離斷口。合閘時(shí)如手臂伸直一樣，在完全伸直后，動(dòng)觸片夾住靜觸桿。其具有結(jié)構(gòu)緊湊、外觀簡潔、分閘后不占用相間距離以及進(jìn)出線相互垂直且不在同一高度等特點(diǎn)。

電動(dòng)GW16型刀閘主閘刀的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它的運(yùn)動(dòng)過程由折疊運(yùn)動(dòng)和夾緊運(yùn)動(dòng)兩部分復(fù)合而成。

圖1 GW16型刀閘主閘刀結(jié)構(gòu)原理圖

折疊運(yùn)動(dòng)指的是合閘時(shí)由電動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)瓷瓶23逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)瓷瓶23通過一對傘齒輪21帶動(dòng)連桿20使主閘刀向合閘方向運(yùn)動(dòng)，操作桿15與下導(dǎo)電桿14做相對運(yùn)動(dòng)，齒條12推動(dòng)與上導(dǎo)電桿6結(jié)合成一體的齒輪11旋轉(zhuǎn)，使上導(dǎo)電桿6向合閘方向運(yùn)動(dòng)，直到合閘完成[5]。

夾緊運(yùn)動(dòng)指的是在合閘過程中，當(dāng)隔離開關(guān)在接近合閘位置（快要伸直）時(shí)，滾輪10開始與齒輪箱13上的斜面接觸，并沿斜面繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，與滾輪10相連的頂桿7克服復(fù)位彈簧5的反作用力向上推移，同時(shí)動(dòng)觸頭座4內(nèi)的對稱式滑塊增力機(jī)構(gòu)將頂桿7的推移運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成動(dòng)觸片2的相對鉗夾運(yùn)動(dòng)。當(dāng)靜觸頭1被夾住后，滾輪繼續(xù)沿斜面上移3～5 mm，直至完全合閘。在此過程中，由于頂桿設(shè)計(jì)成推壓柔性桿，因此原已被壓縮的夾緊彈簧8被第二次壓縮，并作用于端桿上，使頂桿獲得一個(gè)穩(wěn)定的推力，從而使動(dòng)觸片2對靜觸桿保持一個(gè)穩(wěn)定的夾緊力。

開始分閘時(shí)，滾輪沿斜面向外運(yùn)動(dòng)，直至脫離斜面，此時(shí)在復(fù)位彈簧的作用下，頂桿帶動(dòng)動(dòng)觸片張開呈“V”形。

2 電動(dòng)GW16型刀閘合閘不到位的故障現(xiàn)象和原因分析

變電站倒閘操作特別是倒母線操作過程中，如果刀閘的動(dòng)觸頭觸指鉗與靜觸頭靜觸桿夾的不夠緊，那么在合閘過程中動(dòng)觸頭即將與靜觸頭接觸時(shí)會(huì)上下擺動(dòng)，抵觸靜觸頭的上彈簧觸齒而造成刀閘合閘不到位現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)刀閘拐臂輕微彎曲等合不直現(xiàn)象，如圖2所示。刀閘在合閘過程中由于部分機(jī)械構(gòu)件存在銹蝕卡澀引起電機(jī)電源缺相空轉(zhuǎn)進(jìn)而導(dǎo)致刀閘拐臂輕微彎曲等合不直問題，會(huì)帶來很大的安全隱患。

圖2 GW16型刀閘主閘刀合不直故障現(xiàn)象

判斷電動(dòng)GW16型刀閘合閘是否到位主要看刀閘曲折處是否合攏緊、動(dòng)觸片和靜觸頭之間是否接觸良好、中間拐臂連接叉板內(nèi)側(cè)滾輪是否鉤緊、靜觸頭是否夾緊并完全進(jìn)入上導(dǎo)電管的觸指中以及上下導(dǎo)電管是否伸直且與水平面垂直。

由于刀閘機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接暴露在空氣中，經(jīng)受日曬雨淋，受環(huán)境影響較大，平時(shí)操作次數(shù)較少，軸銷和軸承等傳動(dòng)部位缺少潤滑和相對運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)械構(gòu)件銹蝕卡澀現(xiàn)象。長期卡澀會(huì)使刀閘傳動(dòng)桿產(chǎn)生損耗，引起刀閘拐臂連接板輕微彎曲，彎曲的連接板帶動(dòng)拐臂旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生扭曲，使旋轉(zhuǎn)軸與連接板發(fā)生硬摩擦，從而造成刀閘合不直的問題[6]。

GW16型刀閘外部傳動(dòng)部件雖涂有黃油或凡士林，但夏天黃油或凡士林暴曬后容易流失，冬天潤滑油和灰塵、鐵銹等結(jié)成干枯的硬層導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)卡澀[7]。加之零部件制造誤差，防銹處理工藝不良及運(yùn)行過程中摩擦或磨損等因素，許多設(shè)備的零部件鍍層脫落，出現(xiàn)銹蝕變形并導(dǎo)致操作出現(xiàn)傳動(dòng)卡滯，降低了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度，導(dǎo)致主閘刀導(dǎo)電管合不直或分閘合閘不到位等，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[8]。

除此之外，絕緣齒輪和滾輪因材質(zhì)差而磨損破裂卡死或上導(dǎo)電管頂桿發(fā)熱，吸引灰塵雜質(zhì)跟滲水形成銅綠，增大摩擦力且減少傳動(dòng)力，也會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)GW16型刀閘主閘刀合不直[9,10]。

3 電動(dòng)GW16型刀閘合閘不到位的故障處理措施

對于刀閘在倒閘過程中出現(xiàn)的三相合閘不到位或三相合閘不同期等情況，運(yùn)行人員必須高度重視，杜絕刀閘因接觸不良而發(fā)熱并引發(fā)觸頭燒熔或燒損事故。運(yùn)行人員在操作合閘刀閘后，若發(fā)現(xiàn)三相不能完全合閘到位或三相合閘不同期應(yīng)及時(shí)拉開，同時(shí)再重新合上刀閘。針對刀閘重復(fù)操作后上述情況依然存在，文獻(xiàn)[11]提出的刀閘合閘不到位處理措施是操作者應(yīng)佩戴絕緣手套，通過絕緣棒將刀閘三相接頭頂?shù)轿?，便可在下次?jì)劃停電時(shí)處理。110 kV及以上的刀閘若重復(fù)操作仍合閘不到位，則應(yīng)匯報(bào)給上級主管部門以安排停電檢修。倒閘操作時(shí)，如果隔離開關(guān)沒合到位，那么允許用絕緣桿進(jìn)行調(diào)整，但要加強(qiáng)監(jiān)護(hù)。文獻(xiàn)[12]提出操作人員用絕緣棒將隔離開關(guān)頂?shù)较鄳?yīng)位置，文獻(xiàn)[13]提出一種使用配套工器具的刀閘帶電作業(yè)方法，為刀閘帶電檢修開辟了新的研究方向。

如果合閘時(shí)發(fā)生電動(dòng)GW16型刀閘觸頭三相到位但輔助開關(guān)觸點(diǎn)翻轉(zhuǎn)不到位的情況，可采取推合傳動(dòng)連桿使得輔助開關(guān)觸點(diǎn)翻轉(zhuǎn)到位的措施，若輔助開關(guān)觸點(diǎn)翻轉(zhuǎn)仍不到位，則應(yīng)將刀閘拉開并停止操作，將此情況匯報(bào)給上級主管部門。

若是刀閘二次回路限位開關(guān)故障導(dǎo)致刀閘合閘不到位，運(yùn)行人員用110 kV或220 kV刀閘操作搖把進(jìn)行手搖操作后刀閘就可到位，外拉聯(lián)鎖繼電器的操作板并插入手搖搖把，然后松開操作板，便可進(jìn)行手搖操作。

4 電動(dòng)GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具的設(shè)計(jì)及研制方案

用CAD軟件設(shè)計(jì)并研制出一套刀閘合不直修正輔助專用工具，用3節(jié)可拆卸的絕緣桿組成絕緣操作棒，便于攜帶和存放。正面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 電動(dòng)GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具CAD設(shè)計(jì)正面結(jié)構(gòu)圖

此工具主要由絕緣操作棒和爪型彎頭構(gòu)成。絕緣操作棒包括第一絕緣桿、第二絕緣桿及第三絕緣桿，3個(gè)絕緣桿的連接依次可拆卸。爪型彎頭包括連接桿、第一彎頭、第二彎頭以及第三彎頭，3個(gè)彎頭分別固定連接于連接桿的第一端。連接桿的第二端固定連接于第一絕緣桿遠(yuǎn)離第二絕緣桿的一端。第一彎頭、第二彎頭及第三彎頭的一端均為勾狀結(jié)構(gòu)，且第二彎頭與連接桿一體成型。連接桿的直邊端通過螺絲套設(shè)和燒焊連接固定在第一絕緣桿上，3個(gè)彎頭分別燒焊連接固定在連接桿上。第一絕緣桿、第二絕緣桿及第三絕緣桿之間通過螺紋旋鈕連接，第一勾狀結(jié)構(gòu)、第二勾狀結(jié)構(gòu)及第三勾狀結(jié)構(gòu)在同一平面，第一拉桿和第三拉桿在同一平面。

本文所研制的爪型彎頭可鉗住刀閘動(dòng)觸頭上下導(dǎo)電管的拐臂連接叉板并將其拉直，使得刀閘合閘操作到位，如圖4所示。該操作無需停電即可進(jìn)行，解決了刀閘合不直的問題，為檢修維護(hù)人員減輕負(fù)擔(dān)，提高工作效率。

圖4 現(xiàn)場試驗(yàn)圖

現(xiàn)場電動(dòng)GW16型刀閘是垂直伸縮單臂折架式刀閘，結(jié)合實(shí)際情況計(jì)算出所設(shè)計(jì)的爪型彎頭需折彎約45°才能滿足操作需要，折彎后的爪型頭如圖5所示。

圖5 折彎45°后的爪型頭

此工具經(jīng)拉力測試和工頻耐壓檢測合格后投產(chǎn)使用，日常存放在安全工器具操作間，每年跟其他安全工器具一起接受工頻耐壓試驗(yàn)，并定期更新試驗(yàn)合格標(biāo)簽。

5 電動(dòng)GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具試驗(yàn)結(jié)果與分析

為驗(yàn)證所提出GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具修正方法的有效性，將其應(yīng)用于現(xiàn)場操作。結(jié)果只需約15 min便可將刀閘上下導(dǎo)電臂中間接頭連接叉板拉直，無需申請停電就能處理刀閘合不直的問題，大大節(jié)省了維修時(shí)間，提高了倒閘操作效率[14]。電動(dòng)GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具現(xiàn)場操作如圖6所示。

圖6 電動(dòng)GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具現(xiàn)場操作圖

6 結(jié) 論

闡述電動(dòng)GW16垂直單臂伸縮型刀閘主閘刀的基本結(jié)構(gòu)原理，分析GW16垂直單臂伸縮型刀閘合不直的故障現(xiàn)象和原因，并給出相關(guān)故障處理措施。用CAD軟件設(shè)計(jì)一套GW16垂直單臂伸縮型刀閘合不直修正輔助專用工具，解決了刀閘在合閘過程中由于一次部分機(jī)械構(gòu)件存在銹蝕卡澀造成電機(jī)電源缺相空轉(zhuǎn)導(dǎo)致刀閘拐臂輕微彎曲等合不直問題，實(shí)際應(yīng)用效果良好，可以為相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員提供借鑒。