高压交流隔离开关常见故障及治理

辛民清,冯学宽,贾晓辉

(沧州供电公司,河北 沧州 061001)

隔离开关在电力系统中起着隔离电源、改变系统运行方式、分合小负荷电流、进行倒闸操作等重要作用。由于其操作原理和结构较简单,通常没有严格的大修周期规定,按惯例一般随主设备大修而进行。但随着近几年断路器的无油化改造、无人值班变电站改造及变电设备由定期检修制向状态检修制的逐步过渡,主设备的大修周期在逐渐延长,因而运行中的户外式隔离开关出现的问题大幅上升,直接影响系统的供电可靠性和安全性。本文就交流隔离开关一些故障问题进行了分析,并结合问题提出解决办法。

1 高压交流隔离开关的技术要求

在电网中,高压交流隔离开关用来合、分无负荷的电路及电气设备,其功能主要包括实现输送电力和安全隔离的作用,即在合闸状态能可靠地通过正常工作电流和规定短时间内的异常(故障)电流,而在分闸状态时触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开点,使负荷侧电力设备与电源安全隔离[1]。隔离开关没有灭弧装置,不能用来接通和断开负荷电流。高压交流隔离开关是户外式结构,绝大多数处在比较恶劣的户外条件下运行,直接暴露在大气环境中工作,容易受到环境和气候条件的影响,产品设计和制造应充分考虑这个因素,以保证在雨、风、冰、雪、灰尘、严寒和酷热等条件下均能可靠地工作。

2 隔离开关常见故障及其解决办法

隔离开关运行中常见的故障类型有以下几种：瓷瓶断裂故障、机构问题、导电回路发热[2]。在系统运行中,隔离开关有比较多的缺陷和故障,涉及到多方面的问题。可以归纳为机构问题,包括操作卡涩以及合分闸不到位、锈蚀、进水受潮、润滑干涩、机构卡涩、辅助开关失灵等。这些缺陷不同程度上导致开关合分闸不正常,拒动和合分闸不到位;其次是导电系统接触不良使得导电回路发热异常,其原因是开关触头弹簧失效使接触不良或者是合闸不到位,刀闸导电部分材质差、导电回路松动、开裂等,还有即是导电回路结构不良的问题;对安全运行威胁最大的是瓷瓶断裂故障,影响最为严重。

2.1 瓷瓶断裂

发生这种故障的隔离开关尤以220 kV等级为多,有的发展成重大事故,所以影响极大,支柱绝缘子和旋转瓷瓶断裂问题历年来都有发生,有的是运行多年的老产品,也有刚投运才一年多的新产品。

绝缘子断裂与电瓷厂产品质量有关,也与隔离开关整体质量有关,绝缘子浇制不均等问题。此外还有水泥胶装的问题[3]。另外质检手段不严也给运行留下隐患,有缺陷和有隐患的绝缘子没有被检测出来,被组装成产品后,对安全运行构成极大的威胁。

2.1.1 典型瓷瓶断裂故障

1)2006年1月23日,沧州供电公司姚官屯站2911-5刀闸操作时,发生瓷瓶B相西侧下支持瓷瓶断裂故障,2911-5刀闸 B相西侧下支持瓷瓶的上法兰结合部位断裂,上支持瓷瓶连同导电部位,被导线悬在半空中,通过对断裂瓷瓶的断裂部分检查发现：断裂部位呈多片状粉碎,证明该部位质地已经变酥,在相对强度较为薄弱的瓷瓶与法兰的结合处达到了耐受极限,造成断裂。该刀闸是沈阳高压开关厂生产,投运日期是1994年 6月。支持瓷瓶厂家是长春电瓷厂,出厂日期是1994年 2月。

2)2007年 3月4日,沧州供电公司韩村站21-7隔离开关瓷瓶断裂。在运行中C相PT侧下节支瓶下法兰根部断裂,同时该相隔离开关与PT之间的引线支持瓷瓶因受力过大,于上节下法兰处断裂。缺陷原因：由于瓷瓶在生产过程中工艺把关不严,沥青涂层厚度得不到保障,瓷、水泥、铁由于不同的膨胀系数产生的过大的内应力,使得本来就脆弱的瓷瓶机械强度经受过度考验,该效应在长时间积累过程中,瓷瓶在法兰根部出现脆弱断面。

3)2010年 5月11日,邯郸供电公司 220 kV贺兰站停电检修预试,在挂2932-1刀闸地线时,2932-1刀闸C相开关侧支柱绝缘子发生断裂,上节绝缘子落地。该隔离开关为沈阳高压开关厂1997年4月产品,断裂的支持绝缘子为抚顺县电瓷厂产品。

2.1.2 避免瓷瓶断裂的方法

除了支持绝缘子外,旋转绝缘子断裂故障也时有发生,旋转绝缘子操作时主要受扭力作用,瓷瓶断裂事故至今仍不能有效的予以防止。

对瓷绝缘子断裂问题,必须要综合进行治理,首先从源头上抓起,绝缘子制造厂要严格工艺,稳定生产过程,每个绝缘子都应经过认真检验,保证合格品才能出厂。另外隔离开关制造厂要把好外购件关,加强检验,提高隔离开关整体质量。对同型号隔离开关在手动操作时比较其操作力矩,如出现操作困难,切忌强行进行操作。更好的方法是要开展隔离开关支柱瓷瓶缺陷检测新技术的试点和推广,进一步研究开发瓷瓶缺陷在线监测工作。建议在小修或大修检查时,应适当增加空载机械操作次数,以提高瓷瓶缺陷在停电操作中暴露的概率,有的检修时只操作2～3次,实在太少了,应加强超声波瓷瓶探伤工作。

2.2 机构问题

机构问题表现为拒动或分合闸不到位,往往在倒闸操作时发生。很多情况下故障不会扩大,现场可以进行临时检修和处理,当然会耽误停送电时间。发生问题的以老旧的 GW4、GW7型开关居多,还有 GW6隔离开关曾发生合闸后自动分闸故障(主要是平衡弹簧材质和工艺不良,甚至在运行中平衡弹簧锈断);GW10、GW11产品曾发生闸刀三相拐臂的角度调整不对,机构输出轴法兰角度调整不到位,扇型齿轮爆齿,导致万向节法兰与机构法兰连接螺丝被切断、机构的限位开关铸铁件被打断、分合闸不到位等故障。

隔离开关在出厂时或安装后刚投产时,合分闸操作还比较正常。但过不了多久,有的在一、二年后,就会出现各种各样问题。有的因机构进水,操作时转不动,有的会发生操作时连杆扭弯,甚至转动瓷瓶与滑线轴间已拧成麻花,还有的在连杆焊接处断裂而操作不动。总之,由于机构卡涩问题会引起各种故障。如2009年 6月4日,沧州供电公司220 kV双楼站 242-1隔离开关在进行分合闸操作时,操作连杆断裂、变形、松动脱落。其原因是：动静触头夹紧力和刀口表面干涩造成的摩擦力过大,刀闸转动部分锈蚀严重,导致分闸操作需要很大力矩;主极小拉杆两侧接头轴销位置存在高低差,即两侧轴销不在同一水平线上,传动时摩擦力增大。图1为双楼站 242-1隔离开关操作连杆断裂断面。该产品型号：GW7-252DW,长沙高压开关厂生产,出厂日期 2001年 9月,投运日期 2001年 12月。

图1 沧州双楼站 242-1隔离开关操作连杆断裂断面

操作失灵首先是机械传动问题,早期使用的机构箱容易进水、凝露和受潮,转动轴承防水性能差,又无法添加润滑油,长期不操作,机构卡涩,轴承锈死,强行操作往往导致部件损坏变形。另外,产品的传动结构设计不合理,操作阻力大也是重要原因。有些产品导电杆合闸限位与电动机配合不当,操作中造成涡轮开裂。有的 GW4型隔离开关的闸刀机构传动主轴与垂直传动轴连结,采用半圆柱吻合结构,在电动操作时由于半圆柱变形发生相对位移,使合分闸不到位。还有由于接地刀锈蚀,使轴销断裂而无法操作。此外还有辅助开关切换不到位或接点接触不良,导致电动操作失灵,辅助开关漏雨发生直流接地故障。这类问题,在设计制造阶段要进行认真的分析和试验研究,并且做好每一台开关的出厂试验,决不能把缺陷遗留到运行现场。

隔离开关机构箱进水以及轴承部位进水现象很普遍。金属零部件的锈蚀问题也十分严重,包括外壳、连杆、轴销、弹簧等。曾发现有的GW6开关的中间机构箱上的防雨罩竟会锈蚀到不能碰的情况。操作机构箱外壳也会严重锈蚀。加之润滑措施不当,导致机械传动失灵,导电接触系统造成接触不良。建议把机构箱改用不锈钢材料,对触头系统采用干润滑工艺,对转动部位做到全密封防水,以实现终生免维护。

2.3 导电回路发热

2.3.1 隔离开关发热原因及特点

①运行年限长,设备趋于老化,静触指压紧弹簧特性变坏,也可能是静触指单边接触,触头夹紧弹簧松弛变形,夹力不够导致部分触指与动触头不接触,使触指与动触头接触面减少,动静触头存在污垢,还有是长期运行后材料易氧化锈蚀接触电阻过大增加,触指上有明显的烧伤坑点而造成。②合闸不到位或剪刀式钳夹结构夹紧不良,合闸角度存在偏差,致使接触面不够,连接螺栓紧固不够或过度致使螺栓断裂。③迎峰度夏负荷较大时发热频繁。④常年处于稳定大负荷状态[4]。

2.3.2 隔离开关发热的处理

①进行温度监测,根据发热温度及发展速度决定是否需要向调度申请改变运行方式或减少负荷。②改变运行的方式。③检修。隔离开关检修一般更换静触头弹簧夹和烧伤触指,清除动静触头氧化层,清洗动静触头,涂导电胶,紧固螺栓,彻底的办法是更换静触头。采用动触头两步运动的转动式或插入式触头结构将使产品质量有所提高,用户加强维护和坚持红外监测是减少和发现导电回路发热故障的有效手段。希望通过厂家和用户的共同努力,使国产高压隔离开关的产品质量和运行水平得到提高。以下为几例刀闸过热故障。

1)2007年 6月 7日,沧州供电公司双楼站 144-5刀闸 B相刀口过热 120°,C相刀口过热 100°。检查发现144-5刀闸B、C相刀口都已有烧伤的痕迹,于是对三相导电部分进行更换。其中 B相中间位置触指已严重过热,颜色变为暗红色,触头烧伤面积 50%,烧伤深度约 3 mm,触指无异常。缺陷原因：长沙开关厂 2001年生产的 GW4-110型刀闸,产品质量存在一定的问题,比如非镀银层,材质的杂质过多等。

2)2008年6月 18日,沧州供电公司姚官屯197-1刀闸刀口放电,2008年 6月 19日,检查发现 197-1刀闸 C相刀口烧损放电严重,将原三相导电杆更换。

缺陷原因：长沙导电杆触头采用劣质黄铜,运行中频繁出现放电、过热故障。投运时间2002年 10月,生产厂家为长沙开关厂。

长沙开关厂 2002年前产 GW4-110型刀闸问题较多,主要导电部分为劣质黄铜,导电材质差。图2为姚官屯站197-1刀闸刀口烧伤情况。

图2 沧州姚官屯站197-1刀闸C相刀口烧伤情况

3 隔离开关的运行巡视、维护及检修建议

巡视工作是发现设备缺陷的有效手段,检修、运行人员巡视中多次发现接点处有微微蒸汽,然后测温发现过热点,尤其在特殊天气组织人员巡视,检查接点有无冒汽,雪水融化,设备上有无悬挂物等。应每月对端子箱、端子排清扫,清除浮灰,堵洞,用丙酮擦除机构部分油垢,检查三相动力电源及激励电源是否正常,处理操作失灵等缺陷。每次设备停电,都安排检修人员对隔离开关支撑瓷瓶及相关的独立支撑瓷瓶进行防污清洗,采用灰垢型清洗剂涂在瓷瓶上,数分钟后即可擦干净,然后用清水湿布擦几遍即可。对加热器进行改造,对端子箱、操作箱加装密封圈。在维护中发现端子松动,保险熔断,小开关接触不好,接地刀闸辅助接点转换不良等故障,都应及时给予处理。每年冬季来临之前,对GW7-220型隔离开关支柱瓷瓶下部铸铁钻孔进行疏通,保证出水正常,防止结冰冻裂设备。

检修方面的建议：①年度开关单元检修时,加强对 220 kV母线隔离开关检修,应列入计划和规定;②隔离开关触头弹簧部件更换或整个静触头的更换应该视老化程度缩短周期;③动静触头接触面的电阻是发热的主要原因,检修后隔离开关导电回路电阻测量也是检验检修质量的手段,合格与否作为检修设备投运的条件;④接点在线温度监测是发现接点发热的主要手段,设备接点发热比较隐蔽,巡视发现较为困难,在线测温应进一步加强——重点测温是对普测发现温升超过一定值的部位定期进行测温,疑点测温就是负荷较大时对大负荷点及可能发热的部位进行在线测温;⑤建立接点过热的有关规定;⑥隔离开关接触器很多无防护罩,运行中容易发生误碰,应考虑补装完善。此外,运行维护中要注意端子的紧固,箱门的密封圈易老化,要经常更换,良好的密封可减少维护工作量。

4 结语

通过对部分隔离开关故障引起的事故的了解,对造成设备损坏甚至大面积停电的现象,我们必须加以足够的重视。应加强工艺质量管理,根据设备自身结构进行灵活处理;对于日常巡视,应及时掌握设备运行状况,加强运行监测,发现故障尽快查明原因并排除隐患,保障电网安全可靠运行。随着科学技术的不断进步,隔离开关的不断完善,性能不断提高,建议各单位以安全为基础,对设备进行完善化和更换,保证系统的稳定性和安全性。

[1]电力行业职业技能鉴定指导中心.变电检修 [M].北京：中国电力出版社,2002：96.

[2]湖南省电机工程学会组.GW4系列高压交流隔离开关检修工艺 [M].长沙：湖南科学技术出版社,1999：114-115.

[3]湖南省电机工程学会组.GW7系列高压交流隔离开关检修工艺 [M].长沙：湖南科学技术出版社,1999：43.

[4]湖南省电机工程学会组.GW5系列高压交流隔离开关检修工艺 [M].长沙：湖南科学技术出版社,1999：94-95.