隔离开关故障分析及其完善化改造策略

朱道敏+张伦+洪毅+付贤东

摘要：在作为变电站中用量最大的设备，隔离开关长期以来故障频发而得不到根本解决。本文对40.5～220kV高压隔离开关在运行中所反映出的导电回路过热、操作失灵、瓷瓶断裂和破损进行原因分析；指出了高压隔离开关在改造和检修维护等方面存在的问题，并结合近几年在高压隔离开关完善化工作提供参考建议。

关键词：变电站；高压隔离开关；故障；完善化改造

引言

隔离开关是变电站中使用量最大、应用范围最广的高压设备。其工作原理直观，结构相对简单，技术门槛较低，制造部门往往将之作为一种简易电器进行粗放型生产，对产品设计、选材、加工工艺、组装调试和质量控制等均不够重视，使产品的性能和质量提升较慢。实际工作中受运行条件的影响，容易产生机械或电气方面的故障。同时隔离开关本身型号众多，没有统一的的检修规程，尤其是母线分段隔离开关基本没有检修的时机。而行之有效的在线检测手段仅有红外热像仪测试导电部分温度仅能发现众多缺陷中的小部分，致使长期以来高压隔离开关故障频发而又得不到根本的解决，严重威胁着电力系统的安全运行。

1 40.5～252kV高压隔离开关故障分析

目前，40.5～252kV高压隔离开关在运行中所反映出的主要问题均与此5类缺陷相关，导电回路故障主要表现为导电接头过热、传动部分、转动部分和操作机构故障主要体现为操作失灵，瓷瓶故障主要为瓷瓶断裂或破损裂纹。如果这5类故障不能得到彻底解决，高压隔离开关的运行可靠性就不可能得到根本改变。

1.1 导电接头过热

导电回路过热是高压隔离开关长期以来未能彻底解决的问题。导电回路过热主要由触头弹簧、镀银层及接触部位引起，高压隔离开关的工作电流超过70%就可能发生过热。触头弹簧与触头之间未采取绝缘措施，导致电流流过弹簧分流使弹簧过热退火失去弹性，造成触头与导电杆接触不良而发热。触头弹簧长期处于压紧或接紧的工作状态会发生疲劳，随着运行时间的加长慢慢失去弹性，甚至会产生永久变形，造成触头接触不良。另外触头弹簧的长短和弹性大小不一也是造成触头发热的原因之一。触头的每个触指在运行中电流的分布会因压力不同而不同，差别越大电流分布越不均匀，长期运行后就会发生接触不良而过热。触头的发热是恶性循环，一个触指接触不好就会漫延整个触头接触不良。

1.2 操作失灵

高压隔离开关在操作过程中发生操作失灵、拒分、拒合、分合闸不到位以及传动部件损坏变形等故障约占总故障的一半以上。主要原因有三：

转动轴承和传动连接设计不合理，轴承不密封、使用黄油作为润滑、传动联杆之间的连接没有润滑措施、随着运行时间的增长和操作次数增加，润滑脂干燥和流失，轴承和轴销锈蚀和磨损，造成转动部件卡滞、传动特性改变。部件加工公差大，不能保证传动部件之间的精确配合，导致传动不稳定。据了解隔离开关在厂内不进行整台组装和调试，操动机构与基座的连接、三相水平拉杆的连接等均在安装现场进行，其安装调试质量很难保证。高压隔离开关的安装基础，包括安装支架（水泥杆或金属支架）均由设计院设计、基建单位施工，开关厂只负责隔离开关基座及以上部分。而基础和支架的施工质量会影响到隔离开关的机械操作性能，目前操动机构在现场与本体装配，水平拉杆在现场加工装配，这不但增加了安装的难度而且也不能保证装配质量，从而造成大批隔离开关安装完成后机构传动不畅、操作力矩大。因此，有许多隔离开关在投运前已经存在操作传动不灵活的先天不足。

二次回路的可靠性将直接影响高压隔离开关的动作可靠性，辅助开关和行程开关切换不到位或者接点接触不良均会造成隔离开关拒动。接线端子接触不良、接触器不吸合、电动机烧坏、二次线绝缘破坏等会造成远方操作失灵。

由于连杆、轴销、弹簧、螺栓、螺母、法兰、底座、等金属部件没有采取防锈处理工艺，锈蚀使转动和传动联结卡涩，零部件机械强度降低，部件损坏变形，转动和传动连接卡滞而分合闸不到位，操作力增大，锈蚀问题是造成操作失灵的最大隐患。

1.3 瓷瓶断裂

隔离开关在运行中或操作时发生瓷瓶断裂故障是危害性最大的一种故障，它往往会造成短路而引发停电等重大事故，还会损坏相邻的设备或伤及操作人员。瓷瓶由于制造过程中直线度、同轴度和平行度偏差过大会造成支持瓷瓶和旋转瓷瓶长期承受一个额外的弯距作用，使操作力矩的加大，导致瓷瓶折断。

2 高压隔离开关完善化和成果

高压隔离开关完善化改进也就是针对上述几个方面的问题，从结构设计、材料及元件的选用、制造工艺以及试验检测等方面，采取相应措施加以解决。

2.1 触头改进

触指末端与触座之间增加软连接，使触指末端的滑动接触改为固定接触，提高导电可靠性。触指弹簧改为外置式，或者将内置式弹簧采取绝缘措施，以避免弹簧分流。采用新的触头结构，将触片一端与触座固定，另一端内弯成喇叭口，靠触片变形及弹簧产生接触压力。

接线座由滚轮式滑动接触改为软连接。取消铜铝接触处的铜铝双金属板，采取镀银或镀锡措施。

2.2 转动部件改进

轴承支座改为密封结构.防止雨水潮气侵入及润滑脂流失；轴承内填满二硫化钼锂基脂，防止滾珠轴承生锈。将传动部件的销轴改为不锈钢，轴套改为复合自润滑轴套，底座采用热镀锌处理，轴承支座由铸钢改为锅合金铸件等。

2.3 传动部件改进

将操作绝缘子支座由法兰与传动轴用弹性圆柱销联接改为整体精铸件，克服了原结构因弹性圆柱销受力大，可能产生间隙或断裂问题。将三极联动拐臂与轴联接的月牙键改为圆头平键。水平连杆及垂直连杆改用U形螺栓联接，可实现无级调角，现场不用配焊。在下导电管内拉杆下端增加一套调整装置，使合闸时导电管方便调直。

3 高压隔离开关完善化和成果

国家电网公司2004年开始要求对在运不符合要求的高压隔离开关进行技术改造，新建、扩建和改进工程中所选用的高压隔离开关必需是经过完善化技术审查和满足《关于高压隔离开关订货的有关规定》的产品。近年来孝感公司高压隔离开关完善化工作逐步推进，通过大修和技改项目已完成主网220KV变电站各电压等级隔离开关的导电、转动部分大修或整体更换，使运行中的隔离开关健康水平和运行可靠性得到极大的改善和提高，设备故障率明显下降，完善化工作的效果显著。但正因为隔离开关运行环境和自身结构特点决定了其改造不可能是一劳永逸的，经过一定的运行周期，上述故障仍然会大概率重现。在制订大规模隔离开关改造的过程中需要有组织的进行，首先对改造范围内隔离开关进行状态评价，依据状态评价的各部件评分表归纳统计，按扣分情况划分故障频率，对频率高的部件技术合同中应作更严格的约束。对整体评价良好的隔离开关即使某些部件不满足要求可暂缓进行；其次招标选型要按照“关于高压隔离开关订货的有关规定要求执行，从源头把好质量关；最后尽量进行整组更换形式的彻底改造，以避免不良装配。

4 结语

只有充分了解高压隔离开关在运行中出现的各种故障现象及原因，并熟练掌握了相应的故障发生时的处理，才能有针对性地强化制造、安装工艺控制和制定合理的检修措施，提高专业管理水平，降低故障率，保证电力系统的安全运行。

作者简介：

张伦（1982-）工程师，技师。主要研究方向为电力系统继电保护

参考文献：

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简述隔离开关的故障措施和检修管理

胡俊雨 机电信息2011年第3期总第285期