敞开式隔离开关发热故障分析及防范措施

张丽娟，张 雷，刘 冰，赵利富，张 凯

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引言

隔离开关是供电线路在无载流情况下进行切换和对被检修的高压母线及其他电气设备与带电线路进行电气隔离的电器，是电力系统输变电设备中用量最多的一种设备，通常是高压断路器的2～4倍［1］。敞开式隔离开关运行于户外环境，运行条件不佳，容易在机械或电气方面产生故障。随着设备运行时间的增长以及系统负荷增加，隔离开关故障引起的停电事故呈上升趋势。敞开式高压隔离开关运行故障引发的电网稳定问题越来越受到电力部门的关注［2］。

据调查，国内户外隔离开关在电网运行中出现的问题，主要集中在4个方面［3］：导电部分接触不良，引起过热或者烧损；操作不灵活，支柱瓷瓶断裂；电动机构中的电气元件质量不佳，引起操作故障；表面处理质量差，引起构件锈蚀。在这几种故障类型中，隔离开关发热故障是最常见的一种。对近几年变电站敞开式隔离开关出现的发热故障问题进行分析，提出应对隔离开关发热故障的防范措施。

1 发热故障分析及处理

隔离开关易出现发热缺陷的位置大部分位于开关口，动静触头接触处及周围。引起发热最主要的因素为接触面接触不良。隔离开关由于长期运行引起氧化、锈蚀等因素而引起局部过热；由于安装工艺问题，动静触头贴合不紧密、开关闭合不到位、触头连接螺栓松动、开关接触面表面抗氧化处理不到位等引起运行中的发热现象；由于产品设计工艺问题，使得动静触头接触面积较小，引起电流致热型发热缺陷，或是开关软连接设计裕度不足等原因引起发热；在产品质量方面，出现弹簧易老化和损坏等现象引起隔离开关开关口处发热。此外，在隔离开关导电臂、动静触头接线板及软连接位置也是易发热点。

1.1 动静触头接触面脏污氧化

1.1.1 原因分析

隔离开关动静触头长期处于断开状态时会受到环境污染，由于表面氧化及脏污物的作用，在接触面上构成电阻率较高的覆盖层，使隔离开关闭合后造成触头过热［4］，如图1所示。开关导电部位表面抗氧化处理不到位，如图2所示，空气中水汽、杂质易侵蚀，灰尘和水分进入间隙中，附着在接触面上，增加了导电回路的接触电阻，引起接触面发热造成接触电阻增大。动静触头接触面有不平或损坏，造成接触不良，或由于隔离开关操作频繁，在断开、闭合过程中，动静触头间产生的电弧会烧蚀接触面，造成接触不良，进而会在动静触头接触处产生较大缝隙，容易引起接触面脏污、氧化，引起隔离开关发热。

1.1.2 处理方法

在设备安装时，严格做好接触面抗氧化处理；在停电检修时，注意检查动静触头表面情况，采取去污、清洁、打磨等措施。针对动静触头接触面不平，或由于电弧烧蚀造成的接触不良，严格把关设备验收质量；对烧蚀面积较小、烧蚀深度较浅的接触面，进行停电打磨、清洁，严重者进行更换处理。同时，对隔离开关加强监视，定期开展红外测温，对脏污的隔离开关，制定相关安全措施进行带电清扫等工作。

受环境污染，开关动静触头接触表面脏污严重，停电处理发热开关口，处理前后的对比如图3所示。

图1 隔离开关触头接触面发热

图2 隔离开关氧化

图3 开关动静触头接触面清洁处理

1.2 触头触指弹簧失效

1.2.1 原因分析

隔离开关触头触指弹簧的作用为固定触指，以及保证触头与触指接触面之间有足够的接触压力。隔离开关在闭合位置时，触指靠弹簧的拉力来保证与触头间有足够的接触压力以及较小的接触电阻［5］。

当隔离开关闭合运行时，由于长时间处于闭合状态，会使触指弹簧长期处于拉伸状态。如果弹簧质量不好，弹性性能达不到要求，弹簧极易产生疲劳现象，进而使触头与触指间接触压力减小，接触电阻增大，接触处将温度升高导致发热现象。弹簧受热后，弹性性能将继续降低，最终导致弹簧失去弹性，隔离开关触头温度急剧升高，如图4所示，以致引起触头烧损［5］。同时，由于触头与触指间接触压力减小，触指容易进水受潮，弹簧发生锈蚀，如图5所示，锈蚀严重时，在外力作用下弹簧断裂，接触电阻增大，隔离开关发生过热故障。

图4 触指失效夹紧力不足引起发热

图5 触指弹簧发生锈蚀

1.2.2 处理方法

加强巡视，运用红外测温技术检测运行隔离开关各易发热点的温度；结合设备停电，仔细检查隔离开关导电回路的各个接触点，尤其是触头与触指接触处，观察触头及触指有无过热、烧损现象，并检查弹簧有无疲劳现象。检查弹簧疲劳现象，先肉眼检查弹簧的外观，无异常后，再用手捏两端的触指，观察弹性状况，若感觉弹性不佳，可将弹簧拆下检查并进行弹性测试，对失去弹性的触指弹簧应及时进行更换。判别触指弹簧性能好坏，外观检查应无锈蚀、无过热、不变形性，拉伸时有弹性［6］。

开关触指弹簧生锈会失去弹性，致使开关动静触头接触压力减小，导流部件接触不良。因触指弹簧弹性失效引起的设备发热处理方法：严格进行触指弹簧质量验收，供应厂应保证触指强度合格，触指弹簧质量及材质符合要求；提高检修工作质量，检修时重点检查导电回路触头弹簧的弹性状况，更换弹性不良或锈蚀严重的触指弹簧；检查触指有无变形、过热、变色等异常现象，并清扫接触面。

1.3 触指定位端子与基座接触不良

1.3.1 原因分析

在隔离开关触指基座的尾部有1个定位端子，用于紧固触指与基座。当隔离开关处于断开状态时，静触头触指与触指座的接触是面接触，接触良好，无缝隙；当隔离开关处于闭合状态时，动触头顶入触指中，触指前部被顶起，触指尾部与触指座相接触，触指与基座间会产生缝隙，接触不良，如图6所示。当隔离开关的触指弹簧弹性减弱时，触指与触指座将因接触不良而过热，最终导致触头发热，触指烧损。

图6 隔离开关状态

1.3.2 处理方法

改进触指座，在触指与基座之间增加软连接，如图7所示。一端与触指座固定，一端与触指固定，这样导电回路由原来的触指到触指座，改为由触指到软铜带，再由软铜带到触指座，保证在任何情况下触指与触指座间均有可靠的导电回路。软铜带由螺钉紧紧地固定在触指座和触指上，保证了接触面的清洁，减少发热概率。

1.4 隔离开关闭合不到位

在进行隔离开关闭合操作时，会出现闭合不到位现象。隔离开关闭合不到位时，两导电杆不在一条线上而呈“八”字形，如图8所示，存在动静触头单边接触的现象，使得接触面减小了一半，当接触处流过大电流时，引起过热。

图7 隔离开关改进软连接

图8 隔离开关闭合不到位

处理方法：调整开关导电臂，保证动、静触头中心线一致，开关闭合位置时应成一条直线，刀臂应水平，动触头上、下外露部分应相等。

1.5 隔离开关连接螺栓松动

隔离开关受安装工艺质量影响，各导电部分连接螺栓紧固力矩不符合产品设计要求，例如，动触头软连接紧固螺栓松动、基座接头螺栓松动、触指底部与固定板连接松动等都会引起隔离开关发热故障。

处理方法：提高设备安装工艺质量；对各连接螺栓做紧固检查，确保力矩值符合要求，并做紧固标记；加强日常巡视及红外检测。

2 发热故障防范措施

为降低由隔离开关发热引起的故障概率，提高设备安全运行可靠性，需要从设备制造、安装工艺、运行维护等方面，采取相应防范措施［3］。改进产品设计工艺，提高设备制造质量；提高安装工艺及设备验收质量；加强运行、维护和检修工作质量。

在产品设计方面，进行触头改进工艺。原来动触头触指为细铜片，而且只有3个触指，载流面过小，现更换为5个触指动触头，载流面增大，导流能力增强。

设备运行维护方面：对设备进行例行测温，快速准确地对设备发热和位置进行判定，从而可以对异常设备进行针对性处理；对投运年限过长的设备加强设备及相关参数检查，投运年限过长的设备机械性能将下降、易老化，日常运维管理工作中需加强此类设备的巡视检查，有针对性地进行故障排查；重要设备停电检修期间需要加强对设备的特巡测温工作，在停电前重点检查停电检修设备有无发热现象，发现缺陷后及时上报，根据现场实际结合停电一并消缺，在设备停电检修期间，安排值班人员每日进行1次巡视测温，送电结束后安排人员进行跟踪测温；定期开展带电测试红外测温，重点排查易发热点，并制定针对性的预防措施及检修计划，发现有过热异常后，申请停电及时处理，同时加强开展防锈处理、螺栓紧固、零部件更换等综合治理工作。

3 结语

研究敞开式隔离开关发热故障原因，分析由于接触面氧化、锈蚀、脏污，触指弹簧夹紧力不足；开关闭合不到位，动静触头单边接触，连接螺栓松动等原因导致接触电阻增大而引起的发热问题，从隔离开关设计工艺、安装施工工艺以及产品质量等方面提出有效处理意见，进一步降低敞开式隔离开关发生发热故障的概率。在设备运行中加强对设备的日常巡视及红外测温，发热缺陷发现及跟踪，必要时安排停电检修，对易发热部位进行处理，减少因接触面接触电阻增大而引起的设备发热，进一步提高电网安全运行。