变电站电动GW16型刀闸合闸不到位故障分析及处理

黄凤萍

（广东电网有限责任公司 惠州供电局，广东 惠州 516001）

0 引 言

变电站的电动刀闸多为户外式，工作人员操作刀闸时有时不能一次性合闸到位，需多给几次合闸命令后刀闸才能合闸到位，甚至还会出现刀闸拐臂轻微弯曲等合不直现象，这可由变电站智能巡检机器人清晰自动识别[1]。刀闸触头处于半合位置时，接触状态不良，会导致发热或放电故障，严重威胁设备和电网的安全。文献[2]提出一种可识别接触状态是否良好的隔离开关分合位置判别方法。文献[3]提出刀闸在倒闸操作中常见的故障可分为一次设备故障和二次回路故障两种类型，若是刀闸二次回路限位开关不正常，那么将导致刀闸合闸不到位。工作人员用110 kV或220 kV刀闸操作把手完成手摇操作后即可将刀闸操作到位。运行一段时间后，刀闸上的黄油容易沾满沙尘并变干变黑，导致刀闸一次部分机械构件出现锈蚀卡涩现象。若是刀闸在倒闸操作过程中由于一次部分机械构件存在锈蚀卡涩现象，会造成电机电源缺相空转，进而导致刀闸拐臂轻微弯曲等合不直问题。变电站暂时还未研制出一套修正辅助专用工具。

目前，变电站特别是巡维中心的倒闸操作较多，如果刀闸在倒闸操作过程中一次部分机械构件存在锈蚀卡涩而引起电机电源缺相空转，则会导致刀闸长时间拐臂轻微弯曲合不直运行，且影响电网设备的安全稳定运行[4]。现对待此类故障只能停电处理，将刀闸转为检修状态，这涉及线路和倒母线等，需考虑系统运行方式。若待计划停电时再检修刀闸需要等待的时间过长，势必严重影响电网设备的安全稳定运行。本文特别针对电动GW16垂直单臂伸缩型刀闸，采用CAD软件设计并研制出一套刀闸合不直修正辅助专用工具，已经应用于变电站。

1 电动GW16型刀闸主闸刀的基本结构原理

电动GW16型刀闸是单断口的垂直伸缩单臂折架式户外交流高压刀闸，分闸时主闸刀系统合拢折叠，与其正上方的静触头之间形成清晰醒目且有足够空气间隙的可靠隔离断口。合闸时如手臂伸直一样，在完全伸直后，动触片夹住静触杆。其具有结构紧凑、外观简洁、分闸后不占用相间距离以及进出线相互垂直且不在同一高度等特点。

电动GW16型刀闸主闸刀的结构如图1所示。它的运动过程由折叠运动和夹紧运动两部分复合而成。

图1 GW16型刀闸主闸刀结构原理图

折叠运动指的是合闸时由电动机构驱动旋转瓷瓶23逆时针转动，旋转瓷瓶23通过一对伞齿轮21带动连杆20使主闸刀向合闸方向运动，操作杆15与下导电杆14做相对运动，齿条12推动与上导电杆6结合成一体的齿轮11旋转，使上导电杆6向合闸方向运动，直到合闸完成[5]。

夹紧运动指的是在合闸过程中，当隔离开关在接近合闸位置（快要伸直）时，滚轮10开始与齿轮箱13上的斜面接触，并沿斜面继续运动，与滚轮10相连的顶杆7克服复位弹簧5的反作用力向上推移，同时动触头座4内的对称式滑块增力机构将顶杆7的推移运动转换成动触片2的相对钳夹运动。当静触头1被夹住后，滚轮继续沿斜面上移3～5 mm，直至完全合闸。在此过程中，由于顶杆设计成推压柔性杆，因此原已被压缩的夹紧弹簧8被第二次压缩，并作用于端杆上，使顶杆获得一个稳定的推力，从而使动触片2对静触杆保持一个稳定的夹紧力。

开始分闸时，滚轮沿斜面向外运动，直至脱离斜面，此时在复位弹簧的作用下，顶杆带动动触片张开呈“V”形。

2 电动GW16型刀闸合闸不到位的故障现象和原因分析

变电站倒闸操作特别是倒母线操作过程中，如果刀闸的动触头触指钳与静触头静触杆夹的不够紧，那么在合闸过程中动触头即将与静触头接触时会上下摆动，抵触静触头的上弹簧触齿而造成刀闸合闸不到位现象，甚至会出现刀闸拐臂轻微弯曲等合不直现象，如图2所示。刀闸在合闸过程中由于部分机械构件存在锈蚀卡涩引起电机电源缺相空转进而导致刀闸拐臂轻微弯曲等合不直问题，会带来很大的安全隐患。

图2 GW16型刀闸主闸刀合不直故障现象

判断电动GW16型刀闸合闸是否到位主要看刀闸曲折处是否合拢紧、动触片和静触头之间是否接触良好、中间拐臂连接叉板内侧滚轮是否钩紧、静触头是否夹紧并完全进入上导电管的触指中以及上下导电管是否伸直且与水平面垂直。

由于刀闸机械传动机构直接暴露在空气中，经受日晒雨淋，受环境影响较大，平时操作次数较少，轴销和轴承等传动部位缺少润滑和相对运动，运行一段时间后会出现传动机械构件锈蚀卡涩现象。长期卡涩会使刀闸传动杆产生损耗，引起刀闸拐臂连接板轻微弯曲，弯曲的连接板带动拐臂旋转轴发生扭曲，使旋转轴与连接板发生硬摩擦，从而造成刀闸合不直的问题[6]。

GW16型刀闸外部传动部件虽涂有黄油或凡士林，但夏天黄油或凡士林暴晒后容易流失，冬天润滑油和灰尘、铁锈等结成干枯的硬层导致转动卡涩[7]。加之零部件制造误差，防锈处理工艺不良及运行过程中摩擦或磨损等因素，许多设备的零部件镀层脱落，出现锈蚀变形并导致操作出现传动卡滞，降低了机构的传动精度，导致主闸刀导电管合不直或分闸合闸不到位等，严重影响电力系统安全稳定运行[8]。

除此之外，绝缘齿轮和滚轮因材质差而磨损破裂卡死或上导电管顶杆发热，吸引灰尘杂质跟渗水形成铜绿，增大摩擦力且减少传动力，也会导致电动GW16型刀闸主闸刀合不直[9,10]。

3 电动GW16型刀闸合闸不到位的故障处理措施

对于刀闸在倒闸过程中出现的三相合闸不到位或三相合闸不同期等情况，运行人员必须高度重视，杜绝刀闸因接触不良而发热并引发触头烧熔或烧损事故。运行人员在操作合闸刀闸后，若发现三相不能完全合闸到位或三相合闸不同期应及时拉开，同时再重新合上刀闸。针对刀闸重复操作后上述情况依然存在，文献[11]提出的刀闸合闸不到位处理措施是操作者应佩戴绝缘手套，通过绝缘棒将刀闸三相接头顶到位，便可在下次计划停电时处理。110 kV及以上的刀闸若重复操作仍合闸不到位，则应汇报给上级主管部门以安排停电检修。倒闸操作时，如果隔离开关没合到位，那么允许用绝缘杆进行调整，但要加强监护。文献[12]提出操作人员用绝缘棒将隔离开关顶到相应位置，文献[13]提出一种使用配套工器具的刀闸带电作业方法，为刀闸带电检修开辟了新的研究方向。

如果合闸时发生电动GW16型刀闸触头三相到位但辅助开关触点翻转不到位的情况，可采取推合传动连杆使得辅助开关触点翻转到位的措施，若辅助开关触点翻转仍不到位，则应将刀闸拉开并停止操作，将此情况汇报给上级主管部门。

若是刀闸二次回路限位开关故障导致刀闸合闸不到位，运行人员用110 kV或220 kV刀闸操作摇把进行手摇操作后刀闸就可到位，外拉联锁继电器的操作板并插入手摇摇把，然后松开操作板，便可进行手摇操作。

4 电动GW16型刀闸合不直修正辅助专用工具的设计及研制方案

用CAD软件设计并研制出一套刀闸合不直修正辅助专用工具，用3节可拆卸的绝缘杆组成绝缘操作棒，便于携带和存放。正面结构如图3所示。

图3 电动GW16型刀闸合不直修正辅助专用工具CAD设计正面结构图

此工具主要由绝缘操作棒和爪型弯头构成。绝缘操作棒包括第一绝缘杆、第二绝缘杆及第三绝缘杆，3个绝缘杆的连接依次可拆卸。爪型弯头包括连接杆、第一弯头、第二弯头以及第三弯头，3个弯头分别固定连接于连接杆的第一端。连接杆的第二端固定连接于第一绝缘杆远离第二绝缘杆的一端。第一弯头、第二弯头及第三弯头的一端均为勾状结构，且第二弯头与连接杆一体成型。连接杆的直边端通过螺丝套设和烧焊连接固定在第一绝缘杆上，3个弯头分别烧焊连接固定在连接杆上。第一绝缘杆、第二绝缘杆及第三绝缘杆之间通过螺纹旋钮连接，第一勾状结构、第二勾状结构及第三勾状结构在同一平面，第一拉杆和第三拉杆在同一平面。

本文所研制的爪型弯头可钳住刀闸动触头上下导电管的拐臂连接叉板并将其拉直，使得刀闸合闸操作到位，如图4所示。该操作无需停电即可进行，解决了刀闸合不直的问题，为检修维护人员减轻负担，提高工作效率。

图4 现场试验图

现场电动GW16型刀闸是垂直伸缩单臂折架式刀闸，结合实际情况计算出所设计的爪型弯头需折弯约45°才能满足操作需要，折弯后的爪型头如图5所示。

图5 折弯45°后的爪型头

此工具经拉力测试和工频耐压检测合格后投产使用，日常存放在安全工器具操作间，每年跟其他安全工器具一起接受工频耐压试验，并定期更新试验合格标签。

5 电动GW16型刀闸合不直修正辅助专用工具试验结果与分析

为验证所提出GW16型刀闸合不直修正辅助专用工具修正方法的有效性，将其应用于现场操作。结果只需约15 min便可将刀闸上下导电臂中间接头连接叉板拉直，无需申请停电就能处理刀闸合不直的问题，大大节省了维修时间，提高了倒闸操作效率[14]。电动GW16型刀闸合不直修正辅助专用工具现场操作如图6所示。

图6 电动GW16型刀闸合不直修正辅助专用工具现场操作图

6 结 论

阐述电动GW16垂直单臂伸缩型刀闸主闸刀的基本结构原理，分析GW16垂直单臂伸缩型刀闸合不直的故障现象和原因，并给出相关故障处理措施。用CAD软件设计一套GW16垂直单臂伸缩型刀闸合不直修正辅助专用工具，解决了刀闸在合闸过程中由于一次部分机械构件存在锈蚀卡涩造成电机电源缺相空转导致刀闸拐臂轻微弯曲等合不直问题，实际应用效果良好，可以为相关专业技术人员提供借鉴。