孫 威，崔 健，趙建剛

（武鋼有限公司能源環(huán)保部，湖北武漢 430080）

引言

單柱垂直伸縮式隔離開關(guān)因其結(jié)構(gòu)緊湊、載流能力大、占地面積小、開斷位置明顯等優(yōu)點(diǎn)，在鋼鐵企業(yè)電網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛。某鋼鐵企業(yè)在線單柱垂直伸縮式隔離開關(guān)以GW16 型為主，其數(shù)量統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 在運(yùn)GW16型隔離開關(guān)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

該型隔離開關(guān)通常作為戶外110 kV 及以上電壓等級(jí)的母線側(cè)隔離開關(guān)使用。受鋼鐵企業(yè)粉塵大、污染重、沖擊電流大等因素影響，其在運(yùn)行中多次出現(xiàn)分合閘不到位、刀閘連接部位發(fā)熱、瓷瓶破損閃絡(luò)故障，嚴(yán)重影響設(shè)備安全和供電可靠性。為保證鋼鐵企業(yè)的安全穩(wěn)定供電，迫切需要對(duì)該型號(hào)隔離開關(guān)常見故障開展分析及對(duì)策研究。

1 GW16型隔離開關(guān)的外形圖和工作原理

GW16 型隔離開關(guān)為單臂垂直伸縮式，配備電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。圖1 為其工作原理圖[1]，O 點(diǎn)及A 點(diǎn)為導(dǎo)電底座上的固定點(diǎn)，B 點(diǎn)為齒輪軸中心，C 點(diǎn)為齒輪與齒條的嚙合點(diǎn)；D 點(diǎn)為導(dǎo)電管端點(diǎn)。齒輪與上導(dǎo)電管下端固定，下導(dǎo)內(nèi)的齒條與齒輪相嚙合。其運(yùn)動(dòng)過程：當(dāng)導(dǎo)電底座上的四連桿帶動(dòng)下導(dǎo)電管轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下導(dǎo)拉桿上端的齒條牽動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于齒輪與上導(dǎo)電管固連在一起，上導(dǎo)電管便隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從分閘到合閘過程中，下導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)9O°，上導(dǎo)相對(duì)下導(dǎo)旋轉(zhuǎn)180°。下導(dǎo)電管內(nèi)裝有平衡彈簧，隔離開關(guān)分閘時(shí)彈簧壓縮貯能，合閘時(shí)彈簧能量釋放，平衡導(dǎo)電管的重力矩，幫助合閘。該型隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理如圖2[1]所示。

圖1 GW-16型隔離開關(guān)工作原理圖

圖2 GW-16型隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖

2 GW16型隔離開關(guān)缺陷統(tǒng)計(jì)及分析

對(duì)某大型鋼鐵企業(yè)目前在線運(yùn)行的84組GW16型隔離開關(guān)為例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，2015 年至今，該企業(yè)內(nèi)GW16 型隔離開關(guān)故障類型及數(shù)量如表2所示。

對(duì)表2 進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)各類故障中，發(fā)生次數(shù)最多的是分、合閘不到位，其次是刀閘連接部位發(fā)熱，再次是瓷瓶閃絡(luò)、破損。據(jù)統(tǒng)計(jì)，62 起分、合閘不到位故障中，有56 起需檢修部門處理，占90.3%；22 起刀閘連接部位發(fā)熱故障中，有4 起需停母線配合處理，有17 起需停線路配合處理，占95%；2 起支撐瓷瓶閃絡(luò)、破損故障，均需停電處理。從發(fā)生頻率看，分、合閘不到位故障發(fā)生次數(shù)最多，對(duì)操作任務(wù)形成很大干擾，給檢修單位帶來較大壓力；從后果看，刀閘連接部位發(fā)熱故障往往迫使運(yùn)行方不得不改變站所運(yùn)行方式，給電網(wǎng)運(yùn)行方式的安全帶來不穩(wěn)定因素；從潛在危害性看，支撐瓷瓶閃絡(luò)故障有可能導(dǎo)致瓷瓶炸裂，引發(fā)母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致一段母線全停，對(duì)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)造成重大影響。

表2 GW16型隔離開關(guān)故障類型及數(shù)量表

3 GW16型隔離開關(guān)故障分析及對(duì)策

3.1 針對(duì)隔離開關(guān)分、合閘不到位故障的分析及對(duì)策

GW16 型隔離開關(guān)分、合閘不到位故障的主要原因有：上導(dǎo)電臂易進(jìn)水受潮；各部軸銷、連桿、拐臂、底架甚至底座軸承銹蝕；連桿、傳動(dòng)連接部位潤(rùn)滑干涸；閘刀觸頭架支撐件等強(qiáng)度不足；分、合閘定位螺釘調(diào)整不當(dāng)；輔助開關(guān)及限位開關(guān)行程調(diào)整不當(dāng)；連桿彎曲變形造成傳動(dòng)不到位等。

針對(duì)以上原因，運(yùn)行方需采取以下對(duì)策：

有檢修機(jī)會(huì)時(shí)，注意對(duì)隔離開關(guān)機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行檢查、維護(hù)，包括彈簧、開孔、拉桿、軸銷、滾輪、上操作桿、主刀拐臂等，必要時(shí)更換。主要做法有：對(duì)彈簧表面采用噴塑處理，增強(qiáng)其耐銹蝕能力[2]；在導(dǎo)電管上開出水孔，并確保足夠大，保證進(jìn)入管內(nèi)的雨水能及時(shí)流出；拉桿注意采用加粗型并在表面進(jìn)行熱鍍鋅處理，兩端接頭采用防塵的不銹鋼關(guān)節(jié)軸承，軸銷采用不銹鋼材質(zhì)[2]；將環(huán)氧樹脂的滾輪更換為不銹鋼滾輪，并在上操作桿處增加一層環(huán)氧樹脂絕緣，延緩其老化變形；對(duì)主刀拐臂表面采用熱鍍鋅處理；注意檢查定位螺釘和輔助開關(guān)等元件，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整；對(duì)變形連桿，應(yīng)查明原因及時(shí)消除。

此外，在操作現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)出現(xiàn)隔離開關(guān)合不到位或三相不同期時(shí)，應(yīng)拉開重合，反復(fù)合幾次，操作時(shí)應(yīng)符合要求，用力適當(dāng)。如果還未完全合到位，不能達(dá)到三相完全同期，應(yīng)安排停電檢修。對(duì)可能有問題的隔離開關(guān)，送電前務(wù)必安排檢修隊(duì)伍提前就位。

3.2 針對(duì)刀閘連接部位發(fā)熱故障的分析及對(duì)策

該型隔離開關(guān)刀閘連接部位發(fā)熱故障的主要原因有：（1）靜觸桿夾具開裂。某220 kV 變電站曾因夾具開裂（見圖3）導(dǎo)致發(fā)熱點(diǎn)溫度急劇竄升至300 ℃（見圖4）、導(dǎo)電板與鋼芯鋁絞線之間接觸面壓接不緊、電流流經(jīng)銹蝕螺栓等；（2）操作時(shí)，動(dòng)靜觸頭承受拉弧電流產(chǎn)生的高溫，多次操作后，動(dòng)靜觸頭夾點(diǎn)接觸面容易出現(xiàn)燒損（見圖5），接觸電阻增大，接觸部位開始升溫，燒損現(xiàn)象加劇，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致嚴(yán)重發(fā)熱（見圖6）。

圖3 220kV靜觸頭夾具左上角開裂圖

圖4 紅外測(cè)溫圖

圖5 GW16型隔離開關(guān)燒損圖

圖6 紅外測(cè)溫圖

根據(jù)以上分析及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行方需采取以下對(duì)策：

（1）發(fā)熱點(diǎn)溫度一旦高于90℃且仍處于上升趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)立即停電處理。

（2）靜觸桿解體檢修時(shí)，使用的螺栓、夾具等零部件必須符合要求，更換的導(dǎo)電板必須為鍍銀鋁板，材質(zhì)必須為原生鋁，不得為再生鋁。導(dǎo)電板與鋼芯鋁絞線之間接觸面要打磨并清洗干凈。螺栓要求使用熱鍍鋅材質(zhì)，嚴(yán)禁使用不銹鋼材質(zhì)，緊固力度不得過緊或過松。一根螺栓必須配置符合要求的兩個(gè)平墊圈、一個(gè)彈簧墊圈和一個(gè)螺母，不得缺失；安裝時(shí)螺栓頭側(cè)放置一個(gè)平墊圈，螺母?jìng)?cè)放置一個(gè)平墊圈和一個(gè)彈簧墊圈，其中彈簧墊圈靠近螺母。

（3）動(dòng)觸頭的氧化痕跡一旦肉眼可見且測(cè)溫發(fā)現(xiàn)過熱，應(yīng)立即安排停電予以更換，新?lián)Q觸頭鍍銀層完好，螺栓無松動(dòng)。有條件的可以在動(dòng)靜觸頭接線板間進(jìn)行單相導(dǎo)電回路電阻測(cè)試，回路電阻不大于135 μΩ。

（4）鋼鐵企業(yè)在線運(yùn)行刀閘慎用導(dǎo)電膏類物質(zhì)。某220 kV 變電站曾因?qū)щ姼嗍褂貌划?dāng)造成70%隔離開關(guān)接觸電阻增大發(fā)熱。原因就是導(dǎo)電膏運(yùn)行一段時(shí)間后，與粉塵混合，在接觸部位形成接觸電阻大的硬殼而導(dǎo)致發(fā)熱。另外，檢修人員素質(zhì)參差不齊，對(duì)涂在動(dòng)觸頭及靜觸桿上的量沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也是致使發(fā)熱的重要原因。如果確需使用，首先要將活動(dòng)接觸面用無水酒精清洗干凈，在導(dǎo)電面上抹一層均勻的少量的導(dǎo)電膏，并馬上用干布擦拭，使導(dǎo)電面上只留下微量的薄層導(dǎo)電膏。

3.3 針對(duì)支撐瓷瓶閃絡(luò)、破損的分析及對(duì)策

鋼鐵企業(yè)110 kV 及220 kV 變電站大多位于燒結(jié)、高爐、煉鋼等負(fù)荷中心附近。該類產(chǎn)線污染重、粉塵多。

這往往導(dǎo)致站內(nèi)瓷瓶表面污穢堆積嚴(yán)重，遇到惡劣氣象條件就容易出現(xiàn)外絕緣閃絡(luò)現(xiàn)象。另外，支撐瓷瓶外部破損和斷裂的問題也偶有發(fā)生。

鑒于支撐瓷瓶閃絡(luò)、外部破損故障可能帶來的后果十分嚴(yán)重，運(yùn)行方應(yīng)采取以下對(duì)策：

（1）鋼鐵企業(yè)污染程度重，按普通標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的支撐瓷瓶，其爬電距離在重污染區(qū)域往往不夠。因此，重污染區(qū)域內(nèi)變電站使用的瓷瓶爬電距離和瓷瓶高度建議比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高一個(gè)等級(jí)，以提高整體絕緣水平；作為運(yùn)行方要加強(qiáng)清掃力度，要做到逢停必掃，同時(shí)建立清掃標(biāo)準(zhǔn)，清潔工作完成后按標(biāo)準(zhǔn)檢查，不合格要求返工并按標(biāo)準(zhǔn)考核；在瓷瓶表面噴涂防污閃涂料，施工前注意用干布將瓷瓶表面擦拭干凈，在干燥晴朗天氣下進(jìn)行噴、涂施工，施工過程中注意保持瓷瓶表面清潔、干燥，涂層厚度應(yīng)在0.25 mm以上，避免漏涂。

（2）為防止瓷瓶斷裂，建議選用國(guó)內(nèi)知名廠家產(chǎn)品。為避免運(yùn)輸過程中的損傷，安裝前必須安排專人逐一檢查，表面光潔無裂紋及破損的方可使用。施工時(shí)安排人員旁站監(jiān)督，避免施工人員野蠻安裝。

4 結(jié)語(yǔ)

隔離開關(guān)在電力系統(tǒng)中起到隔離和保護(hù)的作用，是電網(wǎng)的重要組成部分。為了其在運(yùn)行中更加安全可靠，在設(shè)計(jì)和選型時(shí)就要高度重視。GW16型隔離開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)在于占地面積小節(jié)省、成本低，缺點(diǎn)為其防水性差、易銹蝕、容易出現(xiàn)分合閘不到位和刀閘連接部位發(fā)熱的故障、可靠性差、維護(hù)成本高。因此運(yùn)行方要從安裝調(diào)試、檢修工藝、技術(shù)改造、運(yùn)行維護(hù)等多方面入手，從根本上消除該型隔離開關(guān)可能存在的隱患，確保鋼鐵企業(yè)安全穩(wěn)定供電。