王偉，呂強(qiáng)，陳尚選，吳昆泰，黃石華

GN30-4000大電流隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)缺陷分析

王偉，呂強(qiáng)，陳尚選，吳昆泰，黃石華

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司清遠(yuǎn)供電局，廣東 清遠(yuǎn) 511000）

近年來，隨著中國電力需求的逐步增加，電力系統(tǒng)中逐步引入了各種先進(jìn)的電力設(shè)備與設(shè)施，比如GN30隔離開關(guān)，雖然GN30隔離開關(guān)能夠在電力系統(tǒng)中發(fā)揮其結(jié)構(gòu)緊湊、安裝便捷、操作簡單的優(yōu)勢，但是，GN30-4000大電流隔離開關(guān)由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，在實(shí)際應(yīng)用過程中，當(dāng)電流過大時，溫度會嚴(yán)重升高，導(dǎo)致整個電力設(shè)備運(yùn)行中存在一定的安全風(fēng)險?；诖?，分析了GN30-4000大電流隔離開關(guān)存在的結(jié)構(gòu)缺陷，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，有利于發(fā)揮大電流隔離開關(guān)的性能優(yōu)勢。

GN30-4000大電流；隔離開關(guān)；結(jié)構(gòu)缺陷；改進(jìn)措施

近年來，隨著生產(chǎn)生活中用電負(fù)荷的逐年增長，各個電力系統(tǒng)必須在傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與優(yōu)化。高壓開關(guān)柜在電力系統(tǒng)中的普遍應(yīng)用雖然滿足了電力負(fù)荷增長的需求，但是，使用過程中也常常存在著各種故障，導(dǎo)致GN30-4000大電流隔離開關(guān)發(fā)生故障的概率很高。GN30-4000大電流隔離開關(guān)的使用過程中，一旦運(yùn)行電流超過了其額定電流，結(jié)構(gòu)缺陷會導(dǎo)致開關(guān)溫度異常升高，進(jìn)而存在安全隱患。因此，必須要針對大電流隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

1 GN30型隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)及其原理

GN30型隔離開關(guān)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，每相的靜觸頭內(nèi)都包含了8片觸指，4對并列排布于底座的兩邊位置。1對觸指主要為左觸指與右觸指，為發(fā)揮其在隔離開關(guān)中的作用，在安裝時需通過緊固螺栓的方式將該觸指分別固定于底座的兩邊位置[1]。當(dāng)隔離開關(guān)處于合閘狀態(tài)時，觸指的電接觸主要包含了接觸1與洞觸間的接觸、接觸面2與底座間的接觸。當(dāng)?shù)堕l處于合位狀態(tài)下時，觸指彈簧能夠?yàn)橛|指鎖片提供一定的壓力，使觸指能夠壓緊刀閘的動觸頭，保障良好的接觸效果。GN30型隔離開關(guān)的特殊結(jié)構(gòu)使得其在使用過程中，每片觸指所承擔(dān)的電流大大降低，電流的分配更為均勻，進(jìn)而使得接觸面積進(jìn)一步增大，保障良好的散熱效果，最大程度上減小隔離開關(guān)使用中的熱損耗，保證開關(guān)的正常使用。

2 GN30-4000大電流隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)缺陷

2.1 觸頭部分

對于GN30-4000大電流開關(guān)而言，其總體設(shè)計(jì)為雙斷口旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，在每相上、下都分別存在一個靜觸頭。觸頭主要包含了工字形底座、8片導(dǎo)電觸片、磁鎖板，在連接過程中，主要采用的是螺栓與彈簧的活動壓力連接方式。觸頭導(dǎo)電回路的活動連接部分，主要為觸片凸點(diǎn)與工字形底座凹孔的活動式接觸、動導(dǎo)電筒與靜觸頭間距設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的配合。當(dāng)處于合閘狀態(tài)下時，動導(dǎo)電筒將會向兩側(cè)將觸片推開，而此情況下會對觸頭壓力彈簧的接觸壓力產(chǎn)生一定的壓縮作用，此時，觸片與導(dǎo)電筒之間在壓力彈簧的作用下能夠保持線性接觸的狀態(tài)[2]。在這種結(jié)構(gòu)特征下，活動接觸點(diǎn)的數(shù)量相對較多，在長時間運(yùn)行的過程中，活動接觸部分往往會存在氧化積塵的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致接觸電阻增大，引發(fā)運(yùn)行事故。這種觸頭結(jié)構(gòu)下，觸指的截面相對較小，導(dǎo)流能力較差，緊固件多為導(dǎo)磁材料，極易引發(fā)渦流發(fā)熱現(xiàn)象，而觸頭座對導(dǎo)流過程的參與，使得設(shè)備本身的散熱能力極差[3]。

圖1 GN30型隔離開關(guān)原理圖

每對觸指的連接都是經(jīng)由螺栓來實(shí)現(xiàn)的，這種情況下，就會使得隔離開關(guān)存在一定的安全威脅。比如，當(dāng)動靜觸頭間的壓力相對較小時，就會使得兩邊接觸電阻不相同，最終導(dǎo)致在隔離開關(guān)的使用過程中，部分電流會經(jīng)由螺栓分流。此外，螺栓特殊的材質(zhì)與構(gòu)成使得其本身的導(dǎo)電性能極差，再加上在螺栓與靜觸頭底座的連接往往是由彈簧實(shí)現(xiàn)的，導(dǎo)致二者之間存在較大的接觸電阻，即使在電流相對較小的情況下，螺栓的溫度也會急劇升高，發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重。而螺栓發(fā)熱會直接造成接頭發(fā)熱，當(dāng)在溫度較高的情況下時，螺栓與彈簧難以維持其原有的機(jī)械性能，最終會導(dǎo)致靜觸頭的夾緊力大大降低，引發(fā)更為嚴(yán)重的發(fā)熱問題，甚至?xí)斐啥搪返仁鹿蔥4]。

2.2 框架部分

GN30-4000大電流隔離開關(guān)的框架結(jié)構(gòu)相對特殊，開關(guān)框架主要為普通鋼板材料，而開關(guān)夾架主要為鑄鐵材料，這些材料的導(dǎo)磁性相對較好，導(dǎo)致在開關(guān)的使用過程中常常會出現(xiàn)渦流，最終引發(fā)安全事故。從當(dāng)前市場上大部分GN30型隔離開關(guān)的情況來看，其觸指鎖片多為普通鋼材與鐵片材料，這些材料在受熱狀態(tài)下彈性下降得很快。渦流發(fā)熱情況下，隔離開關(guān)在使用的過程中，周邊的熱量大量積聚難以散發(fā)，觸頭發(fā)熱會加速觸頭的融化[5]。

3 大電流隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

針對當(dāng)前GN30-4000大電流隔離開關(guān)存在的結(jié)構(gòu)缺陷，要保障隔離開關(guān)能夠在使用的過程中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，相關(guān)人員必須要結(jié)合結(jié)構(gòu)特征、結(jié)構(gòu)缺陷所造成的不利影響，進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與改進(jìn)，結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要從以下方面來進(jìn)行：①對于隔離開關(guān)內(nèi)所涉及的所有的緊固件，都需要結(jié)合開關(guān)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的需求選用特定材料的緊固件，比如選用304不銹鋼材質(zhì)的緊固件。②將T2電解銅板作為導(dǎo)電回路主體，用這種導(dǎo)電回路主體來取代原有的鑄銅工字形底座，這樣能夠進(jìn)一步提高本身的導(dǎo)流能力，降低導(dǎo)流能力不足所造成的安全事故威脅。③動觸頭的使用過程中，同樣需進(jìn)行相應(yīng)的材料控制，比如，可以采用99.9%的電解銅，并保證其一體成型效果，提升其本身的導(dǎo)流能力。④適當(dāng)增大動觸指的導(dǎo)電截面，使得在隔離開關(guān)的使用過程中觸片的載流截面能夠符合開關(guān)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。⑤替代原有的底座，采用鋁合金底座，并使得該底座不參與導(dǎo)流過程。必要情況下在底座上設(shè)置多個散熱孔，并保障這些散熱孔能夠保持上下貫通的狀態(tài)。這些散熱孔能使隔離開關(guān)在運(yùn)行與使用過程中具有較好的散熱能力與特性，通過散熱效率的提升，能夠進(jìn)一步優(yōu)化隔離開關(guān)的整體性能，延長其使用壽命，避免隔離開關(guān)發(fā)熱所造成的事故。⑥靜觸頭總體上采用銅熱熔工藝壓接一體成型，這樣能夠進(jìn)一步保障導(dǎo)電觸指的靈活性，使得在隔離開關(guān)的使用過程中，導(dǎo)電觸指能夠隨著整個系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，發(fā)揮導(dǎo)電觸指在隔離開關(guān)使用過程中的靈活調(diào)整性、導(dǎo)電性等優(yōu)勢。此外，在結(jié)構(gòu)改進(jìn)過程中，要取消原有的活動連接方式，簡化整個結(jié)構(gòu)，減小8個接觸發(fā)熱點(diǎn)，使得在隔離開關(guān)的使用過程中，能夠保持穩(wěn)定、安全的運(yùn)行狀態(tài)，避免開關(guān)使用中的大幅度溫升現(xiàn)象。⑦合閘限位設(shè)計(jì)改進(jìn)。在隔離開關(guān)的設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需結(jié)合開關(guān)運(yùn)行的具體情況，保障合閘限位設(shè)計(jì)的科學(xué)性，避免合閘限位設(shè)計(jì)不當(dāng)所引發(fā)的短路、爆炸等事故。

4 結(jié)束語

近年來，隨著大電流隔離開關(guān)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，雖然其應(yīng)用滿足了電力負(fù)荷日益增大的需求，但是，由于隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)的特殊性，再加上存在一定的結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致在開關(guān)的使用過程中常常會出現(xiàn)異常發(fā)熱的情況，最終將會造成嚴(yán)重的事故。因此，必須要進(jìn)行隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高隔離開關(guān)使用的安全性。

［1］蘇全，賀光晏，陳壁署.一種大電流隔離開關(guān)金屬連接面表面狀態(tài)分析［J］.廣東科技，2018，27（11）：81-84.

［2］宋慶.10 kV開關(guān)柜GN30型隔離開關(guān)故障多發(fā)原因分析及改進(jìn)［J］.通訊世界，2016（5）：101-102.

［3］郭躍東，郭小嫻，郭麗華.10 kV開關(guān)柜多點(diǎn)發(fā)熱的原因分析及防范措施［J］.電世界，2019，6（2）：25-26.

［4］肖麗雄，李燕梅.10 kV GN30型隔離開關(guān)事故分析及處理［J］.設(shè)備管理與維修，2018（21）：39-40.

［5］高小明.GN30型隔離開關(guān)發(fā)熱故障分析及處理［J］.電工技術(shù)，2016（2）：33-34.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.053

2095－6835（2020）13－0130－02

〔編輯：王霞〕