10kV GN30型大電流刀閘發熱綜合處理方法研究

裴運軍　余平

摘 要：針對國產10kV GN30型大電流刀閘普遍存在的帶上較大負荷后容易出現發熱缺陷的問題，文章在對比了傳統的三種處理方法后，按照“一改結構、二變材質、三改環境、四強工藝”的四部曲，探討和總結出了一種綜合的、創新的、通用的GN30型大電流刀閘發熱缺陷處理辦法。

關鍵詞：GN30型刀閘；大電流；發熱；綜合處理方法

1 刀閘發熱問題的案例介紹

1.1 實際案例分析

2012年3月27日上午，運行人員在巡視某110kV變電站10kV高壓柜時，發現#1主變501開關柜、CT柜、#2主變552開關柜、CT柜共4面GN30型大電流柜柜體存在燙手現象。借助測溫窗，用紅外熱成像儀測得柜內刀閘最高溫度高達110度（環境溫度29度）；利用手電筒，透過母線室的觀察窗看到5011刀閘上刀口與母線銅排之間的A相分支排上的絕緣護套已整段開裂。初步分析認為該4面柜柜內GN30型大電流刀閘存在嚴重發熱現象。

該4面高壓柜柜內大電流刀閘型號為：GN30-12，2009年3月生產，2010年6月投運；刀閘額定電流為3150A，平時運行電流高達2200A左右，負載率：69.84%。

1.2 刀閘發熱問題的普遍性

隨著負荷的逐年上升，幾個110kV變電站就先后出現過不同廠家的10kV GN30型大電流刀閘發熱、刀閘熔焊、觸指脫落、旋轉瓷套開裂等現象，如圖2、3所示。

2 常規的三種處理方法及存在的問題

目前國內針對10kV GN30型大電流刀閘發熱、熔焊等問題主要采用以下三種處理方法[1]。

2.1 方法1

申請停電檢修。更換部分觸指、彈簧、鎖片等零部件；清洗刀口，涂抹中性凡士林等，并定期開展紅外測溫。

存在的問題：

該方法只能解一時燃眉之急，無法徹底解決刀閘發熱問題；運行一段時間后，在高負荷長期作用下，刀閘發熱問題必定會重新出現。

無法解決大電流柜本身散熱差的問題。

定期測溫工作量大，且封閉柜很難測準實際溫度。給運行維護帶來不小的壓力。

2.2 方法2

將柜內原刀閘更換為更大額定電流的刀閘，或換為同額定電流的GN22型刀閘，并對高壓柜通風效果進行改造。

存在的問題：

受現有高壓柜的尺寸所限，更大額定電流刀閘或同額定電流GN22型刀閘尺寸較原來大，無法裝進原有高壓柜或裝后無法保證對高壓柜柜壁的安全距離。

換為GN22型刀閘后，高壓柜無法滿足“四室”獨立的要求。因GN22型大電流刀閘柜內母線室與開關室無隔板，給檢修維護帶來一定的風險。并且GN22型大電流刀閘也存在較難判斷分合閘是否到位的隱患。

2.3 方法3

更換整面高壓柜，柜內加裝更大額定電流的刀閘或更換為同額定電流GN22型刀閘；并在柜內加裝風機，加強對流散熱。

存在的問題：

涉及10kV母線停電，拼接。停電范圍大，停電時間長，停電比較困難。

實施工作量大，實施費用高。

較長時間的停電，容易給社會造成較大的不良影響，嚴重影響企業的形象。

3 綜合處理方法探討

為了尋求針對國內大部分廠家的10kV GN30型大電流刀閘發熱問題的綜合、創新、通用的處理辦法，決定對幾種主要廠家的GN30型大電流刀閘及配套高壓柜，從“設計結構、材質選擇、運行環境、加工工藝”四個方面來加以綜合分析。

3.1 設計結構方面

3.1.1 大部分廠家GN30型大電流刀閘靜觸頭基本上都是采用左右各4套獨立的觸指、螺桿、螺母、鎖片、壓緊彈簧等多零部件配合的結構。因零部件過多，部件與部件之間因加工精度問題較難完全緊密接觸，外加8套觸指完全獨立，這必將影響動靜觸頭的有效接觸面積[2]。

3.1.2 部分廠家的GN30型大電流刀閘傳動拐臂無固定座，分合閘過程中容易產生虛位，導致刀閘每次合閘后的接觸電阻變化較大。

3.1.3 部分廠家刀閘導電桿內部開6個小孔散熱，因孔徑加工精度不夠，容易導致內部電場不均勻，出現渦熱。

3.2 材質選擇方面

3.2.1 大部分廠家的GN30型大電流刀閘框架采用A3普通鋼板，厚度不夠；刀閘夾架采用鑄鐵材料，具有導磁性，易產生渦流。

3.2.2 大部分廠家的GN30型大電流刀閘觸指鎖片采用鐵片或普通鋼，受熱后彈性不夠。

3.3 運行環境方面

3.3.1 高壓柜基本上都采用“四室”獨立結構，室與室之間采用鋼板隔開，柜內空氣對流情況不理想，導致加裝在母線室的風扇對開關室、電纜等室的散熱起不到多大效果。

3.3.2 高壓柜采用全封閉式柜型設計，柜內與柜外空氣對流情況不理想，容易導致柜內熱量散發不出來。

3.4 加工工藝方面[3]

3.4.1 部分廠家動觸頭桿由上下兩節組成，上下兩節在組裝時不在一條水平直線上或動觸頭桿加工外徑存在偏差，導致兩側各4套觸指很難全部與動觸頭桿緊密接觸，勢必增大動靜觸頭的接觸電阻。

3.4.2 部分廠家加工的觸指、螺桿、螺母、鎖片、壓緊彈簧等零部件尺寸、工藝精度不高，質量參差不齊，給零部件之間的緊密配合帶來一定的難度。

4 綜合處理方法的實施

依據上面分析到的引起國內大部分GN30型大電流刀閘發熱、熔焊的各方面原因，按照“一改結構、二變材質、三改環境、四強工藝”的四部曲，我所探討和總結出以下一種綜合的、創新的GN30型大電流刀閘發熱缺陷處理方法。

4.1 “一改結構”：改進刀閘設計結構[4]endprint

4.1.1 將刀閘原片式、多零部件組合的觸指改為U型一體化結構的觸指。

4.1.2 將上下兩節、6小孔散熱的圓柱式動觸頭改為兩個圓柱筒套裝、中空、端部開12個小孔散熱的動觸頭。

4.1.3 在刀閘傳動拐臂加裝固定座，減少刀閘合閘虛位。

4.2 “二變材質”：改換刀閘部件的材質

4.2.1 將刀閘框架由A3普通鋼改為不銹鋼，并增加其厚度。

4.2.2 將夾架由鑄鐵材料改為非導磁的鑄鋁材料。

4.2.3 將動靜觸頭改用導電率高的純銅做基體，表面鍍銀處理，降低接觸電阻。

4.3 “三改環境”：改善高壓柜內外運行環境

4.3.1 在高壓柜后門加裝風機，加強高壓柜柜內與柜外的空氣對流。

4.3.2 將高壓柜上、下室之間的隔板改為局部帶網紗式的通風板，加強高壓柜上、下室的通風。

4.3.3 在高壓柜操作盤柜內側加裝固定支撐桿，解決高壓柜柜體薄弱、不受力導致操作力中途損耗的問題。

4.4 “四強工藝”：提高現場刀閘部件組裝工藝

4.4.1 開展刀閘拼裝后的溫升抽查試驗，確認刀閘部件組裝良好。

4.4.2 開展刀閘現場組裝后的壓力測試，確認刀閘合閘后觸指與觸頭接觸力量足夠。

4.4.3 開展刀閘上下兩節動觸頭桿直線度和加工外徑偏差度的檢測。

4.4.4 在處理后的大電流刀閘兩側加裝無線測溫系統，改變傳統的人為紅外測溫手段[5]，實時跟蹤被測點的溫度變化，并將監測到的數據以無線的方式上傳到主控室終端接收儀，通過局域網來查詢刀閘實時和歷史溫度，并實現超溫主動報警。

4.5 綜合處理方法的成效

依據上述探討和總結出的綜合的、創新的、通用的GN30型大電流刀閘發熱缺陷處理方法，徹底解決了該110kV變電站刀閘發熱問題，在相同運行負荷和環境下，將刀閘溫度由之前測得的110度下將到52度。并將紅外測溫結果與在線測溫數據進行了對比，發現數據相差不大。加裝了在線測溫裝置后，為實時監測刀閘的運行狀況，檢測刀閘改造后的長時間效果提供了依據。

目前，已將該方法用于另外幾個出現GN30型大電流刀閘發熱、觸指脫落、熔焊、旋轉瓷套開裂等缺陷的變電站。效果都比較理想。

5 結束語

隨著我國經濟的快速發展，各個供電局不少變電站的負荷也屢創新高，這就給變電站內設備的可靠運行帶來了不小的挑戰，尤其是考驗著大電流刀閘的可靠運行。文章探討和總結出的“一改結構、二變材質、三改環境、四強工藝”的四部曲處理辦法，對綜合、徹底消除國內大部分GN30型大電流刀閘發熱、熔焊等缺陷具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]變電設備檢修（第二冊）[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]葉茂泉.GW16型隔離刀閘發熱故障分析[J].電力安全技術，2012，14（7）：56-57.

[3]楊德華.10kV旋轉式隔離開關易引發的故障原因分析及改造[J].廣西電力，2007（5）：48-49.

[4]黃敬俠，劉祥吉，郭湛林，等.對GW4型刀閘發熱問題的研究[J].中國高新企業技術 2013（33）：23-24.

[5]金小虎，張睿.隔離刀閘發熱缺陷的分析與預防[J].電力安全技術，2011，13（10）：62-63.

作者簡介：裴運軍（1981-），男，工程師，主要研究高壓輸變電設備的檢修與維護。endprint