GW27A—363隔離開關母線電流轉換試驗探討

沈賽麗等

摘 要：文章分析了空氣絕緣的隔離開關開合母線轉換電流的原理，要求試驗時試品布置形式以及狀態，給出了隔離開關輔助觸頭結構上的改進、及操作試驗中應采取的措施。

關鍵詞：隔離開關；母線轉換電流；試驗；引弧；改進

中圖分類號：TM564 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0089-02

1 概 述

變電站常用的三類高壓設備是，組合電器（GIS），斷路器（GCB），隔離開關（GW）。其中，隔離開關的主要作用是隔離輸電線路、建立明顯的隔離空氣絕緣斷口。另外還在母線環路變電站中，隔離開關還用來轉換母線，即開合母線轉換電流（又稱切環流）。根據電力部標準，對252 kV以上的高壓隔離開關產品必須具有開斷和關合母線轉換電流的能力。

母線轉換電流是負荷從一個母線系統轉換到另一個母線系統時，隔離開關必須開斷和關合的電流；母線轉換電壓是隔離開關開斷母線轉換電流之后或者關合母線轉換電流之前，出現在隔離開關端口上的工頻電壓。為了滿足電力部要求，我公司的GW27A-363產品研制時，就專門設計了一套為做母線電流轉換試驗的裝置，我們叫做輔助引弧裝置。

下面就逐一介紹：輔助裝置的結構；首次試驗中出現的故障分析；通過改進設計方案，最后完成試驗的過程。

2 實驗經過

2.1 產品結構

合閘狀態如圖1所示，分閘狀態如圖2所示，輔助引弧裝置如圖3所示。

圖3所示的輔助引弧裝置，由裝在導電桿端部的引弧板，裝在主靜觸頭裝配上的消弧圈兩部分組成，他們的作用是：當合閘時，在主觸頭與觸指接觸前，引弧板提前與消弧圈接觸，而當分閘瞬間，引弧板與消弧圈又晚些時候脫開，達到保護主觸指不被母線轉換電流產生的電弧燒毀的目的。

2.2 實驗前準備，試品調試過程及結果

GW27A-363產品在現場的裝配完畢情況分別如圖4和圖5所示。

按照試驗要求，產品裝配完成和接大線完畢，要反復操作了多次，最終達到：

①合閘后，導電桿兩端的動觸頭同時與兩端靜觸頭分別接觸；并且使主動觸頭的軸線與靜觸頭中兩排主觸指平行，達到上、下靜觸指與主動觸頭同時接觸且具有相同的壓縮量。

②合閘時，引弧板與消弧圈先接觸，然后才是主觸指和主觸頭接觸；分閘時，主觸指和主觸頭脫離后，引弧板與消弧圈才脫離。

2.3 試驗過程現象描述（必要的分析及故障部位的判定）

第一次試驗開始后，先遠控操作，由分閘狀態到合閘，合閘完畢立即分閘。在主觸頭將分開的瞬間，觀察到引弧板與消弧圈之間有一團火球，直徑大約半米，主導電桿有短暫的停頓后才向前走，速度快，到分閘位置，沒有停止，直到角度分到大約90 °位置撞到墻壁才反彈、停止住。波形圖如圖6所示，通過波形圖，確定燃弧時間為681.5 ms。

分閘后，從安全距離觀察產品：主觸頭刀板變為豎直狀態，經過與主管試驗員溝通，切斷電源，人員上去，將刀板轉動到正確位置，繼續電動操作，合閘和分閘都正常。隨即繼續做。第二次也是先合后分：情況跟第一次幾乎一樣，分出來后，刀板已經變直。再強行合閘時，刀板被導向板擋住，進不去。試驗只能停止。第二次燃弧時間為104.5 ms，如圖7所示。

2.4 試驗結束后處理

試驗停止后，將最終狀態拍照，又上去仔細觀察燃燒情況：上邊引弧板燒損嚴重（兩端一樣），如圖8和圖9所示。

試驗出現故障后，對試品整體檢查：除了上述零件燒壞外，沒有發現拉桿、轉動座、 操動機構等有異常情況。

3 故障分析

根據消弧圈被燒后粘連的痕跡，初步分析：

由隔離開關本身的操作特性決定，隔離開關分合閘時間一般在12 s左右，這樣就說明，隔離開關的主閘刀運動速度較慢，在開合母線轉換電流時，產生電弧的燃弧時間較長，而電弧中心的溫度可以高達1 000 °C。因此，我們認為造成本次試驗失敗的原因：主要是消弧圈的材料問題。試驗用材料是4板T2Y，此材料低熔點，氣化點比較低，當主觸指與動觸頭脫離的瞬間，電流全通過引弧板和消弧圈，引起電弧現象，而電弧產生的超高溫將銅板做成的消弧圈融化。融化后的消弧圈和引弧板發生粘連，造成阻力，使主刀不能正常從靜觸座中出來，此時電動機構仍在繼續拉動主刀轉動，這樣主刀只能在被強行拽開，造成出來后刀板變直，不能正常的再合閘。

綜合以上分析：消弧圈的材料問題，應該是試驗失敗的主要原因。

4 改進方案

找到試驗失敗的原因后，我們制定了三套方案：

方案一：原結構不變，僅改零件材料：將消弧圈的材料T2Y改為銅鎢合金CuW，結構不變。

方案二：結構改變，借鑒GW□-515產品結構：引弧棒（銅鎢合金Cu-70） 、軟連接、扭簧。

方案三：借鑒我公司252 kV產品的引弧結構：引弧棒材料為銅鎢合金CuW-70，引弧板材料為3X30鋼帶65 MnY。

第一套方案需要投制銅鎢合金消弧圈，零件用料多，加工也比較困難，需要找專業廠家。

第二套方案與GW□-515產品結構相同，零件投制周期短，改進成本低，甚至可以直接借用GW□-515產品的有些零件，并且此產品已經順利通過母線轉換電流試驗。

第三套方案與GW27-252產品原有的引弧結構相同，這樣引弧棒加工技術比較成熟，零件投制周期也會很短。所以，采用第三套方案，試驗更有把握通過。

上述三套方案都可行，但考慮實驗零部件的組織，以及實驗周期，最后我們優選了第一套方案，加工一套銅鎢合金CuW材料的消弧圈。

5 重新試驗情況

更換新零件后，在沈陽高壓試驗站重新做了試驗：轉換電流1 600 A，恢復電壓300 V，順利開斷100次的分合閘試驗。

6 結 語

試驗后，產品的狀態完全符合試驗要求，隔離開關的機械操作和絕緣特性與試驗前的狀態相同，輔助觸頭有燒焦痕跡，但沒有熔化點，消弧圈上有斑點和電弧燒過觸頭材料沉積的滅弧介質，而主導電系統，特別市主觸指完好無損。滿足產品技術條件的規定，輔助觸頭的燒損在國標和電力部標準允許的范圍內，隔離開關斷口間以及相對地水平滿足有關標準對隔離開關的要求。

通過本次技術探討，希望對以后其他隔離開關的此項試驗有所借鑒。

參考文獻：

[1] GB2900.20，高壓開關設備[S].

[2] GB 1985-2004，高壓交流隔離開關和接地開關[S].

[3] GB/T 11022-1999，高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求[S].