高壓隔離開關常見故障分析

摘要：高壓隔離開關是電力系統的重要組成部分，起著隔離電源、改變電網運行方式等作用，本文主要介紹高壓隔離開關的結構和作用、控制邏輯以及常見故障處理方式。

關鍵詞：隔離開關 控制 分合閘 接觸面

中圖分類號： TM93文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）11（a）-0000-00

一、高壓隔離開關的結構和作用

高壓隔離開關廣泛應用于電力系統中，主要用于將帶電設備與不帶電設備相隔離。它不直接切斷或接通負荷電流，而是與斷路器相配合，在斷路器完成電源切斷之后，再行斷開，產生一個明顯的安全斷口；或者在斷路器接通之前，先行合上，為斷路器的合閘做好準備。由于不直接切斷或接通負荷電流，隔離開關的分合閘動作不要求在極短時間內完成，不像斷路器有嚴格的分合閘操作時間，相應的也就沒有斷路器高壓的液壓機構或彈簧機構、氣動機構。隔離開關的分合閘操作是由電機轉動后直接帶動完成，具有類勻速運動的特點，其速度相對斷路器要慢很多，操作機構受到的沖擊力也要小很多，因此在機械強度和機械精密性方面的要求相對斷路器要低很多。在材料方面，要求較高的主要是動靜觸頭。由于高壓帶電體感應電的存在，在隔離開關拉合或斷開過程中，當動靜觸頭之間距離進入一定數值內，感應電荷產生的電場會擊穿二者之間的空氣間隙，產生放電。放電產生的高溫對觸頭材料會有一定的影響。因此，隔離開關的動靜觸頭材料，要求具有耐高溫的特性。此外，隔離開關有大量的分合操作，在操作過程中，動靜觸頭之間要有較大的摩擦力，因此其材料也要求具備耐磨性。目前主要采用鍍銀的方式，提升觸頭耐磨性。隔離開關的作用主要是隔離帶電體和不帶電體，因此其斷口距離是一項重要的技術指標，根據不同的電壓等級有不同的斷口距離。從目前應用類型上看，主要分敞開式隔離開關和GIS隔離開關，敞開式隔離開關根據結構特點又分為4型、5型、7型、16型等多種類型；從結構組成上，敞開式隔離開關主要由導電體、支柱瓷瓶、操動及傳動機構、基礎構架等組成。而GIS隔離開關在結構上則無需獨立的基礎構架和瓷瓶等，相對較簡單。

二、高壓隔離開關的控制邏輯

隔離開關是通過電機回路來實現操作傳動，完成分合閘。根據電機輸出角度的不同，主要有90度和180度兩種。其控制及保護回路功能簡單清晰，主要有電機、分合閘和急停按鈕、接觸器、熱繼電器、隔離開關位置輔助開關、到位行程開關等元器件。通過這些元器件的配合，實現了操作自保持、分合閘回路互鎖、到位切斷回路、過流過熱切斷回路等邏輯功能，從而實現對隔離開關的正常控制。除了自身邏輯之外，隔離開關控制回路還與斷路器、接地開關等的狀態，形成邏輯互鎖功能，避免誤操作。

三、高壓隔離開關的常見缺陷

在長期運行中，高壓隔離開關可能產生各種運行缺陷和故障，導致無法正常運行。

以GW4型隔離開關為例，該型號開關在電力系統中應用較為廣泛。其特點為水平開啟式，合閘時三相平行，各相之間由連桿和拐臂連接和傳動。其中最邊一相（A相或C相）為主動相，另外兩相為從動相。每相開關有一側為主動刀，另一側為從動刀。各相都由基座、支柱絕緣子、導體等部分組成，兩支柱絕緣子相互平行地安裝在基座兩端的軸承座上。導體部分安裝在兩支柱絕緣子上方，隨支柱絕緣子作約90°轉動。根據需要，隔離開關上可附有接地開關，接地靜觸頭固定在導電排上，接地開關與基座間用軟接線連接，供接地時導電。主刀和地刀閉鎖：在主導電回路與接地開關的連鎖通過基座上的閉鎖板保證，在主導電回路合閘時，接地開關不可合閘，接地開關合閘時，主導電回路不可合閘。

該型號隔離開關結構簡單，斷口清晰，廣泛應用于35kV、110kV、220kV等電壓等級的電網中。

根據筆者的運行維護經驗，在隔離開關運行過程中，處理過以下一些故障案例：

（一）分合閘操作故障

某站一臺110kV GW4型隔離開關在一次操作中，對其發出合閘命令后，導體未發生運動，操作失靈。在現場處理中，確保隔離開關兩側均無電之后，對其故障點進行排查。首先根據操作命令發出后，電機未轉動未發聲等現象，初步判斷故障點應在控制及電機二次回路上。根據操作時接觸器未吸合的現象，進一步將故障點定位在控制回路上。確定故障回路之后，通過萬用表歐姆檔對整個電路進行逐段通斷測試，最終發現熱繼電器的串入接點呈斷開狀態，從而定位了故障點，對其處理之后，回路能正常運行，隔離開關分合閘操作也恢復正常。

在長期的運行中，控制及電機回路的接觸器、繼電器、行程開關等元件，較容易出現線圈燒損、接點接觸不良等情況，從而導致整個回路異常。在處理中，一方面應邏輯清晰，通過排除正常范圍，逐步縮小故障點范圍直到最終定位，另一方面應加強常見缺陷的積累，根據80/20法則，排查應有重點、有針對，提高處理缺陷的效率。

（二）刀閘合不到位

某站一臺110kV GW4型隔離開關某次操作后，A相和B相均合閘正常，而C相則合不到位。由于合閘不到位，動靜觸頭之間接觸壓力不足，導致較嚴重的發熱現象，如不處理可能導致動靜觸頭損傷、損壞。現場處理中，在確保兩側無電之后，對其進行多次分合試操作，其合閘位置基本不變，均是C相欠位；再檢查其分閘位置，AB相均正常，兩相的主從動刀體均呈平行狀。而C相則張開角度偏大。綜合三相分合閘位置，初步判定C相分合角度正常，但分合不同步。缺陷來源應是C相與B相間的現連桿長度不符合實際要求。通過對連桿長度進行調整之后，并多次調試，最終三相不同期的現象得到解決。

刀閘操作中會受到較大的機械力作用。長期多次操作之后，可能會導致其機械位置發生偏差，或是某些緊固力不足，這些都會影響其正常運行。根據其現象，可以選擇相應的調整對象進行調整，常見的調整對象是連桿、拐臂；以及一些細微的調節如墊裝墊片等，最終解決問題。

（三）其他常見缺陷

隔離開關的控制、監視等過程的實現，存在較多的機械量和電氣量的轉換，這些轉換通過行程開關、輔助開關等來實現。元件的故障，可能會導致信號異常、控制異常等情況；動靜觸頭的接觸不良易造成發熱、進一步的接觸問題，是較多出現的缺陷；戶外隔離開關長期日曬雨淋，導致傳動桿體等銹蝕嚴重，操作困難，也是隔離開關的一類常見缺陷。

四、結束語

隔離開關在電網中，起到隔離和保護的作用。在電網運行方式的變換中，隔離開關常配合斷路器，完成一系列的操作，是電網的重要組成部分。目前其發展已經較為成熟，隨著GIS技術的發展，隔離開關也朝著小型化和更加智能化的方向發展。在操作的便利性、空間利用的效率等方面都明顯提升的同時，其維護檢修、故障檢查等方面的相應技術如何提升，以適應其運維要求，是其面臨的新課題。

作者簡介：王東旭，大學本科，助理工程師，從事變電檢修工作。