海島地區10KV柱上開關存在問題及對策研究

國網浙江省電力公司舟山供電公司 丁小兵 葉存斌 王震

海島地區10KV柱上開關存在問題及對策研究

國網浙江省電力公司舟山供電公司 丁小兵 葉存斌 王震

目前在10kV配網線路上廣泛使用的戶外柱上斷路器、隔離開關是配網調度核心設備，本文分析了海島地區10KV柱上開關運行當中容易出現的故障和質量問題，并分析提出了相關對策和改進運維方案。

海島；柱上開關；內部質量；改進

一、研究背景

目前在10kV配網線路上廣泛使用戶外柱上斷路器、隔離開關對線路進行控制與保護，其中柱上斷路器（開關）按使用作用不同可以分為出線開關、分段開關、分支開關、聯絡開關等（示例見圖1）。

柱上開關可用于配電線路分段投切、控制、保護，在正常運行時可以通過負荷電流或者轉移所帶負荷至聯絡線路，實現不同配電線路、不同變電所母線間的聯絡，增強配網網架結構；在線路故障時能夠自動開斷故障電流，切除故障段負荷，從而縮小停電范圍，是配網調度的核心設備。常見柱上開關外觀及各部件介紹見圖2、3。

當前集中招標的采購模式實現了集約化管理，降低了設備費用，但標書中對柱上開關的材料、工藝、結構等沒有明確規定，柱上開關的采購質量及入網要求不明確，從而使得大量廠家投機取巧打“價格戰”來增強中標優勢，進而導致柱上開關采購質量良莠不齊。且集中采購時僅考慮大多數地區或城市實際情況，在內陸等干燥地區問題表現可能不太突出，通常表現為可靠性不高，使用年限較短。但舟山四面環海，受海洋性氣候影響，平均降水天數較多（2016年月平均降水天數在12天以上），空氣中濕度大、鹽霧重，柱上斷路器運行環境惡劣，易導致開關轉軸、隔離開關等部件銹蝕老化，從而更易引發柱上開關故障。據統計，2016年以來因柱上開關產品質量問題導致舟山本島共發生柱上開關故障32次，其中引發3起95598用戶投訴，給配網安全穩定運行和公司優質服務形象帶來了負面影響。

二、問題剖析

通過查閱調度日志及班組運行日志，發現當前柱上開關存在的質量問題主要有：

1.柱上斷路器內部質量原因導致開關不明原因、無故障情況下跳閘，嚴重者多次跳閘，以舟山公司為例，2016年共發生未查明原因的10KV柱上斷路器跳閘事件12次，造成了人力、物理資源的浪費。

2.作用為分段或分支的柱上斷路器保護動作不靈敏，引起上級出線開關或分段開關誤動作，甚至引起變電所內10KV出線間隔跳閘，嚴重者引發大面積停電。

3.柱上斷路器分合閘（圖3中部件5）操作手柄受海洋性氣候高濕度、高鹽霧氣候侵蝕，導致刀口、刀頭等出現腐蝕，開關分合操作時機構卡澀，需多次操作才能分開，部分甚至卡死無法正常分合。對檢修工作產生不利影響。2016年共發生類似問題的開關6臺，導致檢修工作無法正常開展或擴大停電范圍。合、分閘指示轉動不靈活，不能準確指示開關的運行狀態。

4.柱上斷路器刀閘位置偏移，導致刀閘無法正常分、合閘；且現有刀閘刀口設計為長方形，氧化腐蝕后易出現接觸面積不足、操作卡澀甚至拒動的問題。

圖1 柱上開關作用分類示意圖

5.國網舟山供電公司對10KV柱上開關保護變比設置標準為：主線開關（出線開關、分段開關、聯絡開關）一般為600/5，支線開關及用戶開關根據所接待的容量設置為200/5或400/5，在線路改造或配電網完善過程中經常出現柱上開關作用發生變化，這就需要對保護變比進行調整。但因電流互感器二次側開路會產生瞬時的高壓電動勢，現有柱上開關無法實現運行中調整流變變比，當線路負荷劇增或驟減需要調整變比時需斷開上一級開關將待調整開關停電再進行調整，對用戶滿意度、供電可靠性等產生不利影響。

圖2、柱上開關外觀圖

圖3、柱上開關各部件介紹

6.傳統的“三遙”或“兩遙”開關，僅能實現斷路器的遙控操作，無法實現隔離刀閘的遙控操作，故只能改為“熱備用”狀態，檢修或故障搶修時仍需人員登桿操作，但在臺風、暴雨等惡劣天氣情況下，根本無法上桿操作，給運行帶來了困難。

7.國標及行標中對柱上斷路器的選型、材料、結構、工藝等未做具體要求，導致部分廠家存在偷工減料嫌疑，所選用材料低劣且相應的驗收細則、追究機制等不完善，存在管理漏洞。

三、對策研究

1.加強驗收管理提高入庫設備

質量建立物資人員初驗與管控驗收小組復驗兩級驗收體系，并建立相應考核制度，對產品存在問題驗收未發現的人員予以績效考核。首先由物資管理人員進行初驗，每批次設備到貨時進行初步驗收，檢查產品有無合格證、產品外觀有無破損、產品附件是否齊全等。初驗合格后，抽調運行單位、施工單位等成立人員相對穩定的驗收小組，記錄設備編號、預安裝位置，對照驗收標準逐條核對打鉤，檢查產品廠家、產品型號、產品附件、有無缺陷等，兩級驗收均合格、驗收人員全部簽名后存檔備查。同時增加產品試驗檢測，測試產品的絕緣水平、工頻耐受電壓、短路開斷、熔斷電流、操作機構靈活度等試驗內容。對抽檢中發現產品工藝等不符合標準的廠商列入警示名單，加強警示名單廠商產品抽查比例和檢驗力度，并將質量問題上報省公司運檢部、物資部，提交不良廠商目錄，納入技術監督考核范疇，為同類產品采購提供參考。

2.改進材料

柱上斷路器暴露在大氣中，冰霜、雨雪、沙塵、潮霧及大氣中的污穢等都會對開關各個部件造成不同程度的損傷，特別是海洋性氣候對開關的影響更為突出，直接影響開關的運行可靠性，因此需要對柱上斷路器使用的材料進行改進，提高設備質量和抗氧化水平，主要有：

（1）針對海島地區鹽霧重的現象，需要提高柱上開關密封水平，機箱密封一定要達到IP55，內部盡量配置除潮和散熱裝置；將暴露在戶外的柱上開關分合閘轉軸、指示器及銷軸由不銹鋼材料改為采用304不銹鋼轉軸加含油銅套軸承，能有效地解決開關分合閘轉軸容易銹蝕咬死的問題。

（2）刀口導電接觸面的面積和刀片、觸頭的導電截面面積應達到安全載流量要求，均不少于300平方毫米。

（3）暴露于大氣中的刀閘觸頭和刀口的接觸面應有抗氧化的鍍鎳層或鍍銀層，鍍層厚度不少于6μm，硬度＞120HV，機箱內機構及其它零件，表面必須鍍鋅鈍化，厚度＞12μm。為保證操作機構不銹蝕，操作機構應鍍鋅或作其他防腐處理。

3.結構方面

針對柱上開關操作機構受氧化、腐蝕后易出現卡澀甚至卡死拒動的問題，對柱上開關的結構進行優化，提高操作的靈敏性和可靠性，主要有：

（1）為了防止隔離刀閘和斷路器的動作順序發生誤操作，避免出現帶負荷拉合隔離開關，在隔離開關帶操作手柄的框架上，增加閉鎖掛牌裝置。當分閘后需改檢修狀態進行閉鎖掛牌時，閉鎖裝置會卡住隔離刀閘轉動主軸的拐臂，使之不能轉動，同時會放下“嚴禁合閘”警示牌，提醒操作人員注意。在需要合閘時，必須先摘牌解鎖后方可進行合閘操作，杜絕了以往檢修時柱上開關“誤合閘”的風險；徹底杜絕誤操作導致事故發生。

（2）動、靜刀片在閉合時位置可能會出現較大的相對偏差，因此，要減小隔離刀的左右擺動間隙，防止超過刀片的開口距離或錯位而導致刀閘無法正常關合隔離開關。在合分閘動作時，相互接觸的表面相對的滑動摩擦以清除表面污垢和氧化物，保證相互間的緊密接觸。

（3）改進隔離開關動靜刀頭的結構設計，將刀口和觸頭由原來長方體改成帶有5-10度的上薄下厚的斜坡梯形構造，使刀口與刀閘接觸面積更大，操作更輕巧，杜絕刀閘卡澀。與原來平面結構的動靜刀片相比較，減少了合閘和分閘時的摩擦阻力。這種斜面結構還具有自我清掃氧化物和污垢，自我調節互相間適應力的功能，更容易合、分閘輕松到位。

（4）分、合閘位置能準確到位，要求配置分合閘加速彈簧和限位塊，在各種嚴酷工況下，可以手動正常操作，合分閘到位，接觸可靠為保證。

（5）動刀片及動、靜刀片接觸處有防護絕緣套，用于標注相序及減少冰雪、雨水、灰塵、污穢等對它的影響。

4.工藝方面

針對運行中無法調整流變變比等問題，對柱上開關的工藝進行了改進和提高，主要有：

（1）針對開關接帶的容量變化后，只能停電調整柱上開關保護變比的問題，對柱上開關二次回路設計進行改進，在二次回路并聯SIDAC硅雙向開關和限流電阻的保護電路，工作原理為：當開關保護變比轉換時開路產生的瞬時高壓電動勢通過保護電路的快速連通而迅速降低至通態電壓（1.5V左右），而當切換至另一檔位時由于電流較低，保護回路又會自動跳閘，從而不影響柱上開關的正常運行。電流互感器變比在200/5、400/5、600/5、退出保護四個檔位靈活可調，能在不停電情況下，通過絕緣棒在不靠近開關帶電體的安全距離外進行操作，從而實現保護變比根據所帶負荷的實時切換。

（2）傳統的 “三遙”開關只能實現斷路器的遙控分合，無法實現隔離刀閘的遙控分合，新型柱上開關可通過一對一的遙控器實現斷路器和隔離刀閘的自動聯動、自動機械閉鎖，在合閘時隔離刀閘得電后自動合閘，1-2秒后斷路器自動合閘并立即機械閉鎖。分閘時斷路器自動先分閘并自動打開機械閉鎖，隨之自動分開隔離刀閘，同時還可手動操作、及遠程信號操作，從而實現真正意義上的“三遙”；使得臺風等惡劣天氣時也能迅速完成開關操作。

（3）絕緣柱體應清潔光滑，無機械損傷，無劃痕、裂紋，爬電絕緣距離不少于372毫米,符合國網Ⅳ級防污穢要求。

5.檢測方面

針對以往驗收規范不明確、不細化導致的驗收流于形式、柱上開關可靠性、靈敏度無法保障的問題，在驗收時增加了設備檢測內容，主要有：

（1）用回路電阻測試儀檢測處于合閘狀態的隔離刀閘和斷路器總的接觸電阻不得大于1 5 0 μ Ω （ 該 參 數 針 對 Z W 3 2型），確保柱上開關滿負荷運行時不發熱。

（2）用繼電保護測試儀檢測開關的出廠整定值（二次電流）是否為：速斷20A,時間為0秒；過流5A，0.3秒。