單柱垂直伸縮式隔離開關在鋼鐵企業電網應用中常見故障分析及對策

孫 威，崔 健，趙建剛

（武鋼有限公司能源環保部，湖北武漢 430080）

引言

單柱垂直伸縮式隔離開關因其結構緊湊、載流能力大、占地面積小、開斷位置明顯等優點，在鋼鐵企業電網中應用較為廣泛。某鋼鐵企業在線單柱垂直伸縮式隔離開關以GW16 型為主，其數量統計如表1所示。

表1 在運GW16型隔離開關數量統計

該型隔離開關通常作為戶外110 kV 及以上電壓等級的母線側隔離開關使用。受鋼鐵企業粉塵大、污染重、沖擊電流大等因素影響，其在運行中多次出現分合閘不到位、刀閘連接部位發熱、瓷瓶破損閃絡故障，嚴重影響設備安全和供電可靠性。為保證鋼鐵企業的安全穩定供電，迫切需要對該型號隔離開關常見故障開展分析及對策研究。

1 GW16型隔離開關的外形圖和工作原理

GW16 型隔離開關為單臂垂直伸縮式，配備電動操作機構。圖1 為其工作原理圖[1]，O 點及A 點為導電底座上的固定點，B 點為齒輪軸中心，C 點為齒輪與齒條的嚙合點；D 點為導電管端點。齒輪與上導電管下端固定，下導內的齒條與齒輪相嚙合。其運動過程：當導電底座上的四連桿帶動下導電管轉動時，下導拉桿上端的齒條牽動齒輪轉動，由于齒輪與上導電管固連在一起，上導電管便隨之轉動，從分閘到合閘過程中，下導轉動9O°，上導相對下導旋轉180°。下導電管內裝有平衡彈簧，隔離開關分閘時彈簧壓縮貯能，合閘時彈簧能量釋放，平衡導電管的重力矩，幫助合閘。該型隔離開關的結構原理如圖2[1]所示。

圖1 GW-16型隔離開關工作原理圖

圖2 GW-16型隔離開關結構原理圖

2 GW16型隔離開關缺陷統計及分析

對某大型鋼鐵企業目前在線運行的84組GW16型隔離開關為例進行統計分析，2015 年至今，該企業內GW16 型隔離開關故障類型及數量如表2所示。

對表2 進行分析，可發現各類故障中，發生次數最多的是分、合閘不到位，其次是刀閘連接部位發熱，再次是瓷瓶閃絡、破損。據統計，62 起分、合閘不到位故障中，有56 起需檢修部門處理，占90.3%；22 起刀閘連接部位發熱故障中，有4 起需停母線配合處理，有17 起需停線路配合處理，占95%；2 起支撐瓷瓶閃絡、破損故障，均需停電處理。從發生頻率看，分、合閘不到位故障發生次數最多，對操作任務形成很大干擾，給檢修單位帶來較大壓力；從后果看，刀閘連接部位發熱故障往往迫使運行方不得不改變站所運行方式，給電網運行方式的安全帶來不穩定因素；從潛在危害性看，支撐瓷瓶閃絡故障有可能導致瓷瓶炸裂，引發母線差動保護動作，導致一段母線全停，對鋼鐵企業生產造成重大影響。

表2 GW16型隔離開關故障類型及數量表

3 GW16型隔離開關故障分析及對策

3.1 針對隔離開關分、合閘不到位故障的分析及對策

GW16 型隔離開關分、合閘不到位故障的主要原因有：上導電臂易進水受潮；各部軸銷、連桿、拐臂、底架甚至底座軸承銹蝕；連桿、傳動連接部位潤滑干涸；閘刀觸頭架支撐件等強度不足；分、合閘定位螺釘調整不當；輔助開關及限位開關行程調整不當；連桿彎曲變形造成傳動不到位等。

針對以上原因，運行方需采取以下對策：

有檢修機會時，注意對隔離開關機械傳動部分進行檢查、維護，包括彈簧、開孔、拉桿、軸銷、滾輪、上操作桿、主刀拐臂等，必要時更換。主要做法有：對彈簧表面采用噴塑處理，增強其耐銹蝕能力[2]；在導電管上開出水孔，并確保足夠大，保證進入管內的雨水能及時流出；拉桿注意采用加粗型并在表面進行熱鍍鋅處理，兩端接頭采用防塵的不銹鋼關節軸承，軸銷采用不銹鋼材質[2]；將環氧樹脂的滾輪更換為不銹鋼滾輪，并在上操作桿處增加一層環氧樹脂絕緣，延緩其老化變形；對主刀拐臂表面采用熱鍍鋅處理；注意檢查定位螺釘和輔助開關等元件，發現異常及時調整；對變形連桿，應查明原因及時消除。

此外，在操作現場，當出現隔離開關合不到位或三相不同期時，應拉開重合，反復合幾次，操作時應符合要求，用力適當。如果還未完全合到位，不能達到三相完全同期，應安排停電檢修。對可能有問題的隔離開關，送電前務必安排檢修隊伍提前就位。

3.2 針對刀閘連接部位發熱故障的分析及對策

該型隔離開關刀閘連接部位發熱故障的主要原因有：（1）靜觸桿夾具開裂。某220 kV 變電站曾因夾具開裂（見圖3）導致發熱點溫度急劇竄升至300 ℃（見圖4）、導電板與鋼芯鋁絞線之間接觸面壓接不緊、電流流經銹蝕螺栓等；（2）操作時，動靜觸頭承受拉弧電流產生的高溫，多次操作后，動靜觸頭夾點接觸面容易出現燒損（見圖5），接觸電阻增大，接觸部位開始升溫，燒損現象加劇，形成惡性循環，最終導致嚴重發熱（見圖6）。

圖3 220kV靜觸頭夾具左上角開裂圖

圖4 紅外測溫圖

圖5 GW16型隔離開關燒損圖

圖6 紅外測溫圖

根據以上分析及運行經驗，運行方需采取以下對策：

（1）發熱點溫度一旦高于90℃且仍處于上升趨勢時，應立即停電處理。

（2）靜觸桿解體檢修時，使用的螺栓、夾具等零部件必須符合要求，更換的導電板必須為鍍銀鋁板，材質必須為原生鋁，不得為再生鋁。導電板與鋼芯鋁絞線之間接觸面要打磨并清洗干凈。螺栓要求使用熱鍍鋅材質，嚴禁使用不銹鋼材質，緊固力度不得過緊或過松。一根螺栓必須配置符合要求的兩個平墊圈、一個彈簧墊圈和一個螺母，不得缺失；安裝時螺栓頭側放置一個平墊圈，螺母側放置一個平墊圈和一個彈簧墊圈，其中彈簧墊圈靠近螺母。

（3）動觸頭的氧化痕跡一旦肉眼可見且測溫發現過熱，應立即安排停電予以更換，新換觸頭鍍銀層完好，螺栓無松動。有條件的可以在動靜觸頭接線板間進行單相導電回路電阻測試，回路電阻不大于135 μΩ。

（4）鋼鐵企業在線運行刀閘慎用導電膏類物質。某220 kV 變電站曾因導電膏使用不當造成70%隔離開關接觸電阻增大發熱。原因就是導電膏運行一段時間后，與粉塵混合，在接觸部位形成接觸電阻大的硬殼而導致發熱。另外，檢修人員素質參差不齊，對涂在動觸頭及靜觸桿上的量沒有統一標準，也是致使發熱的重要原因。如果確需使用，首先要將活動接觸面用無水酒精清洗干凈，在導電面上抹一層均勻的少量的導電膏，并馬上用干布擦拭，使導電面上只留下微量的薄層導電膏。

3.3 針對支撐瓷瓶閃絡、破損的分析及對策

鋼鐵企業110 kV 及220 kV 變電站大多位于燒結、高爐、煉鋼等負荷中心附近。該類產線污染重、粉塵多。

這往往導致站內瓷瓶表面污穢堆積嚴重，遇到惡劣氣象條件就容易出現外絕緣閃絡現象。另外，支撐瓷瓶外部破損和斷裂的問題也偶有發生。

鑒于支撐瓷瓶閃絡、外部破損故障可能帶來的后果十分嚴重，運行方應采取以下對策：

（1）鋼鐵企業污染程度重，按普通標準設計的支撐瓷瓶，其爬電距離在重污染區域往往不夠。因此，重污染區域內變電站使用的瓷瓶爬電距離和瓷瓶高度建議比國家標準高一個等級，以提高整體絕緣水平；作為運行方要加強清掃力度，要做到逢停必掃，同時建立清掃標準，清潔工作完成后按標準檢查，不合格要求返工并按標準考核；在瓷瓶表面噴涂防污閃涂料，施工前注意用干布將瓷瓶表面擦拭干凈，在干燥晴朗天氣下進行噴、涂施工，施工過程中注意保持瓷瓶表面清潔、干燥，涂層厚度應在0.25 mm以上，避免漏涂。

（2）為防止瓷瓶斷裂，建議選用國內知名廠家產品。為避免運輸過程中的損傷，安裝前必須安排專人逐一檢查，表面光潔無裂紋及破損的方可使用。施工時安排人員旁站監督，避免施工人員野蠻安裝。

4 結語

隔離開關在電力系統中起到隔離和保護的作用，是電網的重要組成部分。為了其在運行中更加安全可靠，在設計和選型時就要高度重視。GW16型隔離開關的優點在于占地面積小節省、成本低，缺點為其防水性差、易銹蝕、容易出現分合閘不到位和刀閘連接部位發熱的故障、可靠性差、維護成本高。因此運行方要從安裝調試、檢修工藝、技術改造、運行維護等多方面入手，從根本上消除該型隔離開關可能存在的隱患，確保鋼鐵企業安全穩定供電。