GN30大電流隔離開關的常見缺陷分析及運維策略

劉星瑋 馮普俊 肖權鋒

摘要：對近年發生的兩起由10 kV GN30型大電流隔離開關缺陷引起的故障進行了研究，根據該型隔離開關的結構原理，分析了該類型隔離開關存在的常見缺陷，提出了該型大電流隔離開關的整改措施，并總結了相應的運行維護策略，對于預防該類型事故有積極的意義。

關鍵詞：大電流隔離開關;缺陷分析;在線監測

0? ? 引言

近年，我局連續兩次因型號為GN30-10Q的高壓柜大電流隔離開關缺陷引起故障。該類型大電流隔離開關其早期產品由于在設計、制造方面存在不同的缺陷，加上變電運行方面對該類型隔離開關認識不足，事故時有發生。因該類型開關大量配置在變低、母聯刀閘柜，發生故障時，都會造成嚴重后果，影響電力系統安全穩定運行。

1? ? 兩起由GN30大電流隔離開關缺陷引起的故障

事故現場一：2017年10月12日，運行人員巡視測溫發現：110 kV XX變電站#2主變10 kV側5022發熱，A相99 ℃，B相88 ℃，C相75 ℃，負荷電流2 070 A。

11月3日，檢修人員在高壓室進行#2主變10 kV側502開關柜母線室檢查時，發現5022隔離開關的B相靜觸頭觸指及鋼壓片散落在母線室柜體內，并且有熔毀現象，其他兩相動觸棒有燒傷跡象。

檢查隔離開關動、靜觸頭，發現隔離開關動觸頭結構完好，但動觸棒部分有熔毀現象，隔離開關靜觸頭結構已破損，觸頭觸指、固定螺栓及鋼壓片部分有熔毀現象。

事故現場二：2017年12月25日，運行人員巡視測溫發現：110 kV XX站#1主變10 kV側5014大電流GN30隔離開關發熱，A相50.9 ℃，B相57.5 ℃，C相87.7 ℃，負荷電流1 619 A。

12月26日，變電站#1主變停電更換5014隔離開關，在停電操作過程中發現母線側5011隔離開關無法拉開，經倒負荷停電后檢查發現5011隔離開關動觸棒、觸指均有熔毀現象。

2? ? 故障原因分析

2.1? ? GN30隔離開關結構原理

GN30隔離開關原理圖如圖1所示。隔離開關每相靜觸頭含8片觸指，兩兩一組分布在底座的兩側，共4組。觸指通過螺絲固定在隔離開關底座兩側。隔離開關位于合閘位置時，觸指的導電接觸面主要分為兩處，接觸面1是靜觸頭觸指與動觸頭觸棒之間的接觸，接觸面2是靜觸頭觸指與隔離開關底座之間的接觸。當隔離開關處于合閘狀態時，觸指彈簧向觸指鎖片施加壓力，使靜觸頭觸指緊緊壓住動觸頭觸棒，形成有效的接觸。

2.2? ? 故障原因分析

兩起事故的設備都是GN30-10Q型大電流隔離開關，根據解體檢查情況，引起事故的原因都是隔離開關觸頭嚴重發熱。

對發生發熱故障的隔離開關單相主回路電阻進行測試，均在110 μΩ左右，對沒有發生發熱故障的隔離開關單相主回路電阻進行測試，均在20 μΩ左右。經過分析測試、比較，發現造成回路電阻偏大的主要原因是該型隔離開關設計存在問題：

（1）隔離開關夾架采用鑄鐵材料，具有高導磁性，易產生渦流，造成發熱現象，負荷較大時發熱愈加嚴重。

（2）靜觸頭觸座只由一根螺栓固定在底座，在靜觸頭觸座受到水平方向上的力時，會產生相應的力矩，導致接觸面接觸不良。

（3）靜觸頭每個的觸指對采用單獨螺栓連接的結構存在隱患。當發生動靜觸頭兩側接觸面的接觸電阻不相等時，會出現一部分電流從螺栓處分流，此時雖然電流很小，但是由于螺栓的電阻較大，螺栓也會出現發熱嚴重的現象。

（4）GN30隔離開關動、靜觸頭之間的連接處近似于線接觸，接觸面積小，局部區域接觸電阻大，容易造成發熱。

3? ? 整改措施及運維策略

3.1? ? 存量設備的整改措施

3.1.1? ? 材質優化

觸座及觸指改用高純度紫銅板材質。在導體截面積相同的情況下，可以通過減小電阻率，來提高導體的通流能力，減少設備運行時的發熱量，從而達到降低溫升的目的;而且銅磁導率低，不易產生渦流。

所有導電件表面均應用鍍覆厚銀工藝，電鍍銀層20 μm以上，由于銀的溫升裕度遠高于紫銅，因此可以實現降低設備溫升的目的。

3.1.2? ? 結構改進

原GN30型高壓隔離開關觸座為“工”字形，兩側使用鋼板夾緊固定。為增加觸座的散熱面積，以達到降低溫升的目的，將觸座改為雙“U”形結構，如圖2所示，改進后觸座的有效散熱面積得到大幅提升。

靜觸頭觸指由原浮動式改為固定式。改過后的固定式觸指為分體式結構，由高純紫銅板彎制而成，觸指的結構形式使得其在運行中有一定的形變裕度，同時磁鎖板施加壓力，能夠保證即使隔離開關經過多次分合閘，靜觸頭觸指與動觸頭觸棒之間仍保持接觸良好。

3.2? ? 運維策略

通過對這兩起隔離開關發熱缺陷引起的故障的分析，筆者認為加強10 kV大電流開關柜的運行維護管理，規范隔離開關的工程驗收、運行及維護，可以做好以下幾方面工作：

（1）改善現場隔離開關部件組裝工藝，開展隔離開關拼裝后的溫升抽查試驗。開展隔離開關現場組裝后的壓力測試，確認隔離開關合閘后觸指與觸頭接觸力量足夠。

（2）結合停電對隔離開關開展例行檢查，重點關注是否合閘到位，各零部件有無脫落和松動，導電部位有無明顯的變色、過熱跡象，檢查瓷套是否有裂紋。

（3）對此類隔離開關在進行分合閘操作時應注意力度的把握。操作隔離開關時，應先用緩慢合閘到動觸頭距離靜觸頭觸指5 cm左右，然后快速將隔離開關合上。

（4）做好事故處理方案和搶修預案。根據此類隔離開關的特點，做好該類設備事故的應急處置方案，并對應有效開展應急演練工作。

（5）對大電流隔離開關應用高壓柜母線室在線監控和測溫裝置。高壓柜母線室在線監控和測溫裝置主要包括攝像頭、溫度傳感器、無線傳輸裝置和處理器四部分，監控組件的攝像頭和溫度傳感器對高壓柜母線室內的情況進行圖像、溫度的雙重監控，并通過無線傳輸裝置傳輸至外部監控設備的接收端，實現對高壓柜母線室一次設備運行狀態的實時監控。當監測區域溫度超過限定值時，以短信形式對運行人員進行提醒。高壓柜母線室在線監控和測溫裝置結構簡單，成本較低，安裝方便，系統運行穩定，能大大降低運行人員的工作強度，滿足實際運行要求。

4? ? 結語

本文結合兩起實例分析了高壓柜母線室GN30大電流隔離開關的故障原因，并介紹了該型隔離開關的整改措施，給出了大電流隔離開關運維策略，提出應用高壓柜母線室在線監控和測溫裝置對隔離開關進行在線監控，及時發現設備缺陷，以盡可能減少該類故障的發生。

[參考文獻]

[1] 王樹聲.變電檢修上[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2] 張偉.高壓隔離開關觸頭導電性失效研究[D].北京：華北電力大學，2011.

[3] 電力設備檢修試驗規程：Q/CSG 1206007—2017[S].

收稿日期：2019-11-06

作者簡介：劉星瑋（1996—），男，廣東江門人，變電檢修中級工，主要從事110 kV及以上變電站一次電氣設備的檢修、維護工作。

馮普俊（1972—），男，廣東江門人，變電檢修高級技師，主要從事110 kV及以上變電站一次電氣設備的檢修、維護工作。