全封閉隔離開關輔助接點切換時序分析與可靠性提升

李 健 康留濤

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山467001）

高壓隔離開關在電力系統中起著隔離電源、改變系統運行方式、進行倒閘操作等重要作用，是變電站的重要組成部分，其可靠性關系到電網能否安全運行[1-2]。全封閉隔離開關分合操作后不容易觀察內部觸頭位置，若觸頭分合閘不到位極易導致觸頭發熱熔化或絕緣擊穿，近幾年來已出現多起類似事故，為此而進行的緊急停電搶修工作耗費巨大，并且嚴重影響供電可靠性和電網安全[3-5]。

輔助開關是隔離開關操動機構的重要元件，其作用是對外輸出設備的工作狀態信號，通過輔助開關的接點切換判斷高壓電氣設備的工作狀態，實現電氣連鎖和自動控制[6]。目前絕大部分隔離開關尚不能滿足分合閘完全到位后再發出切換信號的要求[7]，一旦合閘時動靜觸頭接觸量過少或分閘時絕緣距離不夠，而輔助開關已發出分合閘操作完成的信號，工作人員和電網的安全便會受到嚴重威脅。本文分析了一種126kV 全封閉隔離開關動觸頭位置與輔助開關切換的時序關系，解決了隔離開關內部一次設備和二次回路的配合問題。

1 分合閘過程輔助開關切換時序分析

1.1 隔離開關設計結構

操動機構與花鍵軸連接與齒輪一起正反方向轉動，齒輪與動觸頭上的直齒條嚙合，帶動動觸頭左右運動，實現分合閘操作。初始位置時動觸頭縮進支撐導體端部6mm，動靜端開距52±2mm，靜觸指觸點距離靜觸頭端部12mm，動觸頭端部倒角長度5mm，設計結構如圖1 所示。由于操動機構內部、傳動、裝配等不可避免存在誤差，分合閘操作后動觸頭一般不能和裝配時的初始位置（動觸頭縮進支撐導體端部6mm）保持一致，生產中一般要求分閘后動觸頭不露出支撐導體端部即為合格。

圖1 隔離開關設計結構

1.2 合閘過程分析

合閘過程主要考核輔助開關接點切換時間與動靜觸頭接觸時間的先后順序，輔助開關切換時間遲于動靜觸接觸時間，則電氣信號狀態與開關本體狀態一致，不會發生誤操作事故，反之則有發生誤操作事故的風險。

隔離開關設計行程為83±5mm，當行程最?。?8mm）、動靜端開距最大(54mm)、動觸頭縮進支撐導體距離最大(6mm)時合閘過程最為苛刻，此時合閘到位后動觸頭與超過靜觸點1mm，即當動觸頭從起始位置運動77mm 時動靜觸頭才能可靠接觸。當行程最大、開距最小、動觸頭縮進支撐導體距離最小時合閘過程最為安全，動靜觸頭可以安全接觸21mm，當動觸頭從起始位置運動67mm 時動靜觸頭已可靠接觸。

從合閘特定曲線得出，合閘時動觸頭行程為83.7mm，合閘過程中輔助開關切換時動觸頭運動76.6mm，小于最小安全切換行程77mm，不能滿足一次接點先可靠接觸，二次接點才導通的安全要求。

圖2 隔離開關合閘特性曲線

1.3 分閘過程分析

分閘過程主要考核輔助開關觸點切換時動靜觸頭的距離大小，距離大則滿足絕緣距離的要求；距離小則有可能發生擊穿放電事故。分閘行程和合閘行程保持一致的情況下，影響分閘輔助開關切換時動靜觸頭距離大小的因素為初始位置時動觸頭縮進支撐導體的距離和動靜端開距，動觸頭剛好與支撐導體端部平齊、動靜端開距最小時時為最苛刻的情況。

從分閘特性曲線（圖3）看出，隔離開關行程為84mm，輔助開關切換時動觸頭運動73mm，此時動觸頭尚未完全縮進支撐導體內部，而是凸出支撐導體11mm（圖4）。

建立隔離開關的有限元仿真模型，計算動觸頭凸出支撐導體11mm 時隔離開關的電場分布情況，其中動觸頭表面的電場強度為28.2kV/mm，超過最低功能SF6 氣體壓力下判據要求的25.8 kV/mm，此時輔助開關已發出隔離開關分閘完成的信號顯然與設備狀態不符。

圖3 隔離開關分閘特性曲線

圖4 輔助開關切換時動觸頭狀態

圖5 改進前電場計算結果

2 可靠性提升

2.1 改進措施

隔離開關的可靠性主要體現在合閘輔助開關切換時觸頭能完全接觸且能夠承載滿載電流，分閘輔助開關切換時動觸頭能完全分離且保證具備足夠的絕緣水平。改進措施如下：

2.1.1 行程不變的情況下增大動觸頭的超行程：修改靜觸指尺寸，將靜觸指觸點距離靜觸頭端部距離修改為10mm；

2.1.2 改善動觸頭端部電場分布：觸頭端部圓角由R2 增大至R4；

2.1.3 控制裝配誤差：利用支撐導體固定孔的間隙，裝配時將動靜端的開距控制在52±1mm 范圍內；動觸頭縮進支撐導體的尺寸按照大于3mm 控制。改進后的尺寸如圖6 所示。

圖6 改進后隔離開關尺寸

合閘：改進之后在最苛刻情況下合閘到位后動觸頭與超過靜觸點4mm，動觸頭從初始位置運動74mm 時已與靜觸頭可靠接觸，輔助開關切換時的行程為76mm，切換時的行程完全可以承載滿載電流。分閘：輔助開關切換時動觸頭運動73mm，此時動觸頭凸出支撐導體8mm，經計算當動觸頭凸出支撐導體8mm時，電場強度降低至25kV/mm，滿足判據要求，計算結果見圖7。

圖7 改進后電場計算結果

2.2 試驗驗證

對改進后的結構按照國家標準進行了絕緣試驗、溫升試驗等，全部通過試驗驗證。

圖8 改進后的驗證試驗

3 結論

本文分析了現有一種隔離開關分合閘過程中輔助開關接點切換時動觸頭所處的位置，說明了現有結構隔離開關存在的安全隱患。通過修改動、靜觸頭局部尺寸，并給出了出廠調試時的控制措施，在不增加產品成本的前提下，使隔離開關的實際狀態和電氣信號接近一致，并通過了試驗驗證，提高了隔離開關的可靠性。