變電站電動GW16型刀閘合閘不到位故障分析及處理

黃鳳萍

（廣東電網有限責任公司 惠州供電局，廣東 惠州 516001）

0 引 言

變電站的電動刀閘多為戶外式，工作人員操作刀閘時有時不能一次性合閘到位，需多給幾次合閘命令后刀閘才能合閘到位，甚至還會出現刀閘拐臂輕微彎曲等合不直現象，這可由變電站智能巡檢機器人清晰自動識別[1]。刀閘觸頭處于半合位置時，接觸狀態不良，會導致發熱或放電故障，嚴重威脅設備和電網的安全。文獻[2]提出一種可識別接觸狀態是否良好的隔離開關分合位置判別方法。文獻[3]提出刀閘在倒閘操作中常見的故障可分為一次設備故障和二次回路故障兩種類型，若是刀閘二次回路限位開關不正常，那么將導致刀閘合閘不到位。工作人員用110 kV或220 kV刀閘操作把手完成手搖操作后即可將刀閘操作到位。運行一段時間后，刀閘上的黃油容易沾滿沙塵并變干變黑，導致刀閘一次部分機械構件出現銹蝕卡澀現象。若是刀閘在倒閘操作過程中由于一次部分機械構件存在銹蝕卡澀現象，會造成電機電源缺相空轉，進而導致刀閘拐臂輕微彎曲等合不直問題。變電站暫時還未研制出一套修正輔助專用工具。

目前，變電站特別是巡維中心的倒閘操作較多，如果刀閘在倒閘操作過程中一次部分機械構件存在銹蝕卡澀而引起電機電源缺相空轉，則會導致刀閘長時間拐臂輕微彎曲合不直運行，且影響電網設備的安全穩定運行[4]。現對待此類故障只能停電處理，將刀閘轉為檢修狀態，這涉及線路和倒母線等，需考慮系統運行方式。若待計劃停電時再檢修刀閘需要等待的時間過長，勢必嚴重影響電網設備的安全穩定運行。本文特別針對電動GW16垂直單臂伸縮型刀閘，采用CAD軟件設計并研制出一套刀閘合不直修正輔助專用工具，已經應用于變電站。

1 電動GW16型刀閘主閘刀的基本結構原理

電動GW16型刀閘是單斷口的垂直伸縮單臂折架式戶外交流高壓刀閘，分閘時主閘刀系統合攏折疊，與其正上方的靜觸頭之間形成清晰醒目且有足夠空氣間隙的可靠隔離斷口。合閘時如手臂伸直一樣，在完全伸直后，動觸片夾住靜觸桿。其具有結構緊湊、外觀簡潔、分閘后不占用相間距離以及進出線相互垂直且不在同一高度等特點。

電動GW16型刀閘主閘刀的結構如圖1所示。它的運動過程由折疊運動和夾緊運動兩部分復合而成。

圖1 GW16型刀閘主閘刀結構原理圖

折疊運動指的是合閘時由電動機構驅動旋轉瓷瓶23逆時針轉動，旋轉瓷瓶23通過一對傘齒輪21帶動連桿20使主閘刀向合閘方向運動，操作桿15與下導電桿14做相對運動，齒條12推動與上導電桿6結合成一體的齒輪11旋轉，使上導電桿6向合閘方向運動，直到合閘完成[5]。

夾緊運動指的是在合閘過程中，當隔離開關在接近合閘位置（快要伸直）時，滾輪10開始與齒輪箱13上的斜面接觸，并沿斜面繼續運動，與滾輪10相連的頂桿7克服復位彈簧5的反作用力向上推移，同時動觸頭座4內的對稱式滑塊增力機構將頂桿7的推移運動轉換成動觸片2的相對鉗夾運動。當靜觸頭1被夾住后，滾輪繼續沿斜面上移3～5 mm，直至完全合閘。在此過程中，由于頂桿設計成推壓柔性桿，因此原已被壓縮的夾緊彈簧8被第二次壓縮，并作用于端桿上，使頂桿獲得一個穩定的推力，從而使動觸片2對靜觸桿保持一個穩定的夾緊力。

開始分閘時，滾輪沿斜面向外運動，直至脫離斜面，此時在復位彈簧的作用下，頂桿帶動動觸片張開呈“V”形。

2 電動GW16型刀閘合閘不到位的故障現象和原因分析

變電站倒閘操作特別是倒母線操作過程中，如果刀閘的動觸頭觸指鉗與靜觸頭靜觸桿夾的不夠緊，那么在合閘過程中動觸頭即將與靜觸頭接觸時會上下擺動，抵觸靜觸頭的上彈簧觸齒而造成刀閘合閘不到位現象，甚至會出現刀閘拐臂輕微彎曲等合不直現象，如圖2所示。刀閘在合閘過程中由于部分機械構件存在銹蝕卡澀引起電機電源缺相空轉進而導致刀閘拐臂輕微彎曲等合不直問題，會帶來很大的安全隱患。

圖2 GW16型刀閘主閘刀合不直故障現象

判斷電動GW16型刀閘合閘是否到位主要看刀閘曲折處是否合攏緊、動觸片和靜觸頭之間是否接觸良好、中間拐臂連接叉板內側滾輪是否鉤緊、靜觸頭是否夾緊并完全進入上導電管的觸指中以及上下導電管是否伸直且與水平面垂直。

由于刀閘機械傳動機構直接暴露在空氣中，經受日曬雨淋，受環境影響較大，平時操作次數較少，軸銷和軸承等傳動部位缺少潤滑和相對運動，運行一段時間后會出現傳動機械構件銹蝕卡澀現象。長期卡澀會使刀閘傳動桿產生損耗，引起刀閘拐臂連接板輕微彎曲，彎曲的連接板帶動拐臂旋轉軸發生扭曲，使旋轉軸與連接板發生硬摩擦，從而造成刀閘合不直的問題[6]。

GW16型刀閘外部傳動部件雖涂有黃油或凡士林，但夏天黃油或凡士林暴曬后容易流失，冬天潤滑油和灰塵、鐵銹等結成干枯的硬層導致轉動卡澀[7]。加之零部件制造誤差，防銹處理工藝不良及運行過程中摩擦或磨損等因素，許多設備的零部件鍍層脫落，出現銹蝕變形并導致操作出現傳動卡滯，降低了機構的傳動精度，導致主閘刀導電管合不直或分閘合閘不到位等，嚴重影響電力系統安全穩定運行[8]。

除此之外，絕緣齒輪和滾輪因材質差而磨損破裂卡死或上導電管頂桿發熱，吸引灰塵雜質跟滲水形成銅綠，增大摩擦力且減少傳動力，也會導致電動GW16型刀閘主閘刀合不直[9,10]。

3 電動GW16型刀閘合閘不到位的故障處理措施

對于刀閘在倒閘過程中出現的三相合閘不到位或三相合閘不同期等情況，運行人員必須高度重視，杜絕刀閘因接觸不良而發熱并引發觸頭燒熔或燒損事故。運行人員在操作合閘刀閘后，若發現三相不能完全合閘到位或三相合閘不同期應及時拉開，同時再重新合上刀閘。針對刀閘重復操作后上述情況依然存在，文獻[11]提出的刀閘合閘不到位處理措施是操作者應佩戴絕緣手套，通過絕緣棒將刀閘三相接頭頂到位，便可在下次計劃停電時處理。110 kV及以上的刀閘若重復操作仍合閘不到位，則應匯報給上級主管部門以安排停電檢修。倒閘操作時，如果隔離開關沒合到位，那么允許用絕緣桿進行調整，但要加強監護。文獻[12]提出操作人員用絕緣棒將隔離開關頂到相應位置，文獻[13]提出一種使用配套工器具的刀閘帶電作業方法，為刀閘帶電檢修開辟了新的研究方向。

如果合閘時發生電動GW16型刀閘觸頭三相到位但輔助開關觸點翻轉不到位的情況，可采取推合傳動連桿使得輔助開關觸點翻轉到位的措施，若輔助開關觸點翻轉仍不到位，則應將刀閘拉開并停止操作，將此情況匯報給上級主管部門。

若是刀閘二次回路限位開關故障導致刀閘合閘不到位，運行人員用110 kV或220 kV刀閘操作搖把進行手搖操作后刀閘就可到位，外拉聯鎖繼電器的操作板并插入手搖搖把，然后松開操作板，便可進行手搖操作。

4 電動GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具的設計及研制方案

用CAD軟件設計并研制出一套刀閘合不直修正輔助專用工具，用3節可拆卸的絕緣桿組成絕緣操作棒，便于攜帶和存放。正面結構如圖3所示。

圖3 電動GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具CAD設計正面結構圖

此工具主要由絕緣操作棒和爪型彎頭構成。絕緣操作棒包括第一絕緣桿、第二絕緣桿及第三絕緣桿，3個絕緣桿的連接依次可拆卸。爪型彎頭包括連接桿、第一彎頭、第二彎頭以及第三彎頭，3個彎頭分別固定連接于連接桿的第一端。連接桿的第二端固定連接于第一絕緣桿遠離第二絕緣桿的一端。第一彎頭、第二彎頭及第三彎頭的一端均為勾狀結構，且第二彎頭與連接桿一體成型。連接桿的直邊端通過螺絲套設和燒焊連接固定在第一絕緣桿上，3個彎頭分別燒焊連接固定在連接桿上。第一絕緣桿、第二絕緣桿及第三絕緣桿之間通過螺紋旋鈕連接，第一勾狀結構、第二勾狀結構及第三勾狀結構在同一平面，第一拉桿和第三拉桿在同一平面。

本文所研制的爪型彎頭可鉗住刀閘動觸頭上下導電管的拐臂連接叉板并將其拉直，使得刀閘合閘操作到位，如圖4所示。該操作無需停電即可進行，解決了刀閘合不直的問題，為檢修維護人員減輕負擔，提高工作效率。

圖4 現場試驗圖

現場電動GW16型刀閘是垂直伸縮單臂折架式刀閘，結合實際情況計算出所設計的爪型彎頭需折彎約45°才能滿足操作需要，折彎后的爪型頭如圖5所示。

圖5 折彎45°后的爪型頭

此工具經拉力測試和工頻耐壓檢測合格后投產使用，日常存放在安全工器具操作間，每年跟其他安全工器具一起接受工頻耐壓試驗，并定期更新試驗合格標簽。

5 電動GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具試驗結果與分析

為驗證所提出GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具修正方法的有效性，將其應用于現場操作。結果只需約15 min便可將刀閘上下導電臂中間接頭連接叉板拉直，無需申請停電就能處理刀閘合不直的問題，大大節省了維修時間，提高了倒閘操作效率[14]。電動GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具現場操作如圖6所示。

圖6 電動GW16型刀閘合不直修正輔助專用工具現場操作圖

6 結 論

闡述電動GW16垂直單臂伸縮型刀閘主閘刀的基本結構原理，分析GW16垂直單臂伸縮型刀閘合不直的故障現象和原因，并給出相關故障處理措施。用CAD軟件設計一套GW16垂直單臂伸縮型刀閘合不直修正輔助專用工具，解決了刀閘在合閘過程中由于一次部分機械構件存在銹蝕卡澀造成電機電源缺相空轉導致刀閘拐臂輕微彎曲等合不直問題，實際應用效果良好，可以為相關專業技術人員提供借鑒。