35 kV戶外隔離刀閘故障分析處理及注意事項

林靜

（濟鋼集團有限公司檢修工程公司，山東濟南250101）

35 kV戶外隔離刀閘故障分析處理及注意事項

林靜

（濟鋼集團有限公司檢修工程公司，山東濟南250101）

通過對35 kV戶外隔離刀閘所出現(xiàn)的發(fā)熱熔斷現(xiàn)象進行故障分析、處理，從中總結(jié)故障原因，對刀閘的選用及運行維護提出要求，以保障其安全運行。

隔離刀閘；發(fā)熱；接觸電阻；壓接點

1 故障經(jīng)過

2013年11月16日5時23分，濟鋼第七降壓站Y3211柜A相速斷保護跳閘，經(jīng)檢查確認，故障點為無功補償裝置TCR支路35 kV隔離開關(guān)A相短路燒損，調(diào)取查看故障現(xiàn)場視頻錄像，故障點處弧光短路現(xiàn)象明顯，故障最終導(dǎo)致相間短路，系統(tǒng)壓降影響高爐、轉(zhuǎn)爐、軋鋼等多條主要生產(chǎn)線。故障后，經(jīng)現(xiàn)場檢查及后臺數(shù)據(jù)確認，排除小動物、雜物等外部因素影響，故障基本確定為觸頭過熱所引起刀閘熔斷。

2 故障驗證

排除人為或外界因素后，初步推斷故障主要由于隔離刀閘設(shè)計、質(zhì)量原因所致，為進一步明確故障原因，對第六、七降壓站SVC戶外系統(tǒng)所有同類型刀閘進行全面檢查測試。測試內(nèi)容主要包括：直流電阻測試、大電流溫升測試以及分合閘同期性測試（目測）。經(jīng)過綜合分析達到驗證刀閘整體技術(shù)狀態(tài)的目的。

通過對刀閘各項試驗參數(shù)來看，其直流電阻試驗值超標極為明顯和異常，無論刀閘整體回路電阻還是刀口接觸電阻均遠遠超出設(shè)備廠家給出的技術(shù)標準參考值（整體回路電阻不大于100 μΩ，刀口接觸電阻不大于60 μΩ）。在溫升測試中，部分刀閘在其額定電流1250 A，如六降壓Ⅲ段TCR支路B相刀閘，在不足5 min的運行狀態(tài)下刀口（觸頭與觸指連接處）溫度已升至180℃。在同期性測試中，亦發(fā)現(xiàn)多組刀閘存在同期性差甚至刀口無法咬合等嚴重問題。通過對刀閘各部件拆解分析綜合各項試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)與七降壓故障刀閘同類型的多組刀閘均存在大量設(shè)計、材質(zhì)以及安裝調(diào)試問題。

3 刀閘狀態(tài)分析

該故障刀閘為GW4-40.5W型戶外隔離刀閘，其導(dǎo)電部分主要包括觸頭、觸指（觸片）、觸指座和導(dǎo)電管，參考結(jié)構(gòu)見圖1。

（1）設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理

圖1 GW4-40.5W型戶外隔離刀閘結(jié)構(gòu)圖

從圖1中可以看到，觸指由左右兩側(cè)6個銅片組成，每個銅片僅有一個壓縮彈簧，且彈簧尾端以銷子固定。經(jīng)現(xiàn)場拆解分析，首先，每對左右觸指通過1根螺栓連接的方式是存在缺陷的。當觸指壓力不足引起左右兩側(cè)接觸電阻不等時，會有部分電流從螺栓處分流。觸頭接觸通過電流時，其實際上形成一個電橋電路，當?shù)犊趦蓚?cè)觸指接觸電阻不等時，螺栓處就會有電流流過，由于不銹鋼材質(zhì)螺栓的導(dǎo)電性很差，螺栓與觸指座僅通過彈簧連接，接觸電阻很大，因此即使電流很小，螺栓發(fā)熱也會相當嚴重，長時間高溫運行下容易造成螺栓燒熔斷裂，導(dǎo)致觸指脫落。其次，單一壓縮彈簧且彈簧簧絲過細。在刀閘多次分合后，有可能造成彈簧壓力不均，從而導(dǎo)致觸指銅片發(fā)生位移，影響刀閘同期度的同時，造成個別觸指壓力降低。第三，彈簧以銷子固定，無法人為調(diào)節(jié)彈簧壓力，給檢修調(diào)試帶來嚴重影響。因此，經(jīng)實際操作驗證，此種設(shè)計結(jié)構(gòu)，在設(shè)備多次操作中，極易出現(xiàn)觸指單邊接觸的情況，接觸面積減小，勢必造成刀閘觸頭發(fā)熱。

（2）刀閘材質(zhì)問題

通過對濟鋼供電系統(tǒng)中同類型隔離刀閘運行狀況的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)僅有同一批次的六、七降壓無功補償系統(tǒng)隔離刀閘存在觸頭發(fā)熱現(xiàn)象，對比不同點主要在于該批次隔離刀閘用料及材質(zhì)。刀閘導(dǎo)電桿、出線座等絕大部分采用鋁質(zhì)構(gòu)成，其中僅有觸指和觸頭為銅質(zhì)部件。首先，金屬鋁的電導(dǎo)性遠低于銅質(zhì)部件，隨著溫度升高，鋁質(zhì)自身導(dǎo)體電阻增大，電阻增大又導(dǎo)致導(dǎo)體產(chǎn)生熱量從而形成惡性循環(huán)，造成發(fā)熱點迅速惡化，最終導(dǎo)致設(shè)備溫度在短時間內(nèi)急劇上升；其次，相對于銅的熔點（1083℃）鋁的熔點（660℃）要低得多，因此一旦發(fā)生設(shè)備過熱且溫度上升至接近熔點時，由于其熱穩(wěn)定性不足，導(dǎo)電桿等鋁質(zhì)部件將會發(fā)生嚴重變形甚至熔化，從而導(dǎo)致刀閘接觸點的位移甚至分斷形成拉弧，電弧所產(chǎn)生的巨大熱量將導(dǎo)致剩余鋁質(zhì)部件的完全熔化直至短路跳閘，根據(jù)對濟鋼七降壓故障現(xiàn)場及監(jiān)控畫面的分析，可以基本判定鋁質(zhì)部件受熱變形、拉弧、熔化是造成本次故障的關(guān)鍵原因。值得一提的是，在故障發(fā)生后經(jīng)過對該隔離刀閘銅鋁部件受熱熔化后殘余物質(zhì)的分析，我們對于該刀閘銅鋁材質(zhì)的純度和質(zhì)量同樣持懷疑態(tài)度。

（3）安裝調(diào)試問題

第一，在整個試驗測試過程中，我方人員多次發(fā)現(xiàn)刀閘存在刀口無法咬合問題，經(jīng)過對刀閘傳動部分的檢查，發(fā)現(xiàn)大部分刀閘分合閘拉桿緊固螺栓異常松動，導(dǎo)致在分合閘過程中，不同相刀閘受力不同由于其拉桿緊固螺帽不起作用從而使拉桿力矩改變，造成刀閘刀口錯位。第二，刀閘出線座壓接面粗糙，刀閘出線座及鋁線板未經(jīng)任何處理即進行壓接，測試人員在拆卸過程中發(fā)現(xiàn)多個壓接面中存有鋁屑等雜質(zhì)，嚴重影響壓接面結(jié)合度，同時，壓接面未經(jīng)任何打磨處理。第三，緊固螺栓松動，部分刀閘導(dǎo)電桿金具螺絲、出線座軟連接螺絲壓接不緊，尤其出線座軟連接壓接處，經(jīng)過我方人員緊固發(fā)現(xiàn)，該處螺絲無法達到壓緊狀態(tài)，個別螺絲已出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象。

4 故障處理

通過對故障類型刀閘的試驗及結(jié)構(gòu)分析，證明刀閘熔斷故障由設(shè)備質(zhì)量以及安裝調(diào)試不力所致。由于相關(guān)單位拒絕更換刀閘的要求，只能由對方派技術(shù)人員對現(xiàn)有刀閘進行重新調(diào)試檢查。

為了避免再次出現(xiàn)螺絲壓接等調(diào)試問題，我方對調(diào)試中各關(guān)鍵點提出硬性要求（如壓接面打磨、涂抹工業(yè)凡士林等）。同時對所有刀閘壓接螺栓進行檢查緊固，更換銹蝕部件。經(jīng)過近一個月的調(diào)試緊固檢查，于12月24、25日對六、七降壓刀閘進行抽檢測試。從試驗結(jié)果來看，對比11月中旬測試數(shù)據(jù)，刀閘直流電阻及大電流溫升情況均得到明顯改善，但其中仍然存在個別刀閘直流電阻偏大或溫升較熱的現(xiàn)象。通過本次測試，刀閘系統(tǒng)中又暴露出部分問題，需要我們在未來六、七降壓SVC系統(tǒng)運行點檢以及停電檢修中重點對待。

5 事故總結(jié)

此次事故的發(fā)生，引起了我們對刀閘的選用及運行維護的重視。

（1）刀閘的設(shè)計、材質(zhì)及安裝。選擇刀閘時一定要注重其設(shè)計合理性，如觸指彈簧的拉緊度、彈簧質(zhì)量等。同時，考慮到銅鋁過渡發(fā)熱問題以及鋁質(zhì)較差的熱穩(wěn)定性，建議選用全銅材質(zhì)的刀閘。其次，安裝時注意螺絲的松緊度，緊力不夠會造成接觸不良，過緊則會使接線板兩端翹起變形，這兩種情況均會引起發(fā)熱問題。安裝后進行多次分合閘調(diào)試，觀察刀閘的三相是否同期及每相刀閘合閘是否到位。

（2）刀閘運行的監(jiān)護和點檢。刀閘一次故障最初現(xiàn)象均為發(fā)熱，因此，及時有效的運行監(jiān)護和日常點檢，是保障刀閘設(shè)備運行的關(guān)鍵。運行過程中，及時關(guān)注刀閘狀態(tài)，如各部件氧化情況，尤其各壓接點螺栓是否發(fā)生銹蝕等。同時，在點檢過程中必須準確有效掌握刀閘各部位運行溫度，及時發(fā)現(xiàn)過熱點。通過大量的溫升試驗，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)幾處較易出現(xiàn)過熱的部位，建議點檢人員予以側(cè)重：①刀口處，即銅塊與銅觸指接觸部位；②銅鋁過渡處，如觸頭（公）銅鋁壓接螺絲；③導(dǎo)電桿與出線座壓接處。

（3）刀閘的檢修。一直以來，隔離刀閘作為供電系統(tǒng)中較為可靠穩(wěn)定的電氣設(shè)備，其檢修問題未給予過多重視，但通過此次發(fā)熱故障，使得我們必須重視其檢修過程和質(zhì)量。檢修中除了需要對刀閘拉桿、聯(lián)鎖等裝置的調(diào)整外，建議重點檢查導(dǎo)電回路觸指彈簧的彈性和銹蝕情況，及時更換失去彈性或銹蝕嚴重的觸指彈簧；另應(yīng)重點檢查觸指在分、合狀態(tài)下有無變形、過熱及變色等異常現(xiàn)象，并清掃接觸面；在各壓接點處嚴格按照標準涂抹工業(yè)凡士林（經(jīng)過實際測試驗證，相比導(dǎo)電脂工業(yè)凡士林具備純凈、結(jié)合度好、導(dǎo)電性強等諸多優(yōu)點）。針對可能存在的發(fā)熱點附近粘貼測溫蠟片等。

Analysis and Treatment of Malfunctions of the 35 kV Outdoor Disconnector and Precautions

LIN Jing
(The Maintenance Engineering Co.of Jinnan Iron and Steel Group,Jinan,Shandong 250101,China)

The troubles of heating and fusing in the 35 kV outdoor disconnector were analyzed and treated and causes of the problems were summed up.Requirements for selection, operation and maintenance of the disconnectors were put forward,to ensure safe operation of the device.

disconnector;heating;contact resistance;pressure welded point

TM531.4

B

1006-6764(2014)05-0007-02

2014－01－15

林靜（1986-），女，2009年畢業(yè)于濰坊學(xué)院自動化專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事高壓輸變電系統(tǒng)運行與管理工作。