基于隔離開關(guān)檢修的隔離斷路器分析研究

張健博

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，智能電網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)日益成熟，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)的可靠性的要求也有了進(jìn)一步的提高，對(duì)此，電網(wǎng)公司加大了對(duì)電力設(shè)備、電力技術(shù)研究方面的資金投入。此背景下，隔離開關(guān)與隔離斷路器作為電力系統(tǒng)中最為重要的高壓電器設(shè)備，需要積極做好該設(shè)備的故障分析與處理，加強(qiáng)安全檢查，并創(chuàng)新隔離開關(guān)的故障檢測(cè)技術(shù)，以確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：隔離開關(guān)；檢修；隔離斷路器

斷路器（Circuit Breakers，CB）和隔離開關(guān)（Disconnector，DS）是變電站中最常見的兩類一次設(shè)備，兩者各司其職、相互配合，共同實(shí)現(xiàn)接通關(guān)斷電力線路負(fù)荷等重要功能。由于多種原因，現(xiàn)階段，斷路器的檢修周期已經(jīng)比隔離開關(guān)要長(zhǎng)得多，特別是在敞開式變電站（Air Insolated Station，AIS）中，隔離開關(guān)相關(guān)的檢修工作量已經(jīng)遠(yuǎn)高于斷路器相關(guān)的工作量。

1 基于隔離開關(guān)檢修分析隔離斷路器

新型隔離斷路器是在原有SF6斷路器基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其不但兼具了SF6斷路器的優(yōu)點(diǎn)，而且還因自身的特殊結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生了諸多新優(yōu)點(diǎn)。例如：與傳統(tǒng)SF6斷路器的接線方式相比，新型隔離斷路器的接線方式較為簡(jiǎn)單；與傳統(tǒng)斷路器、隔離開關(guān)組合相比，新型隔離斷路器則具有以下兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：降低設(shè)備數(shù)量：傳統(tǒng)的隔離斷路器與隔離開關(guān)組合多采用145KV雙母線的接線方式，具有1個(gè)母聯(lián)間隔、2臺(tái)主變、4條架空線。而新型隔離斷路器則可通過單母線分段接線的方式即可代替?zhèn)鹘y(tǒng)斷路器、隔離開關(guān)組合的145KV雙母線接線方式。即：新型隔離斷路與原來斷路器數(shù)量相同，減少了原來的18臺(tái)隔離開關(guān)。提升設(shè)備的可靠性：如上文所述，傳統(tǒng)隔離開關(guān)故障率較高，易受到外部環(huán)境的影響，且存在著無法避免的異常發(fā)熱問題，導(dǎo)致隔離開關(guān)可靠性較低。而新型隔離斷路器則有效的避免了這些問題，斷路器自身只有一個(gè)斷口，且被設(shè)置于滅弧室內(nèi)，不受外部環(huán)境的影響，并具有與GIS設(shè)備相類似的優(yōu)點(diǎn)，大大地提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

2 故障分析及處理措施

1.瓷瓶斷裂故障處理。在高壓隔離開關(guān)的實(shí)際故障中，瓷瓶斷裂是危害性較大的一種故障，因瓷瓶斷裂可能導(dǎo)致短路，引發(fā)系統(tǒng)停電事故，嚴(yán)重時(shí)還可能損壞電氣設(shè)備和工作人員。在高壓隔離開關(guān)實(shí)際運(yùn)行過程中，由于隔離開關(guān)的瓷瓶和法蘭是用水泥膠裝劑膠裝的，受到外界溫度變化影響時(shí)，水泥膠裝劑會(huì)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，由于隔離開關(guān)的法蘭、膠裝劑、瓷瓶的膨脹系數(shù)和收縮系數(shù)各不相同，因此一旦溫度變化波動(dòng)較大或操作頻繁時(shí)，可能引起瓷瓶破裂。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)實(shí)際分析，很多高壓隔離開關(guān)的瓷瓶破裂與膠裝質(zhì)量不合格有關(guān)，在高壓隔離開關(guān)瓷瓶破裂事后的事故分析中，發(fā)現(xiàn)很多瓷瓶膠裝時(shí)，或沒有使用緩沖墊、或有斷裂的木楔殘留在內(nèi)、或僅對(duì)法蘭口進(jìn)行簡(jiǎn)單膠裝而內(nèi)部未進(jìn)行必要的膠裝，這種情況下，會(huì)引起瓷瓶?jī)?nèi)部出現(xiàn)夾渣或夾層，隨著外界環(huán)境的變化引起裂紋，并逐步擴(kuò)大最終引起事故。針對(duì)上述問題，應(yīng)該從兩個(gè)方面加強(qiáng)管理。首先，嚴(yán)格對(duì)

瓷瓶膠裝質(zhì)量的管理，膠裝不合格的瓷瓶應(yīng)不予采用，對(duì)瓷柱涂抹專用的防護(hù)膠，提升其對(duì)溫度的適應(yīng)能力，延長(zhǎng)使用壽命。在運(yùn)行中，還可以采用補(bǔ)強(qiáng)柱的方式來提升瓷瓶的強(qiáng)度，目前主要有50%和100%兩種強(qiáng)度的增強(qiáng)瓷柱，對(duì)于溫度變化劇烈或運(yùn)行條件惡劣的高壓隔離開關(guān)，可以酌情采用。此外，做好瓷瓶的無損檢測(cè)，目前常用的檢測(cè)方式有超聲波檢測(cè)和TEV暫態(tài)電壓檢測(cè)等方法，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)微小的瓷瓶裂縫，起到防患于未然的作用。

2.操作失靈的故障處理。當(dāng)隔離開關(guān)電動(dòng)操作失靈時(shí)，首先應(yīng)該檢查操作是否正確，然后檢查操作電源回路、動(dòng)力電源回路是否正常，熔斷器是否熔斷或松動(dòng)。電氣閉鎖回路是否正常。在條件允許的狀況下，可以經(jīng)過對(duì)隔離開關(guān)進(jìn)行大修或更換隔離開關(guān)來處理隔離開關(guān)運(yùn)行時(shí)間久、傳動(dòng)部件老化的難題。對(duì)于隔離開關(guān)操縱機(jī)構(gòu)壓力減少使得隔離開關(guān)分合困難的，應(yīng)將其壓力處理恢復(fù)正常后進(jìn)行操縱，不可以處理或電動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)的電機(jī)故障時(shí)，可以改為手動(dòng)操縱。

3.銹蝕的故障處理。受到周圍環(huán)境的影響，高壓隔離開關(guān)零件銹蝕不可避免。運(yùn)行年數(shù)越長(zhǎng)，開關(guān)設(shè)備趨于老化，加上雨雪沖刷、潮濕氣候的影響，隔離開關(guān)的零件出現(xiàn)生銹卡澀。同時(shí)，高壓隔離開關(guān)運(yùn)行環(huán)境中灰塵較大，污垢堵塞和氧化作用也會(huì)引起零件銹蝕，導(dǎo)致隔離開關(guān)故障。針對(duì)零件銹蝕故障，首先應(yīng)該做好隔離開關(guān)的運(yùn)行維護(hù)，定期對(duì)高壓隔離開關(guān)進(jìn)行除塵除垢工作，對(duì)隔離開關(guān)的傳動(dòng)部件涂抹潤(rùn)滑油，某些容易銹蝕的元件涂抹防銹漆或二硫化鉬，定期更換腐蝕嚴(yán)重的零部件，母線因故停電檢修時(shí)，可以順便進(jìn)行隔離開關(guān)的檢修和維護(hù)工作。其次，做好隔離開關(guān)的材料選型，選用導(dǎo)電性能較好的觸頭，刀閘固定螺栓使用不銹鋼材料，金屬件都應(yīng)該使用熱鍍鋅工藝，尤其是某些濕度高、空氣鹽度高的特殊地區(qū)，應(yīng)該適當(dāng)縮短隔離開關(guān)的檢修周期。

4.異常發(fā)熱故障處理。雖然高壓系統(tǒng)對(duì)隔離開關(guān)的觸頭質(zhì)量和制造工藝都有較高的要求，但高壓隔離開關(guān)的異常發(fā)熱問題仍不可避免。尤其是戶外型隔離開關(guān)，由于暴露在戶外，很多部件大多裸露，受到雨水沖刷很容易引起零部件生銹，如果此時(shí)出現(xiàn)隔離開關(guān)觸頭接觸不良、出線座銹蝕、各接線夾或螺栓連接部位松動(dòng)等情況，由于長(zhǎng)期通過電流可能導(dǎo)致異常發(fā)熱。一旦發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)出現(xiàn)異常發(fā)熱情況，必須立即向調(diào)度部門匯報(bào)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理，如果是雙母線接線方式中某一條母線的隔離開關(guān)出現(xiàn)發(fā)熱，可以將負(fù)荷全部倒閘到另一條母線，再進(jìn)行故障處理，如果是單母線接線，應(yīng)該立即進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，再進(jìn)行故障處理，盡快安排定位具體的故障原因。例如，某變電站高壓隔離開關(guān)，在運(yùn)行中開關(guān)接

觸點(diǎn)部位經(jīng)常出現(xiàn)打火現(xiàn)象，經(jīng)過停電檢修，發(fā)現(xiàn)該系列的隔離開關(guān)觸頭為拉簧式，在運(yùn)行中接觸面由于缺少有效的維護(hù)，而出現(xiàn)氧化情況，當(dāng)通過接觸面的負(fù)荷電流過大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)打火現(xiàn)象，同時(shí)，每次打火時(shí)彈簧會(huì)出現(xiàn)退火，引起拉力降低，對(duì)隔離開關(guān)的運(yùn)行造成極大影響。對(duì)此，變電站及時(shí)采取了有效措施，采用了螺絲固定等法緩解彈簧疲勞，并對(duì)該隔離開關(guān)保持嚴(yán)密監(jiān)視。

5.隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱故障處理。高壓隔離開關(guān)雖然結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但其觸頭、觸指裸露在惡劣的戶外環(huán)境下運(yùn)行，觸頭、觸指接觸處易氧化，導(dǎo)致接觸電阻增大而發(fā)熱。如果不對(duì)這些發(fā)熱的接觸部位的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和及時(shí)處理，將導(dǎo)致設(shè)備燒損甚至火災(zāi)的發(fā)生。隔離開關(guān)在運(yùn)行中接觸部分過熱，發(fā)生此現(xiàn)象時(shí)一般是由于負(fù)荷過重、接觸電阻增大、操作時(shí)沒有完全合好引起的。目前，對(duì)高壓隔離

開關(guān)觸頭、觸指測(cè)溫的方式有無源無線溫度傳感器、紅外線溫度傳感器和光纖溫度傳感器等方式。其中光纖溫度傳感器將針式光纖溫度傳感器用夾具固定上開關(guān)觸頭或觸指上，傳感器通過耐高壓的光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)，處理后的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)外設(shè)接口傳送到變電站后臺(tái)監(jiān)控的計(jì)算機(jī)上，通過開發(fā)的專用軟件進(jìn)行控制管理，其測(cè)溫可靠性較高、穩(wěn)定性較好，但設(shè)備成本較高。為了提高電網(wǎng)可靠、安全、高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和環(huán)保等方面的性能，要推行智能電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，它可以對(duì)高壓隔離開關(guān)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，還可對(duì)電動(dòng)機(jī)構(gòu)操作力矩進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，即通過在操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸上安裝一臺(tái)扭矩傳感器來測(cè)量輸出扭矩，將信號(hào)傳送到控制箱內(nèi)部進(jìn)行處理，通過測(cè)量隔離開關(guān)與操作機(jī)構(gòu)的連桿扭矩可以發(fā)現(xiàn)異常情況下傳動(dòng)系統(tǒng)故障。根據(jù)不同型號(hào)的隔離開關(guān)，設(shè)定從分閘位

置到合閘位置以及從合閘位置到分閘位置的扭矩正常范圍。判斷實(shí)時(shí)測(cè)量的扭矩曲線，當(dāng)它高于或低于正常扭矩范圍則認(rèn)為傳動(dòng)系統(tǒng)異常，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

隔離斷路器以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能，完全實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)斷路器和隔離開關(guān)組合的全部功能；在解決傳統(tǒng)隔離開關(guān)運(yùn)行維護(hù)中存在的諸多問題方面，隔離斷路器具有非常突出的優(yōu)勢(shì)，是智能變電站建設(shè)中一類非常具有應(yīng)用前景的新型電力設(shè)備，也是今后發(fā)展的一個(gè)重要方向。

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