10kV GN30型大電流刀閘發(fā)熱綜合處理方法研究

裴運軍　余平

摘 要：針對國產(chǎn)10kV GN30型大電流刀閘普遍存在的帶上較大負荷后容易出現(xiàn)發(fā)熱缺陷的問題，文章在對比了傳統(tǒng)的三種處理方法后，按照“一改結構、二變材質、三改環(huán)境、四強工藝”的四部曲，探討和總結出了一種綜合的、創(chuàng)新的、通用的GN30型大電流刀閘發(fā)熱缺陷處理辦法。

關鍵詞：GN30型刀閘；大電流；發(fā)熱；綜合處理方法

1 刀閘發(fā)熱問題的案例介紹

1.1 實際案例分析

2012年3月27日上午，運行人員在巡視某110kV變電站10kV高壓柜時，發(fā)現(xiàn)#1主變501開關柜、CT柜、#2主變552開關柜、CT柜共4面GN30型大電流柜柜體存在燙手現(xiàn)象。借助測溫窗，用紅外熱成像儀測得柜內(nèi)刀閘最高溫度高達110度（環(huán)境溫度29度）；利用手電筒，透過母線室的觀察窗看到5011刀閘上刀口與母線銅排之間的A相分支排上的絕緣護套已整段開裂。初步分析認為該4面柜柜內(nèi)GN30型大電流刀閘存在嚴重發(fā)熱現(xiàn)象。

該4面高壓柜柜內(nèi)大電流刀閘型號為：GN30-12，2009年3月生產(chǎn)，2010年6月投運；刀閘額定電流為3150A，平時運行電流高達2200A左右，負載率：69.84%。

1.2 刀閘發(fā)熱問題的普遍性

隨著負荷的逐年上升，幾個110kV變電站就先后出現(xiàn)過不同廠家的10kV GN30型大電流刀閘發(fā)熱、刀閘熔焊、觸指脫落、旋轉瓷套開裂等現(xiàn)象，如圖2、3所示。

2 常規(guī)的三種處理方法及存在的問題

目前國內(nèi)針對10kV GN30型大電流刀閘發(fā)熱、熔焊等問題主要采用以下三種處理方法[1]。

2.1 方法1

申請停電檢修。更換部分觸指、彈簧、鎖片等零部件；清洗刀口，涂抹中性凡士林等，并定期開展紅外測溫。

存在的問題：

該方法只能解一時燃眉之急，無法徹底解決刀閘發(fā)熱問題；運行一段時間后，在高負荷長期作用下，刀閘發(fā)熱問題必定會重新出現(xiàn)。

無法解決大電流柜本身散熱差的問題。

定期測溫工作量大，且封閉柜很難測準實際溫度。給運行維護帶來不小的壓力。

2.2 方法2

將柜內(nèi)原刀閘更換為更大額定電流的刀閘，或換為同額定電流的GN22型刀閘，并對高壓柜通風效果進行改造。

存在的問題：

受現(xiàn)有高壓柜的尺寸所限，更大額定電流刀閘或同額定電流GN22型刀閘尺寸較原來大，無法裝進原有高壓柜或裝后無法保證對高壓柜柜壁的安全距離。

換為GN22型刀閘后，高壓柜無法滿足“四室”獨立的要求。因GN22型大電流刀閘柜內(nèi)母線室與開關室無隔板，給檢修維護帶來一定的風險。并且GN22型大電流刀閘也存在較難判斷分合閘是否到位的隱患。

2.3 方法3

更換整面高壓柜，柜內(nèi)加裝更大額定電流的刀閘或更換為同額定電流GN22型刀閘；并在柜內(nèi)加裝風機，加強對流散熱。

存在的問題：

涉及10kV母線停電，拼接。停電范圍大，停電時間長，停電比較困難。

實施工作量大，實施費用高。

較長時間的停電，容易給社會造成較大的不良影響，嚴重影響企業(yè)的形象。

3 綜合處理方法探討

為了尋求針對國內(nèi)大部分廠家的10kV GN30型大電流刀閘發(fā)熱問題的綜合、創(chuàng)新、通用的處理辦法，決定對幾種主要廠家的GN30型大電流刀閘及配套高壓柜，從“設計結構、材質選擇、運行環(huán)境、加工工藝”四個方面來加以綜合分析。

3.1 設計結構方面

3.1.1 大部分廠家GN30型大電流刀閘靜觸頭基本上都是采用左右各4套獨立的觸指、螺桿、螺母、鎖片、壓緊彈簧等多零部件配合的結構。因零部件過多，部件與部件之間因加工精度問題較難完全緊密接觸，外加8套觸指完全獨立，這必將影響動靜觸頭的有效接觸面積[2]。

3.1.2 部分廠家的GN30型大電流刀閘傳動拐臂無固定座，分合閘過程中容易產(chǎn)生虛位，導致刀閘每次合閘后的接觸電阻變化較大。

3.1.3 部分廠家刀閘導電桿內(nèi)部開6個小孔散熱，因孔徑加工精度不夠，容易導致內(nèi)部電場不均勻，出現(xiàn)渦熱。

3.2 材質選擇方面

3.2.1 大部分廠家的GN30型大電流刀閘框架采用A3普通鋼板，厚度不夠；刀閘夾架采用鑄鐵材料，具有導磁性，易產(chǎn)生渦流。

3.2.2 大部分廠家的GN30型大電流刀閘觸指鎖片采用鐵片或普通鋼，受熱后彈性不夠。

3.3 運行環(huán)境方面

3.3.1 高壓柜基本上都采用“四室”獨立結構，室與室之間采用鋼板隔開，柜內(nèi)空氣對流情況不理想，導致加裝在母線室的風扇對開關室、電纜等室的散熱起不到多大效果。

3.3.2 高壓柜采用全封閉式柜型設計，柜內(nèi)與柜外空氣對流情況不理想，容易導致柜內(nèi)熱量散發(fā)不出來。

3.4 加工工藝方面[3]

3.4.1 部分廠家動觸頭桿由上下兩節(jié)組成，上下兩節(jié)在組裝時不在一條水平直線上或動觸頭桿加工外徑存在偏差，導致兩側各4套觸指很難全部與動觸頭桿緊密接觸，勢必增大動靜觸頭的接觸電阻。

3.4.2 部分廠家加工的觸指、螺桿、螺母、鎖片、壓緊彈簧等零部件尺寸、工藝精度不高，質量參差不齊，給零部件之間的緊密配合帶來一定的難度。

4 綜合處理方法的實施

依據(jù)上面分析到的引起國內(nèi)大部分GN30型大電流刀閘發(fā)熱、熔焊的各方面原因，按照“一改結構、二變材質、三改環(huán)境、四強工藝”的四部曲，我所探討和總結出以下一種綜合的、創(chuàng)新的GN30型大電流刀閘發(fā)熱缺陷處理方法。

4.1 “一改結構”：改進刀閘設計結構[4]endprint

4.1.1 將刀閘原片式、多零部件組合的觸指改為U型一體化結構的觸指。

4.1.2 將上下兩節(jié)、6小孔散熱的圓柱式動觸頭改為兩個圓柱筒套裝、中空、端部開12個小孔散熱的動觸頭。

4.1.3 在刀閘傳動拐臂加裝固定座，減少刀閘合閘虛位。

4.2 “二變材質”：改換刀閘部件的材質

4.2.1 將刀閘框架由A3普通鋼改為不銹鋼，并增加其厚度。

4.2.2 將夾架由鑄鐵材料改為非導磁的鑄鋁材料。

4.2.3 將動靜觸頭改用導電率高的純銅做基體，表面鍍銀處理，降低接觸電阻。

4.3 “三改環(huán)境”：改善高壓柜內(nèi)外運行環(huán)境

4.3.1 在高壓柜后門加裝風機，加強高壓柜柜內(nèi)與柜外的空氣對流。

4.3.2 將高壓柜上、下室之間的隔板改為局部帶網(wǎng)紗式的通風板，加強高壓柜上、下室的通風。

4.3.3 在高壓柜操作盤柜內(nèi)側加裝固定支撐桿，解決高壓柜柜體薄弱、不受力導致操作力中途損耗的問題。

4.4 “四強工藝”：提高現(xiàn)場刀閘部件組裝工藝

4.4.1 開展刀閘拼裝后的溫升抽查試驗，確認刀閘部件組裝良好。

4.4.2 開展刀閘現(xiàn)場組裝后的壓力測試，確認刀閘合閘后觸指與觸頭接觸力量足夠。

4.4.3 開展刀閘上下兩節(jié)動觸頭桿直線度和加工外徑偏差度的檢測。

4.4.4 在處理后的大電流刀閘兩側加裝無線測溫系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)的人為紅外測溫手段[5]，實時跟蹤被測點的溫度變化，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)以無線的方式上傳到主控室終端接收儀，通過局域網(wǎng)來查詢刀閘實時和歷史溫度，并實現(xiàn)超溫主動報警。

4.5 綜合處理方法的成效

依據(jù)上述探討和總結出的綜合的、創(chuàng)新的、通用的GN30型大電流刀閘發(fā)熱缺陷處理方法，徹底解決了該110kV變電站刀閘發(fā)熱問題，在相同運行負荷和環(huán)境下，將刀閘溫度由之前測得的110度下將到52度。并將紅外測溫結果與在線測溫數(shù)據(jù)進行了對比，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)相差不大。加裝了在線測溫裝置后，為實時監(jiān)測刀閘的運行狀況，檢測刀閘改造后的長時間效果提供了依據(jù)。

目前，已將該方法用于另外幾個出現(xiàn)GN30型大電流刀閘發(fā)熱、觸指脫落、熔焊、旋轉瓷套開裂等缺陷的變電站。效果都比較理想。

5 結束語

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各個供電局不少變電站的負荷也屢創(chuàng)新高，這就給變電站內(nèi)設備的可靠運行帶來了不小的挑戰(zhàn)，尤其是考驗著大電流刀閘的可靠運行。文章探討和總結出的“一改結構、二變材質、三改環(huán)境、四強工藝”的四部曲處理辦法，對綜合、徹底消除國內(nèi)大部分GN30型大電流刀閘發(fā)熱、熔焊等缺陷具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]變電設備檢修（第二冊）[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]葉茂泉.GW16型隔離刀閘發(fā)熱故障分析[J].電力安全技術，2012，14（7）：56-57.

[3]楊德華.10kV旋轉式隔離開關易引發(fā)的故障原因分析及改造[J].廣西電力，2007（5）：48-49.

[4]黃敬俠，劉祥吉，郭湛林，等.對GW4型刀閘發(fā)熱問題的研究[J].中國高新企業(yè)技術 2013（33）：23-24.

[5]金小虎，張睿.隔離刀閘發(fā)熱缺陷的分析與預防[J].電力安全技術，2011，13（10）：62-63.

作者簡介：裴運軍（1981-），男，工程師，主要研究高壓輸變電設備的檢修與維護。endprint