高壓隔離開關電觸頭性能改善方法分析

劉文俊，金海川，陳佳雪

國網吳忠供電公司變電運維室，寧夏吳忠 751100

高壓隔離開關電觸頭性能改善方法分析

劉文俊，金海川，陳佳雪

國網吳忠供電公司變電運維室，寧夏吳忠 751100

在電力系統中，高壓隔離開關是一個關鍵設備，一方面其能夠對線路和設備起到隔離作用，另一方面能夠在無負荷條件下完成切換線路動作，在電力系統中發揮重要作用。隨著高壓輸電線路建設規模的擴大，電力系統對高壓隔離開關電觸頭性能提出了更高要求。本文分析了高壓隔離開關電觸頭故障及原因，并提出了性能改善方法。

高壓隔離開關；電觸頭；性能；改善方法

隨著社會經濟的發展，我國電力事業逐漸走向繁榮，高壓線路在電網中占據著越來越重要的位置。隔離開關的性能會對高壓線路穩定性產生重要影響，而其運行環境大多數都是比較惡劣，相當一部分組件都裸露在外，觸頭容易被氧化，再加上隔離開關的操作次數非常頻繁，容易出現銹蝕或者裂紋等問題，導致局部電阻過大，影響整個電網的安全性，如何改善高壓隔離開關的觸頭性能是所有電力企業需要思考的問題。

1 高壓隔離開關電觸頭故障及原因分析

1.1 故障類型

隔離開關大多數都裸露在戶外，因此其在運行過程中比較容易受到戶外環境的影響，使用一段時間后會發現電觸頭性能明顯下降，容易出現故障。統計研究表明，高壓隔離開關缺陷中，大多數都是發熱缺陷，而大多數觸頭故障都是由觸頭過熱或者是觸指銀層脫落引起的，具體體現在以下幾方面：觸頭銀層耐磨性比較差，使用一段時間以后動靜觸頭就會被嚴重磨損，導致接觸電阻增加，于是使用頻率越高，觸頭發熱現象就會越明顯，最終導致回路過熱，超出線路承受范圍以后，就會引發故障，嚴重者還會導致整個線路癱瘓。由于我國在高壓隔離開關這方面研究起步較晚，因此與國外產品相比，同等產品在相同環境下明顯存在明顯劣勢，一些金屬零部件的防腐性能不能滿足實際需要[1]。

1.2 故障原因分析

觸頭運行故障主要是過熱、磨損以及變黑等，比較嚴重時還會出現觸頭燒結現象，引發這些故障的原因主要有以下幾方面：第一，由于隔離開關中的大部分組件都裸露在外界環境中，空氣將觸頭表面氧化以后，電阻就會明顯增大，出現接觸不良問題，導致觸頭發熱。而接觸電阻增大以后，兩邊電阻大小就會產生明顯差距，運行電流中就會被觸頭彈簧分離出一部分，彈簧的性能因此減弱，觸指的接觸壓力就會因此減小，接觸不良問題就會進一步加劇，形成一種惡性循環；第二，由于自身功能的特殊性，隔離開關的操作次數非常頻繁，開合過程中觸頭被頻繁沖擊，在應力的作用下觸頭鍍層會被嚴重磨損，導致觸指鍍層出現裂縫甚至鍍層被剝落，觸頭出現發熱問題，造成電流突變；第三，觸頭彈簧工作強度比較大，而同類金屬之間存在一種吸引性，鍍銀層因此出現撕裂現象；第四，由于觸頭長時間接觸，表面產生了一層污垢層，原本的面接觸慢慢變成了點接觸，導致接觸不良，電阻因此增大，形成一種惡性循環[2]。

2 高壓隔離開關電觸頭性能改善方法

2.1 常見的觸頭性能改善方法

隨著電力產業的發展，國內外對隔離開關觸頭性能方面的研究已經步入了新階段，總結起來主要有以下幾種常見的性能改善方法。1）超聲波場中壓制--浸漬法，具體做法如下：在模具中加入合金粉末（要求混合均勻），并將其置于超聲波場中，合金粉末在超聲波的作用下會變得均勻致密，將其燒結成型以后就得到了密度較高的零部件，耐磨性明顯提升。2）真空熔煉法，將合金塊體置于真空電弧爐中加熱，在高溫下對其進行真空熔煉，為了防止金屬氣體揮發，熔煉的過程中要在其中注入氬氣，對融化后的材料進行保溫，之后對其進行水冷快速凝固。真空熔煉法可以使觸頭合金材料的分布更加均勻，耐壓強度明顯提升。3）納米復合技術，使用該種技術以后，混合相之間的界面明顯增大，使材料產生新的性能。如果使用這種方法來制作觸頭材料，觸頭的物理性能就會明顯提升。從上面的分析中我們可以看出，無論是使用哪種方法來制作隔離開關觸頭，都需要將金屬混合材料置于高溫下處理，改變表層元素的相位和結合度，從而改善其各類性能。總結來說以上制作工藝有以下缺點：首先，流程中都有高溫處理環節，因此需要消耗較大能量，退火過程中如果處理不當還容易產生材料變形問題；其次，受到固溶度的限制，合金中的元素不能隨意組合[3]。

2.2 離子注入法

2.2.1 原理分析

離子注入法是改善材料表面性能的一種方法，就是在材料表層強行打入加速離子，材料表層的化學成分和組織結構產生變化，具體如下：注入的例子元素包括以下幾種類型：一是金屬蒸汽，二是氣體，三是非金屬，需要將這些元素通入離子室內，將這些離子電離為正離子。之后將電磁線圈套在電離室外，這樣磁場就被引入到了放電室內，電離放電現象加強。將正極端直接加在放電室的頂端，負電極從一個孔徑中引出，孔徑大小在1mm至2mm之間，離子從引出孔中出來以后，直接進入到離子匯聚透鏡中，完成聚集和加速過程，經過加速后的離子還需要經過磁鐵分析，完成離子純凈化過程。最后純凈的高速離子會直接射向材料表面，這些離子與材料表面原有原子發生碰撞，形成了新的組織結構。人們可以根據實際需要來控制離子注入量，注入量的控制主要通過兩種形式實現，一種是控制對束流強度，另一種是控制注入時間，二者可以獨立設置，不會相互影響。

2.2.2 特征分析

離子注入法屬于一種表面合金化方法，總結起來其具有以下幾點特征：第一，對注入的元素幾乎沒有限制，相互不溶的元素也完全可以注入，形成全新的合金相，這是一般的熱處理工藝無法做到的。新的表面合金不會受到傳統合金化規則的影響，人們可以根據需要自由選擇注入元素。第二，注入離子以后，原本金屬表面的晶格發生畸變，表面上形成了錯位網格，性能因此得到強化。第三，離子注入金屬表面以后，會與內部原子直接混合，成分均勻，基體材料和注入層之間基本混合在一起，沒有明顯的界限，因此不必擔心注入層疏松或者是脫落問題。第四，處理過程要求是高真空環境，溫度可以自由控制，選擇在低溫室或者是常溫條件下注入離子，材料尺寸也不會發生變化。注入離子的過程中材料基體不會大量升溫，因此也不會產生變形問題，處理后的材料表面光潔度很好。第五，這種方式所消耗的能量比較少，節約能源，同時不會對環境造成破壞[4]。

3 結論

高壓隔斷開關電觸頭性能會對電力系統的安全性和穩定性產生直接影響，因此應該深入研究電觸頭性能的改善方法。本文闡述了幾種常見的改善方法，分析了這些方法的各自特征，著重探究了離子注入法的原理及優勢。

[1]王富勇，方瑞明.戶外高壓隔離開關電觸頭發熱及其在線監測[J].寧夏工程技術，2011，12（14）：135-139.

[2]王富勇，陳華桂.基于電熱場影響的戶外隔離開關觸頭發熱分析[J].高壓電器，2011，13（15）：81-86.

[3]王磊，嚴浩軍.戶外高壓隔離開關電觸頭溫升機理研究[J].廣東電力，2014，14（16）：92-95，117.

[4]邱志斌，阮江軍.高壓隔離開關機械故障分析及診斷技術綜述[J].高壓電器，2015，11（13）：171-179.

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1674-6708（2015）150-0086-01