淺談高壓隔離開關機械故障的分析及診斷技術

吳初明 深圳國創名廚商用設備制造有限公司南海分公司

淺談高壓隔離開關機械故障的分析及診斷技術

吳初明 深圳國創名廚商用設備制造有限公司南海分公司

高壓隔離開關出現最多的故障類型是機械故障，這種故障的頻繁發生，嚴重威脅電力系統的穩定運行。基于此，本文分析了高壓隔離開關機械故障產生的原因，并分別介紹了從支柱瓷絕緣子斷裂的故障診斷技術、高壓隔離開關操作的故障診斷技術兩方面，介紹高壓隔離開關機械故障診斷技術，為變電站調試與管理高壓隔離開關提供參考。

高壓隔離開關 支柱瓷絕緣子 電機電流

前言

變電站中使用量最大的就是高壓隔離開關設備，高壓隔離開關的結構原理十分簡單，但電力系統運行對高壓隔離開關的可靠性要求很高，由于高壓隔離開關長期暴露于室外惡劣的天氣環境下，且相關人員對隔離開關存在管理不足、長期失修的現象，所以隔離開關很容易發生各種機械故障。

一、高壓隔離開關機械故障的分析

（一）支柱瓷絕緣管斷裂故障

支柱瓷絕緣子斷裂，是高壓隔離開關在運行中危害性最大的機械故障，調查顯示，由于支柱瓷絕緣子斷裂導致的高壓隔離開關機械故障次數，占到事故總數的81%。支柱瓷絕緣子斷裂的原因有以下兩點：

1.絕緣子的質量不佳。相關人員對斷裂的支柱瓷絕緣子進行觀察與分析，發現這些絕緣子的斷面全都有黃芯、雜質與裂痕，不具備瀝青緩沖層，而且法蘭接口銹蝕嚴重。在燒制支柱瓷絕緣管子時，如果控制方法不當或者法蘭膠的裝填方法不科學，都會導致絕緣子內部質量不合格，降低絕緣子的機械強度，除此之外，如果選擇的絕緣子設計選型不準確，容易導致由于絕緣子機械強度與機械裕度不滿足相應規范，造成支柱瓷絕緣子斷裂故障。

2.絕緣子老化。支柱瓷絕緣子長期處在惡劣大氣環境以及強電磁環境下，支柱會發生老化，在潮濕的環境中，高壓直流作用下的電流會腐蝕絕緣子的金屬部件，在系統長期的運行過程中，絕緣子外部的絕緣表面也會產生嚴重的電蝕老化現象，大大降低絕緣子的機械強度，致使絕緣子斷裂。

（二）高壓隔離開關操作失靈故障

如果隔離開關選擇的傳動部件配合公差很大，且配件加工的精度不能達到相應標準，就會使隔離開關的合閘操作不穩定。當開關機械部件的材料剛度、硬度及強度達不到最低標準時，這些部件在系統運行中會產生嚴重變形，進而改變開關的行程特性，使隔離開關合閘操作不到位，引起隔離開關操作失靈。

二、高壓隔離開關機械故障診斷技術

（一）支柱瓷絕緣子斷裂的故障診斷技術

1.超聲波檢測技術。該技術通常在絕緣子的法蘭接口處發射超聲波，然后依據絕緣子內部反射的的信號，對絕緣子的內部與表面的裂紋進行檢測。超聲波檢測技術包括兩種檢測方法，分別為：爬波檢測法、小角度縱波檢測法，其中，小角度縱波檢測法適于檢測絕緣子的內部缺陷，爬波檢測法對絕緣子表面缺陷的檢測靈敏度較高，在檢測絕緣子的缺陷時，往往將兩種方法結合使用。但值得注意的是，此種檢測技術屬于一種局部損傷檢測法，它的檢測結果受工作人員的經驗影響，因此，很有可能會出現誤判情況。

2.震動聲學法檢測技術。此種方法是近年來新興的檢測支柱瓷絕緣子缺陷的方法，工作人員可以通過分析絕緣子對震動聲波的諧振頻率，了解絕緣子的機械強度，判斷支柱瓷絕緣子是否出現了質量問題。震動聲學法檢測技術可以帶電操作，檢測的方法簡單，檢測效率高，適于快速普查支柱瓷絕緣子的運行狀態，但是此種方法對支柱瓷絕緣子中細小裂痕的檢測靈敏度不高。

3.紅外熱像檢測技術。紅外熱像法通過檢測絕緣子的發熱現象，確定絕緣子的缺陷部位。支柱絕緣子在內部存在裂紋或者表面存在缺陷的情況下，水分子極易侵入瓷柱中，水分子在電場的極化作用下，使水分子的溫度升高，同時引起支柱絕緣子的溫度升高。變電站在使用此種檢測方法檢測絕緣子是否存在缺陷時，可以根據紅外線顯示數據，判斷絕緣子內部是否存在缺陷，如果一旦發現問題，便可以及時采取相應解決措施，防止支柱瓷絕緣子斷裂[2]。

（二）高壓隔離開關操作的故障診斷技術

1.操作力矩檢測技術。在操作隔離開關時，電機帶動輸出軸轉動，產生轉動機構動作與扭矩驅動動作，實現分閘與合閘的操作，在這個過程中，由于輸出軸轉動產生的扭轉應變力大小，與輸出力矩成正比，所以，我們在檢測隔離開關的操作力矩時，可以測量輸出軸的應變力大小，以此得出隔離開關的操作力矩大小。隔離開關在正常工作的狀態下，應變幅大小為319.42＊10-6，當隔離開關操作失靈時，應變幅的大小為610.10＊10-6。工作人員可以通過分析隔離開關操作力矩大小，判斷隔離開關是否存在操作失靈的故障。

2.驅動電機電流檢測技術。高壓隔離開關在操作失靈的情況下，隔離開關操作力矩的值會變大，同時驅動電機電流也會超過正常工作的電流值，驅動電機電流大小與隔離開關操作軸扭矩之間存在二次函數關系，因此可以通過檢測驅動電機電流大小，判斷高壓隔離開關是否存在卡澀故障。隔離開關在正常工作時，驅動電機電流的波形十分平穩，電流的最大值為2.38A，當隔離開關處于卡澀狀態時，電流的最大值將達到4.41A，峰值的大小不斷發生變化，電機電流的波形也會發生畸變。因此，變電站可以選擇遠程軟件系統，實時監控高壓隔離開關在合閘與分閘過程中的電機電流波形，檢測高壓隔離開關操作是否存在障礙。

三、總結

綜上所述，支柱瓷絕緣管斷裂與高壓隔離開關操作失靈，是高壓隔離開關常見的機械故障。通過上述對高壓隔離開關機械故障診斷技術的介紹，可以保證高壓隔離開關安裝調試的質量，使工作人員根據電機電流的變化特點診斷開關是否存在卡澀故障，減輕工作人員的工作量，提高檢測效率。因此，變電站的工作人員要充分考慮上述高壓隔離開關機械故障診斷技術，提高電力系統運行的安全性與穩定性。

[1]邱志斌，阮江軍，黃道春，張宇，張恩偉.高壓隔離開關機械故障分析及診斷技術綜述[J].高壓電器，2015，5108:171-179.

[2]林曉輝.高壓隔離開關機械故障分析及改進技術[J].科技創新導報，2017，1407:45+47.