GW16型隔離開關觸頭打火故障分析及處理

孫濤

摘 要：托電公司220KV升壓站GW16型隔離開關因動觸頭夾緊力不足，發生運行中打火現象。通過對隔離開關加緊運動機構中關鍵部件——滾輪的尺寸進行微小改動，在不影響相關部件配合精度的同時，動觸頭夾緊力有效增加。使用該方法不僅可以保證夾緊力持續可靠，使觸頭接觸良好，長期載流運行不致過熱燒損，而且使用該方法具有直觀的成本費用優勢。

關鍵詞：GW16；隔離開關；動觸頭；夾緊力；滾輪

中圖分類號：TM564 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0087-02

隔離開關屬于高壓載流主設備，就拿220kV電壓等級來說，其額定電流三千多千安培，隔離開關觸頭如果因夾緊力不足導致接觸不良從而發生過熱，輕則灼傷動靜觸頭，重則燒熔斷線，對設備安全甚至電網穩定造成極大威脅。觸頭過熱的原因，在不考慮電網因素的情況下多為觸頭接觸不良，而導致接觸不良的主要原因是動觸頭的夾緊力不足，因此有效可靠保持動觸頭夾緊力便是本文所要討論的重點。

1 背景

內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司對外供電通過6條線路，其中220kV兩條，500kV四條，另外還通過3條35kV出線，對自備水廠進行供電，為可靠對電網供電以及聯絡各廠用電電壓等級，托電公司建有3個升壓站，一個500kV升壓站，兩個220kV升壓站。三個升壓站內所使用的隔離開關大部分均使用GW16型，每組隔離開關分三相按3臺計算的話，共有兩百多臺。如此眾多的隔離開關，發生缺陷的概率較高，尤其是運行中觸頭過熱這種常見缺陷。

今年僅只呼熱220kV升壓站已發生兩次隔離開關觸頭過熱事件：

（1）2022隔離開關C相運行中觸頭打火花已灼傷觸指及靜觸頭引弧桿；（2）2522隔離開關C相運行中觸頭打火花。

這已足夠引起我們對隔離開關觸頭夾緊力的高度重視，所以利用升壓站母線停電的機會，檢修部變配電班決定對2022隔離開關C相進行檢修，并且在該次檢修中首次運用了基于滾輪尺寸的改進方法。

2 原因分析

2.1 隔離開關的夾緊運動

隔離開關由分閘位置向合閘運動的過程中，在接近合閘位置（上、下導電管快要伸直）時，上導電管中頂桿端部的滾輪開始與齒輪箱上的斜面接觸，并沿斜面繼續運動，與滾輪軸向垂直相連的頂桿便克服復位彈簧（分閘時張開觸指）的反作用力向上推移，同時動觸頭座內的對稱式滑塊增力機構（剪刀式力學原理）把頂桿的推移運動轉換成觸指的相對鉗夾運動。當靜觸桿被夾住后，滾輪繼續沿斜面上移3-5mm行程（夾緊彈簧的二次壓縮），滑入斜面頂部的弧形限位槽，此時完全合閘，上導電管及其內部頂桿完全伸直，滾輪及弧形限位槽承受頂桿和克服彈簧的垂直應力，實現觸指的夾緊并保證持久的夾緊力。

關于夾緊彈簧，應無銹蝕和嚴重變形，其自由長度為340mm。夾緊彈簧存在預裝壓力，夾緊彈簧的預裝壓力由柔性連接的頂桿實現，頂桿安裝夾緊彈簧的位置并不是實心的，而是兩段式槽型可伸縮連接，通過限位銷釘來預裝夾緊彈簧的壓力。出廠設計及裝配滿足夾緊力的要求，現場檢查調整夾緊力主要依靠定位螺栓來判斷，標準尺寸如圖2：滾輪中心距上導電管插接上限259mm，由圖3中連接叉上的頂絲固定上導電管插入的深度實現。測量夾緊力可以用彈簧秤拉，單個觸指夾緊力220kV應不低于200N，500kV應不低于240N。根據經驗還已抓住上導電管沿靜觸頭導電桿軸向晃動，看是否存在滑動或竄動。

2.2 過熱現象分析及原因確認

現場檢查發現，呼熱220kV升壓站2022隔離開關C相運行中打火花并灼傷動觸頭及靜觸頭引弧桿，合閘狀態下觀察動靜觸頭接觸存在縫隙，且彈簧秤測量單個觸指夾緊力均不足200N判定該隔離開關觸頭夾緊力不足，且上導電管的限位孔已然銼大，使頂絲位移，導致夾緊彈簧預裝壓力不足。根據設計圖紙分析，隔離開關在夾緊運動中，夾緊彈簧的壓縮量行程僅為3-5mm，所以頂絲限位略有偏差，即可能導致夾緊力不足。

3 處理方案

根據GW16型隔離開關加緊運動的原理，我們知道：當靜觸桿被夾住后，滾輪繼續沿斜面上移3-5mm行程（夾緊彈簧的二次壓縮），滑入斜面頂部的弧形限位槽，此時完全合閘，上導電管及其內部頂桿完全伸直，滾輪及弧形限位槽承受頂桿和克服彈簧的垂直應力，實現觸指的夾緊并保證持久的夾緊力。

具體方案是：滾輪半徑增加1.5mm，原滾輪直徑為30mm，現直徑33mm，理論上滾輪直徑增大與齒輪箱斜面頂部限位槽弧面配合精度存在偏差，但實際使用偏差比率可忽略不計。利用廠內的機加工車床，用小塊不銹鋼材料車削打孔等簡單操作，便可快速、精確的加工出新的滾輪，更換時只需拔插兩個固定輪軸的卡子，如此避免重新更換一整套上導電管的勞民傷財，更可避免犧牲可靠性勉強矯正帶來的隱患。從經濟性方面，不僅節約了昂貴的隔離開關上導電管備件及人工等技術支持費用，而且對于網調顯示停電工期緊迫的情況下大大節省了工時成本；可靠性方面，對于隔離開關上導電管內部頂桿底端滾輪尺寸所做的改動相比原裝滾輪尺寸所產生的偏差比率，在實際與下導電管齒輪箱斜面全行程配合精度上完全可以忽略不計，從結構應力方面根本上確保夾緊力保持可靠。

4 實施

4.1 步驟一

在托電公司機加工中心進行進行滾輪車削加工，新滾輪尺寸與原滾輪在內徑和軸向寬度不變的情況下，外徑增加3mm。

4.2 步驟二

作業前的安全措施。

（1）停電。將呼熱220kV升壓站II母線停電，并斷開呼熱升壓站呼熱2號機主變進行開關202斷路器及其I母線側隔離開關2021和II母線側隔離開關2022，同時在各開關操作把手上懸掛“禁止合閘，有人工作”標示牌。（2）做好作業過程中防止工作人員高處墜落的安全防護措施，尤其是高空斗臂車的使用安全措施。

4.3 步驟三

準備好廠用變電工器具如扳手、鉗子、改錐、砂紙、潤滑油脂、凡士林、繩子等。

4.4 步驟四

在隔離開關分閘位，上導電管頂桿下端部，取下滾輪軸銷更換新滾輪。

4.5 步驟五

隔離開關分合閘試驗，用彈簧秤測量夾緊力——單一觸指拉力不小于200N，并進行合閘后回路接觸電阻試驗，確保夾緊力合格。另外還要進行多次電動及手動分合閘試驗，確保夾緊力不致過大而使分不開合不上或者分合不到位。

4.6 步驟六

隔離開關帶載投入運行。

5 效果檢查

5.1 質量控制檢查

呼熱220kV升壓站2022隔離開關帶載投入運行后，每周定期對觸頭進行紅外成像測溫檢查，并做下記錄，該項定期工作持續進行5個月。結果一如預期，觸頭過熱現象消失，2022隔離開關C相載流運行溫度相較另外A、B兩相及站內其他運行中的隔離開關基本一致。

5.2 總體目標檢查

使用改進方法后，處理同類隔離開關動觸頭因夾緊力不足導致的觸頭過熱缺陷，將節省客觀的設備成套備件費用、技術支持及人力工時等成本。

6 鞏固措施

（1）加強定期紅外成像測溫，及時發現隔離開關過熱現象，盡早通過倒閘操作改變運行方式，隔離設備后及時檢查消缺。（2）把握已修間隔停電機會，不時檢查已更換滾輪的隔離開關觸頭夾緊力，跟蹤觀察更換后的滾輪及其配合斜面、限位槽的磨損形變情況，確保尺寸偏差影響無虞。（3）利用母線停電檢修，認真檢查測量該母線下的所有隔離開關動觸頭夾緊力，發現夾緊力不合格的，確認非彈簧煺火等不可修復情況的應及時調節修復。

7 結語

簡單加工滾輪，配合觸頭更換接觸面打磨修復，相對于常規成套更換備件及廠家強制限位技術解決方案來說，對隔離開關動觸頭夾緊力的修復工作，可靠性及經濟性更高。此改進方法以“價值思維”和“效益導向”為總體思路，實際工作當中將“經濟性”、“可靠性”、“合理性”作為支點進行操作，以對該類型隔離開關動作原理及構造部件的全面深入理解為依據，從結構應力、材料力學、配合精度等多方面綜合考慮，對于消除該類型隔離開關常見的載流觸頭因夾緊力不足所致接觸不良而導致的過熱、燒灼等隱患及缺陷，具有廣泛的適普性。