GN30大電流隔離開(kāi)關(guān)的常見(jiàn)缺陷分析及運(yùn)維策略

劉星瑋 馮普俊 肖權(quán)鋒

摘要：對(duì)近年發(fā)生的兩起由10 kV GN30型大電流隔離開(kāi)關(guān)缺陷引起的故障進(jìn)行了研究，根據(jù)該型隔離開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)原理，分析了該類型隔離開(kāi)關(guān)存在的常見(jiàn)缺陷，提出了該型大電流隔離開(kāi)關(guān)的整改措施，并總結(jié)了相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)策略，對(duì)于預(yù)防該類型事故有積極的意義。

關(guān)鍵詞：大電流隔離開(kāi)關(guān);缺陷分析;在線監(jiān)測(cè)

0? ? 引言

近年，我局連續(xù)兩次因型號(hào)為GN30-10Q的高壓柜大電流隔離開(kāi)關(guān)缺陷引起故障。該類型大電流隔離開(kāi)關(guān)其早期產(chǎn)品由于在設(shè)計(jì)、制造方面存在不同的缺陷，加上變電運(yùn)行方面對(duì)該類型隔離開(kāi)關(guān)認(rèn)識(shí)不足，事故時(shí)有發(fā)生。因該類型開(kāi)關(guān)大量配置在變低、母聯(lián)刀閘柜，發(fā)生故障時(shí)，都會(huì)造成嚴(yán)重后果，影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1? ? 兩起由GN30大電流隔離開(kāi)關(guān)缺陷引起的故障

事故現(xiàn)場(chǎng)一：2017年10月12日，運(yùn)行人員巡視測(cè)溫發(fā)現(xiàn)：110 kV XX變電站#2主變10 kV側(cè)5022發(fā)熱，A相99 ℃，B相88 ℃，C相75 ℃，負(fù)荷電流2 070 A。

11月3日，檢修人員在高壓室進(jìn)行#2主變10 kV側(cè)502開(kāi)關(guān)柜母線室檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)5022隔離開(kāi)關(guān)的B相靜觸頭觸指及鋼壓片散落在母線室柜體內(nèi)，并且有熔毀現(xiàn)象，其他兩相動(dòng)觸棒有燒傷跡象。

檢查隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭，發(fā)現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭結(jié)構(gòu)完好，但動(dòng)觸棒部分有熔毀現(xiàn)象，隔離開(kāi)關(guān)靜觸頭結(jié)構(gòu)已破損，觸頭觸指、固定螺栓及鋼壓片部分有熔毀現(xiàn)象。

事故現(xiàn)場(chǎng)二：2017年12月25日，運(yùn)行人員巡視測(cè)溫發(fā)現(xiàn)：110 kV XX站#1主變10 kV側(cè)5014大電流GN30隔離開(kāi)關(guān)發(fā)熱，A相50.9 ℃，B相57.5 ℃，C相87.7 ℃，負(fù)荷電流1 619 A。

12月26日，變電站#1主變停電更換5014隔離開(kāi)關(guān)，在停電操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)母線側(cè)5011隔離開(kāi)關(guān)無(wú)法拉開(kāi)，經(jīng)倒負(fù)荷停電后檢查發(fā)現(xiàn)5011隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸棒、觸指均有熔毀現(xiàn)象。

2? ? 故障原因分析

2.1? ? GN30隔離開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)原理

GN30隔離開(kāi)關(guān)原理圖如圖1所示。隔離開(kāi)關(guān)每相靜觸頭含8片觸指，兩兩一組分布在底座的兩側(cè)，共4組。觸指通過(guò)螺絲固定在隔離開(kāi)關(guān)底座兩側(cè)。隔離開(kāi)關(guān)位于合閘位置時(shí)，觸指的導(dǎo)電接觸面主要分為兩處，接觸面1是靜觸頭觸指與動(dòng)觸頭觸棒之間的接觸，接觸面2是靜觸頭觸指與隔離開(kāi)關(guān)底座之間的接觸。當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)時(shí)，觸指彈簧向觸指鎖片施加壓力，使靜觸頭觸指緊緊壓住動(dòng)觸頭觸棒，形成有效的接觸。

2.2? ? 故障原因分析

兩起事故的設(shè)備都是GN30-10Q型大電流隔離開(kāi)關(guān)，根據(jù)解體檢查情況，引起事故的原因都是隔離開(kāi)關(guān)觸頭嚴(yán)重發(fā)熱。

對(duì)發(fā)生發(fā)熱故障的隔離開(kāi)關(guān)單相主回路電阻進(jìn)行測(cè)試，均在110 μΩ左右，對(duì)沒(méi)有發(fā)生發(fā)熱故障的隔離開(kāi)關(guān)單相主回路電阻進(jìn)行測(cè)試，均在20 μΩ左右。經(jīng)過(guò)分析測(cè)試、比較，發(fā)現(xiàn)造成回路電阻偏大的主要原因是該型隔離開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題：

（1）隔離開(kāi)關(guān)夾架采用鑄鐵材料，具有高導(dǎo)磁性，易產(chǎn)生渦流，造成發(fā)熱現(xiàn)象，負(fù)荷較大時(shí)發(fā)熱愈加嚴(yán)重。

（2）靜觸頭觸座只由一根螺栓固定在底座，在靜觸頭觸座受到水平方向上的力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的力矩，導(dǎo)致接觸面接觸不良。

（3）靜觸頭每個(gè)的觸指對(duì)采用單獨(dú)螺栓連接的結(jié)構(gòu)存在隱患。當(dāng)發(fā)生動(dòng)靜觸頭兩側(cè)接觸面的接觸電阻不相等時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一部分電流從螺栓處分流，此時(shí)雖然電流很小，但是由于螺栓的電阻較大，螺栓也會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱嚴(yán)重的現(xiàn)象。

（4）GN30隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭之間的連接處近似于線接觸，接觸面積小，局部區(qū)域接觸電阻大，容易造成發(fā)熱。

3? ? 整改措施及運(yùn)維策略

3.1? ? 存量設(shè)備的整改措施

3.1.1? ? 材質(zhì)優(yōu)化

觸座及觸指改用高純度紫銅板材質(zhì)。在導(dǎo)體截面積相同的情況下，可以通過(guò)減小電阻率，來(lái)提高導(dǎo)體的通流能力，減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱量，從而達(dá)到降低溫升的目的;而且銅磁導(dǎo)率低，不易產(chǎn)生渦流。

所有導(dǎo)電件表面均應(yīng)用鍍覆厚銀工藝，電鍍銀層20 μm以上，由于銀的溫升裕度遠(yuǎn)高于紫銅，因此可以實(shí)現(xiàn)降低設(shè)備溫升的目的。

3.1.2? ? 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

原GN30型高壓隔離開(kāi)關(guān)觸座為“工”字形，兩側(cè)使用鋼板夾緊固定。為增加觸座的散熱面積，以達(dá)到降低溫升的目的，將觸座改為雙“U”形結(jié)構(gòu)，如圖2所示，改進(jìn)后觸座的有效散熱面積得到大幅提升。

靜觸頭觸指由原浮動(dòng)式改為固定式。改過(guò)后的固定式觸指為分體式結(jié)構(gòu)，由高純紫銅板彎制而成，觸指的結(jié)構(gòu)形式使得其在運(yùn)行中有一定的形變?cè)６龋瑫r(shí)磁鎖板施加壓力，能夠保證即使隔離開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)多次分合閘，靜觸頭觸指與動(dòng)觸頭觸棒之間仍保持接觸良好。

3.2? ? 運(yùn)維策略

通過(guò)對(duì)這兩起隔離開(kāi)關(guān)發(fā)熱缺陷引起的故障的分析，筆者認(rèn)為加強(qiáng)10 kV大電流開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行維護(hù)管理，規(guī)范隔離開(kāi)關(guān)的工程驗(yàn)收、運(yùn)行及維護(hù)，可以做好以下幾方面工作：

（1）改善現(xiàn)場(chǎng)隔離開(kāi)關(guān)部件組裝工藝，開(kāi)展隔離開(kāi)關(guān)拼裝后的溫升抽查試驗(yàn)。開(kāi)展隔離開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)組裝后的壓力測(cè)試，確認(rèn)隔離開(kāi)關(guān)合閘后觸指與觸頭接觸力量足夠。

（2）結(jié)合停電對(duì)隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)展例行檢查，重點(diǎn)關(guān)注是否合閘到位，各零部件有無(wú)脫落和松動(dòng)，導(dǎo)電部位有無(wú)明顯的變色、過(guò)熱跡象，檢查瓷套是否有裂紋。

（3）對(duì)此類隔離開(kāi)關(guān)在進(jìn)行分合閘操作時(shí)應(yīng)注意力度的把握。操作隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，應(yīng)先用緩慢合閘到動(dòng)觸頭距離靜觸頭觸指5 cm左右，然后快速將隔離開(kāi)關(guān)合上。

（4）做好事故處理方案和搶修預(yù)案。根據(jù)此類隔離開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)，做好該類設(shè)備事故的應(yīng)急處置方案，并對(duì)應(yīng)有效開(kāi)展應(yīng)急演練工作。

（5）對(duì)大電流隔離開(kāi)關(guān)應(yīng)用高壓柜母線室在線監(jiān)控和測(cè)溫裝置。高壓柜母線室在線監(jiān)控和測(cè)溫裝置主要包括攝像頭、溫度傳感器、無(wú)線傳輸裝置和處理器四部分，監(jiān)控組件的攝像頭和溫度傳感器對(duì)高壓柜母線室內(nèi)的情況進(jìn)行圖像、溫度的雙重監(jiān)控，并通過(guò)無(wú)線傳輸裝置傳輸至外部監(jiān)控設(shè)備的接收端，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓柜母線室一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域溫度超過(guò)限定值時(shí)，以短信形式對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行提醒。高壓柜母線室在線監(jiān)控和測(cè)溫裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，安裝方便，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能大大降低運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，滿足實(shí)際運(yùn)行要求。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合兩起實(shí)例分析了高壓柜母線室GN30大電流隔離開(kāi)關(guān)的故障原因，并介紹了該型隔離開(kāi)關(guān)的整改措施，給出了大電流隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)維策略，提出應(yīng)用高壓柜母線室在線監(jiān)控和測(cè)溫裝置對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行在線監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，以盡可能減少該類故障的發(fā)生。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王樹(shù)聲.變電檢修上[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[2] 張偉.高壓隔離開(kāi)關(guān)觸頭導(dǎo)電性失效研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2011.

[3] 電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程：Q/CSG 1206007—2017[S].

收稿日期：2019-11-06

作者簡(jiǎn)介：劉星瑋（1996—），男，廣東江門(mén)人，變電檢修中級(jí)工，主要從事110 kV及以上變電站一次電氣設(shè)備的檢修、維護(hù)工作。

馮普俊（1972—），男，廣東江門(mén)人，變電檢修高級(jí)技師，主要從事110 kV及以上變電站一次電氣設(shè)備的檢修、維護(hù)工作。