GN30-4000大電流隔離開關結構缺陷分析

王偉，呂強，陳尚選，吳昆泰，黃石華

GN30-4000大電流隔離開關結構缺陷分析

王偉，呂強，陳尚選，吳昆泰，黃石華

（廣東電網有限責任公司清遠供電局，廣東 清遠 511000）

近年來，隨著中國電力需求的逐步增加，電力系統中逐步引入了各種先進的電力設備與設施，比如GN30隔離開關，雖然GN30隔離開關能夠在電力系統中發揮其結構緊湊、安裝便捷、操作簡單的優勢，但是，GN30-4000大電流隔離開關由于其結構的特殊性，在實際應用過程中，當電流過大時，溫度會嚴重升高，導致整個電力設備運行中存在一定的安全風險?；诖耍治隽薌N30-4000大電流隔離開關存在的結構缺陷，并提出了相應的改進措施，有利于發揮大電流隔離開關的性能優勢。

GN30-4000大電流；隔離開關；結構缺陷；改進措施

近年來，隨著生產生活中用電負荷的逐年增長，各個電力系統必須在傳統電力網絡的基礎上進行相應的調整與優化。高壓開關柜在電力系統中的普遍應用雖然滿足了電力負荷增長的需求，但是，使用過程中也常常存在著各種故障，導致GN30-4000大電流隔離開關發生故障的概率很高。GN30-4000大電流隔離開關的使用過程中，一旦運行電流超過了其額定電流，結構缺陷會導致開關溫度異常升高，進而存在安全隱患。因此，必須要針對大電流隔離開關的結構缺陷進行必要的結構優化。

1 GN30型隔離開關的結構及其原理

GN30型隔離開關的總體結構如圖1所示，每相的靜觸頭內都包含了8片觸指，4對并列排布于底座的兩邊位置。1對觸指主要為左觸指與右觸指，為發揮其在隔離開關中的作用，在安裝時需通過緊固螺栓的方式將該觸指分別固定于底座的兩邊位置[1]。當隔離開關處于合閘狀態時，觸指的電接觸主要包含了接觸1與洞觸間的接觸、接觸面2與底座間的接觸。當刀閘處于合位狀態下時，觸指彈簧能夠為觸指鎖片提供一定的壓力，使觸指能夠壓緊刀閘的動觸頭，保障良好的接觸效果。GN30型隔離開關的特殊結構使得其在使用過程中，每片觸指所承擔的電流大大降低，電流的分配更為均勻，進而使得接觸面積進一步增大，保障良好的散熱效果，最大程度上減小隔離開關使用中的熱損耗，保證開關的正常使用。

2 GN30-4000大電流隔離開關的結構缺陷

2.1 觸頭部分

對于GN30-4000大電流開關而言，其總體設計為雙斷口旋轉式結構，在每相上、下都分別存在一個靜觸頭。觸頭主要包含了工字形底座、8片導電觸片、磁鎖板，在連接過程中，主要采用的是螺栓與彈簧的活動壓力連接方式。觸頭導電回路的活動連接部分，主要為觸片凸點與工字形底座凹孔的活動式接觸、動導電筒與靜觸頭間距設計設計的配合。當處于合閘狀態下時，動導電筒將會向兩側將觸片推開，而此情況下會對觸頭壓力彈簧的接觸壓力產生一定的壓縮作用，此時，觸片與導電筒之間在壓力彈簧的作用下能夠保持線性接觸的狀態[2]。在這種結構特征下，活動接觸點的數量相對較多，在長時間運行的過程中，活動接觸部分往往會存在氧化積塵的現象，最終導致接觸電阻增大，引發運行事故。這種觸頭結構下，觸指的截面相對較小，導流能力較差，緊固件多為導磁材料，極易引發渦流發熱現象，而觸頭座對導流過程的參與，使得設備本身的散熱能力極差[3]。

圖1 GN30型隔離開關原理圖

每對觸指的連接都是經由螺栓來實現的，這種情況下，就會使得隔離開關存在一定的安全威脅。比如，當動靜觸頭間的壓力相對較小時，就會使得兩邊接觸電阻不相同，最終導致在隔離開關的使用過程中，部分電流會經由螺栓分流。此外，螺栓特殊的材質與構成使得其本身的導電性能極差，再加上在螺栓與靜觸頭底座的連接往往是由彈簧實現的，導致二者之間存在較大的接觸電阻，即使在電流相對較小的情況下，螺栓的溫度也會急劇升高，發熱現象嚴重。而螺栓發熱會直接造成接頭發熱，當在溫度較高的情況下時，螺栓與彈簧難以維持其原有的機械性能，最終會導致靜觸頭的夾緊力大大降低，引發更為嚴重的發熱問題，甚至會造成短路等事故[4]。

2.2 框架部分

GN30-4000大電流隔離開關的框架結構相對特殊，開關框架主要為普通鋼板材料，而開關夾架主要為鑄鐵材料，這些材料的導磁性相對較好，導致在開關的使用過程中常常會出現渦流，最終引發安全事故。從當前市場上大部分GN30型隔離開關的情況來看，其觸指鎖片多為普通鋼材與鐵片材料，這些材料在受熱狀態下彈性下降得很快。渦流發熱情況下，隔離開關在使用的過程中，周邊的熱量大量積聚難以散發，觸頭發熱會加速觸頭的融化[5]。

3 大電流隔離開關結構改進措施

針對當前GN30-4000大電流隔離開關存在的結構缺陷，要保障隔離開關能夠在使用的過程中發揮其應有的作用，相關人員必須要結合結構特征、結構缺陷所造成的不利影響，進行必要的結構優化與改進，結構改進主要從以下方面來進行：①對于隔離開關內所涉及的所有的緊固件，都需要結合開關安全、穩定運行的需求選用特定材料的緊固件，比如選用304不銹鋼材質的緊固件。②將T2電解銅板作為導電回路主體，用這種導電回路主體來取代原有的鑄銅工字形底座，這樣能夠進一步提高本身的導流能力，降低導流能力不足所造成的安全事故威脅。③動觸頭的使用過程中，同樣需進行相應的材料控制，比如，可以采用99.9%的電解銅，并保證其一體成型效果，提升其本身的導流能力。④適當增大動觸指的導電截面，使得在隔離開關的使用過程中觸片的載流截面能夠符合開關正常運轉的要求。⑤替代原有的底座，采用鋁合金底座，并使得該底座不參與導流過程。必要情況下在底座上設置多個散熱孔，并保障這些散熱孔能夠保持上下貫通的狀態。這些散熱孔能使隔離開關在運行與使用過程中具有較好的散熱能力與特性，通過散熱效率的提升，能夠進一步優化隔離開關的整體性能，延長其使用壽命，避免隔離開關發熱所造成的事故。⑥靜觸頭總體上采用銅熱熔工藝壓接一體成型，這樣能夠進一步保障導電觸指的靈活性，使得在隔離開關的使用過程中，導電觸指能夠隨著整個系統的運行進行相應的調整，發揮導電觸指在隔離開關使用過程中的靈活調整性、導電性等優勢。此外，在結構改進過程中，要取消原有的活動連接方式，簡化整個結構，減小8個接觸發熱點，使得在隔離開關的使用過程中，能夠保持穩定、安全的運行狀態，避免開關使用中的大幅度溫升現象。⑦合閘限位設計改進。在隔離開關的設計過程中，相關設計人員需結合開關運行的具體情況，保障合閘限位設計的科學性，避免合閘限位設計不當所引發的短路、爆炸等事故。

4 結束語

近年來，隨著大電流隔離開關在電力系統中的廣泛應用，雖然其應用滿足了電力負荷日益增大的需求，但是，由于隔離開關結構的特殊性，再加上存在一定的結構缺陷，導致在開關的使用過程中常常會出現異常發熱的情況，最終將會造成嚴重的事故。因此，必須要進行隔離開關的結構設計改進，提高隔離開關使用的安全性。

［1］蘇全，賀光晏，陳壁署.一種大電流隔離開關金屬連接面表面狀態分析［J］.廣東科技，2018，27（11）：81-84.

［2］宋慶.10 kV開關柜GN30型隔離開關故障多發原因分析及改進［J］.通訊世界，2016（5）：101-102.

［3］郭躍東，郭小嫻，郭麗華.10 kV開關柜多點發熱的原因分析及防范措施［J］.電世界，2019，6（2）：25-26.

［4］肖麗雄，李燕梅.10 kV GN30型隔離開關事故分析及處理［J］.設備管理與維修，2018（21）：39-40.

［5］高小明.GN30型隔離開關發熱故障分析及處理［J］.電工技術，2016（2）：33-34.

TM591

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.053

2095－6835（2020）13－0130－02

〔編輯：王霞〕