高壓隔離開關熱缺陷返修率高原因分析及處理

孫凌濤

(內蒙古電力(集團)有限責任公司薛家灣供電局,內蒙古 鄂爾多斯 017100)

高壓隔離開關是一種常見的一次設備,能構成足夠大且明顯可見的空氣絕緣間隔,以保障檢修工作安全。由于其數量較多,質量參差不齊,經常發生各類故障導致設備退出運行,從而進行非計劃停電檢修[13]。2017—2018年2年中,薛家灣地區高壓隔離開關共發生故障589起,其中發熱故障318起,占比為54%。可見發熱故障消缺是隔離開關檢修工作的主要內容。在采用現有檢修方法對發熱隔離開關進行處理后,隔離開關往往不能堅持到一個狀態檢修周期(3年)結束就需要再次進行檢修,其原因是檢修之后的隔離開關會再次發熱,造成返修。在對上述318起隔離開關發熱故障進行檢修之后,其中有131個隔離開關再次出現發熱情況,需要返修,占比為41.19%,比例較大。為消除此類熱缺陷返修故障,檢修班組需要投入大量檢修資源,這會提高檢修成本,加重工作強度。而降低隔離開關熱缺陷返修率可以減少隔離開關檢修次數,減少對檢修資源的占用并提高檢修效率[4-6]。綜上所述,降低高壓隔離開關熱缺陷返修率對于提高檢修效率具有重要意義。

1 發熱及返修情況

為確定高壓隔離開關具體發熱部位,對2017—2018年發熱高壓隔離開關展開調查。在調查中發現所涉及的318個隔離開關發熱部位可歸為5類,分別為動靜觸頭處、引線接線板、接地用扁鋼與底座連接處、將軍帽及接線柱,將其進行匯總見表1。

表1 發熱高壓隔離開關發熱部位

從表1可見,318個發熱高壓隔離開關中動靜觸頭處發熱的隔離開關數量為272個,占比為85.53%,是主要發熱位置。本文主要著眼于高壓隔離開關發熱返修情況,因此對表1所涉及的各位置發熱返修情況進行了調查,匯總見表2。

表2 發熱高壓隔離開關發熱返修情況

由表2可看出,累計高壓隔離開關發熱返修故障131起,其中動靜觸頭處發熱返修占125起,占比達95.42%,是主要發熱返修位置。接著對動靜觸頭處發熱返修問題進一步調查,分析發熱返修問題癥結,匯總見表3。

表3 動靜觸頭處發熱返修問題癥結匯總表

從表3可見,接觸面鍍銀層氧化和接觸面有坑洞故障共有115起,占比達92%,是導致動靜觸頭處發熱問題的癥結,也是高壓隔離開關熱缺陷返修問題的癥結。

2 熱缺陷返修問題原因分析

從人、機、料、法、環5個方面展開分析,運用關聯圖,最終得到6個末端原因分別是:技能等級不足、清洗方法不好、焊接工藝落后、鍍層修復工藝粗糙、接觸電阻變化跟蹤不及時和設備廠家不同。以下對這6個末端原因分別進行分析,確定是否為主要原因[6]。

2.1 技能等級不足

通過查閱相關資料,得到班組成員技能鑒定等級信息,其中包括技師1人,高級工2人,中級工5人。查找檢修記錄,統計各成員隔離開關發熱返修情況如圖1所示。

圖1 班組成員隔離開關發熱返修情況統計

從圖1可見,不同技能鑒定等級人員發熱返修率相差不大,甚至出現中級工檢修后發熱返修率小于技師的現象。由上述分析可知,技能鑒定等級對發熱返修率基本無影響,所以技能等級不足不是主要原因。

2.2 清洗方法不好

對采用百潔布打磨接觸面,然后噴灑工業清洗劑清洗過的接觸面,以及采用氨水清洗過的接觸面,進行鍍層厚度測量[7],使用X熒光合金分析儀測得厚度數據,見表4。

表4 接觸面鍍層厚度表 μm

對2種方法清洗過的接觸面熱缺陷返修情況進行統計,發現采用百潔布清洗與氨水清洗后的熱缺陷返修率分別是53.22%與34.18%,差異明顯。上述測試說明改進清洗方法可以降低接觸面發熱返修率,因此清洗方法不好是主要原因。

2.3 焊接工藝落后

為確認采用現有焊接工藝對發熱返修率的影響程度,查閱各變電站中熱缺陷檢修記錄,發現對接觸面進行修復時采用了電焊與氬弧焊2種方法修復坑洞[8]。對比2種修復工藝后接觸面發熱返修率與發熱時間間隔,發現采用電焊與氬弧焊后,返修率分別是57.12%與37.64%,發熱時間間隔分別是0.97年與1.92年。可知采用氬弧焊后,返修率較低,且平均發熱間隔時間較長,但仍然未達到3年檢修周期要求。采用金屬表面水平平整度檢測儀測試焊接后接觸面平整度,見表5。

表5 焊接后接觸面平整度 mm

由表5可見,采用氬弧焊后接觸面的表面較為平整。表面越平整越不容易發生尖端放電,接觸面也越不容易因放電而灼傷再次形成小坑洞導致發熱。通過上述分析可知,通過改進焊接技術可以降低隔離開關發熱返修率,而焊接中造成的表面不平整與發熱有著正相關聯系,焊接坑洞后表面越平整,發熱間隔時間越長,發熱返修率越低。因此,焊接工藝落后是主要原因。

2.4 鍍層修復工藝粗糙

為確認采用現有鍍層修復工藝對發熱返修率的影響程度,查閱各變電站中發熱檢修記錄,發現以往對接觸面進行修復時,采用了在接觸面上涂抹一層導電膏與化學沉銀2種工藝,對比采用2種修復工藝后接觸面發熱返修率,分別是65%與27%。可知在改進隔離開關接觸面鍍層修復工藝后,可以降低發熱返修率,但是采用化學沉銀法依然無法將發熱返修率降低至較低水平,鍍層修復工藝依然需要繼續改進[9]。因此,鍍層修復工藝粗糙是主要原因。

2.5 接觸電阻變化跟蹤不及時

為確認接觸電阻變化情況跟蹤不及時與隔離開關熱缺陷返修率之間的關系,對比2年中接觸電阻跟蹤較好即連續歷史數據在5次以上的和未做到連續5次接觸電阻測試的隔離開關發熱返修率,兩者分別是27.19%和43.56%。接觸電阻跟蹤情況較好的隔離開關,由于對其接觸面氧化、劣化情況判斷準確,在隔離開關停電檢修中,接觸面已經提前得到處理,發熱返修率較低。

對接觸電阻未得到連續跟蹤5次以上的隔離開關,對比連續3次停電檢修做接觸電阻測試的隔離開關與未做接觸電阻測試的隔離開關,兩者返修率分別是34.41%和49.82%,說明對隔離開關接觸電阻變化情況及時跟蹤可以有效降低熱缺陷返修率。因此,接觸電阻變化情況跟蹤不及時是主要原因。

2.6 設備廠家不同

為確定不同隔離開關生產廠家與隔離開關發熱返修率之間的關系,選取河北華能源電力設備有限責公司、山東泰開隔離開關有限責任公司、江蘇如高高壓電器有限責任公司3家公司的產品進行分析,接著對薛家灣供電局38座變電站的220 k V、110 k V及35 k V 3個電壓等級隔離開關發熱返修率進行統計[10],統計結果如圖2所示。

圖2 隔離開關熱缺陷返修率

從圖2可見,3個隔離開關生產廠家同一電壓等級發熱返修率最大差距僅為1.21%,相差不大。此外,各廠家3個電壓等級產品熱缺陷返修率相近。因此設備廠家不同不是主要原因。

3 現場處理措施

通過以上分析可知,引起熱缺陷返修問題的要因有4個分別為:清洗方法不好、焊接工藝落后、鍍層修復工藝粗糙和接觸電阻變化跟蹤不及時。針對上述原因分別制定現場處理措施。

3.1 激光清洗技術

現場采用氨水與激光清洗機對鍍層進行清洗并對比。改善前,采用氨水清洗,清洗過程中會損傷鍍層,鍍層厚度不能滿足≥20μm要求,且作業過程污染較大；改善后,采用激光清洗技術,非接觸式清洗過程中對鍍層傷害小,且清洗后無殘留物質,作業過程環保無污染。改善清洗方法前與改善后鍍層厚度對比,見表6。

表6 2種清洗方法清洗后鍍層厚度 μm

從表6可見,采用百潔布清洗過的鍍層厚度無法滿足要求,而采用激光清洗機清洗過的鍍層厚度均大于20μm,厚度滿足要求,改善有效。

3.2 冷焊技術

現場采用填補導電膏與冷焊機焊接對接觸面坑洞進行修復并對比。改善前,在燒傷的坑洞內填補導電膏；改善后,采用冷焊技術修補接觸面的坑洞。改善焊接工藝前與改善后接觸面平整度對比,見表7。

從表7可見,采用冷焊技術修復后,表面平整度小于0.005 mm,改善有效。

3.3 無氰電刷鍍銀技術

現場采用涂抹導電膏與無氰電刷鍍銀技術對接觸面鍍層進行修復并對比。改善前,對鍍層脫落的接觸面涂抹導電膏暫時修復接觸面；改善后,采用刷鍍銀技術修復接觸面鍍層。改善鍍層修復工藝后鍍層厚度,見表8。

表8 改善鍍層修復工藝后鍍層厚度 μm

從表8可見,采用無氰電刷鍍銀技術鍍銀后,鍍層厚度均大于25μm,滿足要求,改善有效。

3.4 接觸電阻數字檔案庫

現場采用紙質檔案與軟件APP對接觸電阻變化情況進行跟蹤并對比。改善前,接觸電阻數據庫不完善,并且記錄在紙質檔案上,攜帶不方便,易丟失,歷史數據對比不方便,無法準確判斷接觸面運行狀況；改善后,編寫APP軟件,可以直接通過藍牙連接接觸電阻測試儀,自動記錄接觸電阻數據值,并且通過與設備歷史數據、同一型號設備同期數據進行比較,可以準確判斷接觸面運行狀況。改善前與改善后對比,見圖3。

圖3 改善前后數據記錄對比

從圖3可看出,在采用APP軟件后,接觸電阻值連續記錄數據均≥5個,說明改善有效。

4 效果檢查

在采用新技術后,通過2019—2020年2年數據進行驗證并統計發熱隔離開關返修數,熱缺陷返修情況,見表9。

表9 熱缺陷返修率

通過逐步實施改善,高壓隔離開關發熱返修率從41.19%降至7.75%,降低幅度為81.18%,降幅明顯,說明在采用新措施后降低了高壓隔離開關熱缺陷返修率。

結合采取的措施和取得的效果,編制了Q/XG 30301040－2018《YZL1000激光清洗機使用標準》、Q/XG 30302040－2018《SH-M4000冷焊機使用標準》、Q/XG 30303040－2018《無氰電刷鍍銀機使用標準》、Q/XG 30304040－2018《接觸電阻測試APP使用標準》4項企業標準,建立接觸電阻記錄臺賬等,以鞏固取得的效果。

5 結束語

通過對高壓隔離開關熱缺陷檢修后發熱返修問題進行分析,找到了4個主要原因并分別制定對策,熱缺陷返修率從41.19%降低到7.75%,效果顯著,對于高壓隔離開關檢修工作具有一定指導意義。

a.由于機械摩擦、化學腐蝕清洗過程中對鍍層破壞較大,清洗工藝落后,提出采用激光清洗技術清洗接觸面。

b.由于接觸面坑洞修復不徹底,焊接工藝落后,提出采用冷焊技術修復接觸面坑洞。

c.由于采用導電膏修復鍍層可靠性差,鍍層修復工藝落后,提出采用無氰電刷鍍銀技術修復接觸面。

d.由于接觸電阻跟蹤效果不好,研發了APP軟件,記錄接觸電阻的數據。