110 kV變電站高壓隔離開關無法分閘的故障處理

聶 珥

廣西桂東電力股份有限公司供電公司，廣西 賀州 542813

0 引言

根據有關規定，允許用高壓隔離開關進行下列操作：拉合正常運行的PT和避雷器，拉合正常運行的主變中心點刀閘，拉合小電流環路均衡電流等。高壓隔離開關是一種不具有滅弧功能的電氣元件，因此只有在開關處于分閘狀態時才可以操作，否則若開關正常運行或斷路器處于合閘狀態時，操作隔離開關，也就是帶負荷拉合隔離開關，就會產生強力的電火花，嚴重時可造成相間短路，損壞設備，甚至危及人身安全。

若隔離開關處于斷開狀態，隔離開關動、靜觸頭之間應該有明顯可靠的斷開或滿足隔離距離；若隔離開關處于合閘狀態，能夠可靠地通過正常負荷電流和短路電流。隔離開關主要用于更可靠地隔離高壓帶電部分，與高壓電源或母線之間有一個明確的分離點，以確保線路檢修有可靠的安全保障[1]。高壓隔離開關還能夠配合變電站輸電線路進行刀閘操作，進而改變變電站的運行方式。例如，對于雙母線運行的變電站線路，可以通過母聯斷路器及母聯斷路器兩側的高壓隔離開關，將運行中的母線倒換至備用母線，或將運行母線的電氣元件倒換至另一條母線中運行。但是，正因為這種頻繁的倒閘操作，在操作過程中會出現高壓隔離開關無法分合閘的故障發生，需要針對無法分合閘不同類型的故障加以排查分析，若存在隔離開關本體缺陷，需進行改進。

1 隔離開關的特征

一般情況下，在斷路器的前后兩側各安裝一組隔離開關，并形成明顯的斷開點，一方面保障安全，另一方面便于檢修。出線柜通過開關柜從上母線向下供電。斷路器前面的隔離開關主要用來隔離電源。然而，有時也可能在斷路器后面輸入電源，如通過其他回路和電容器反向傳輸。因此，斷路器后面也需要一組隔離開關。

某110 kV變電站選取型號為GW16B/17B-252的高壓隔離開關，其隔離開關技術規范如表1所示。

表1 GW16B/17B-252型隔離開關技術規范表

此隔離開關是供110 kV變電站線路在無載流情況下進行倒閘，對被檢修的線路元件與帶電線路進行電氣隔離的三極戶外高壓設備。該隔離開關具有結構精巧、耐氧化性強、操作穩定、抗震能力強等特點。隔離開關的機械觸頭系統為簡單的單臂彎曲式，傳輸部件固定在導電管內部，以避免外部環境的干擾[2]。在導電管內部裝有一對平衡元件的彈簧和一組夾緊彈簧，前者的作用是保證隔離開關在分、合閘時具有可靠的平衡穩定性，后者的作用是保證夾緊結構具有一定的夾緊力。

隔離開關通常布置于戶外，會受到外界因素的影響，如風力、地震等，因此在本體上安裝有一脫扣裝置，用來保證隔離開關合閘的可靠性和工作的穩定性。隔離開關和接地開關的導電管采用鋁合金材質，并在其動、靜觸頭鍍銀或金，保證旋轉接頭具有一定的耐磨性、機械穩定性和電氣穩定性等。該隔離開關上的接地開關為單臂擺動結構，在合閘操作時，移動式動觸點先旋轉，然后垂直向上插入靜態觸點，以避免觸頭反彈或跳動，保證合閘可靠并有相同的動態熱穩定性電流值。

2 隔離開關結構動作原理

隔離開關動作過程包括兩部分，即彎曲動作和加緊動作[3]。

2.1 彎曲動作

由水平旋轉機構引導，通過旋轉瓷瓶上的一對齒輪，在驅動作用下，讓兩套四連桿做平面移動，讓下部的導電管執行正向轉動合閘、逆向轉動分閘的操作，操作螺桿頂部的鉸接執行桿也就相對于讓下部導電管產生軸向位移。鉸接執行桿上端又與齒輪鏈條相連接，在鉸接執行桿操作時帶動鏈條轉動，并同時帶動齒輪轉動，使固定在齒輪軸上的上部導電管相對于下部導電管做伸直（閉合）或彎曲（開啟）的移動。此外，在操作螺桿頂部的鉸接執行桿軸向移動的同時，導電管內部的平衡元件的彈簧也在不斷地做儲能和釋放能量的工作，以更好地平衡重型制動扭矩，保證整個操作過程的平穩動作[4]。

2.2 加緊動作

當隔離開關從分閘位置向合閘方向移動并接近合閘位置（即將拉直）時，齒輪就會與齒輪箱上的傾斜平面吻合，并繼續沿傾斜平面移動。這時與齒輪鏈條相連的鉸接執行桿操桿在回位彈簧的反作用力驅使下向前移動。同時，動觸頭座中的機構將手柄頂桿向前移動的動作轉化為接觸指的加緊動作。當靜態觸頭桿被夾住后，齒輪在齒輪箱上的傾斜平面向上移動些許距離就能達到完全伸直的合閘狀態。此時，導電管內部裝有的夾緊彈簧被再次壓縮并作用在手柄頂桿上，以保證頂桿有一個穩定的驅動力，讓接觸指在靜桿上始終保持有可靠、恒定的夾緊力。在執行隔離開關分閘操作時，齒輪就會在齒輪箱上繼續沿傾斜平面向外移動，直至與斜面分離。此時，在回位彈簧的作用下，手柄頂桿拉動接觸指，以“V”形打開。

3 案例分析

3.1 故障現象及分析

某年在執行該110 kV變電站倒閘操作時發現，其中某臺高壓隔離開在分閘時無法分開。隨即分別對接地系統、主導電系統、機械連鎖裝置、上下導電管、電動機構進行全面排查，發現電動機構箱內的傳動齒輪損壞，軸銷、接頭等元件出現斷裂現象，運行和檢修人員將缺陷上報，后期根據年度檢修計劃采取措施消缺。

3.2 改進方案

（1）附屬部件改進。軸銷、接頭等元件改為優質不銹鋼材質，保證這些元件長期工作不銹蝕。選用耐腐蝕的石墨套和復合軸套，降低軸與套之間的摩擦系數，提高傳動效率[5]。外露黑色金屬件全部采用熱鍍鋅處理，提高其防腐性能。實踐證明，熱鍍鋅處理適合戶外運行。

（2）電動機構的改進。該高壓隔離開關電動機構由原來CJ7A改為CJ11。改造后的CJ11電動機構實物圖如圖1所示。

（3）全新型式的輔助開關。輔助開關是電動機構中提供分、合信號的重要二次元件，一旦分、合失靈，將無法提供正確的分、合信號，電動機構則無法正常操作。該輔助開關采用的是國際上先進的凸輪推動微動開關的機械傳動構，分合切換不會失靈，且轉動靈活。

（4）電動機的控制。機構分、合后，首先由輔助開關切斷電動機電源。如果輔助開關失靈，則由裝于分、合兩側的終止行程開關切斷電動機電源。若行程開關失靈，則由裝于分、合兩側的機械限位裝置，經熱繼電器切斷電動機電源[6]。三重保護，確保機構分、合后電動機停止轉動，避免電動機構失控造成隔離開關機械損傷。

（5）機械傳動方式。該傳動方式采用蝸輪式連桿。蝸輪式連桿及其他減速元件經過精確加工，密封在一個鋁合金箱內。此機械傳動系統運轉平穩、噪聲小、無沖擊。

（6）二次系統。控制面板布置合理、美觀，采用可開閉的門式結構，便于接線和現場維修，確保二次系統運行安全可靠。

（7）箱體密封。機構箱門采用氣囊式密封，箱門及頂蓋采用2.5 mm厚不銹鋼板，箱體采用2 mm厚不銹鋼板，使箱體具有良好的防風沙和防腐性能。

4 結束語

該110 kV變電站某隔離開關電動機構總結了多年來隔離開關電動機構運行中的故障經驗，改進為平高公司生產的CJ11電動機構，該電動機構是獨立開發研制的新型蝸輪蝸桿式電動機構。在機構設計和制造工藝等方面克服了以往電動機構的缺陷，具有動作可靠性高、運轉平穩、傳動效率高、無慣性沖擊、噪聲小、通用性強、外形美觀等優點。該電動機構除可進行近控、遠控電動操作外，還可以手動操作。在額定負荷下，經實踐驗證，可執行上萬次的機械操作。