浅谈高压隔离开关机械故障分析及改进技术李健聪

浅谈高压隔离开关机械故障分析及改进技术李健聪

李健聪

（广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞523000）

摘要：由于当今社会机械化水平不断提高，人们在日常所需要的电能也就随之增加，为了保证电力供应能够满足人们日益增长的需求，这就需要电力设备运行更加的稳定与安全，供电实时性更高。在电力系统中，高压隔离开关是供电重要组成部分，且被广泛应用于发电厂和变电站，其使用质量和安全性对整个电力系统都有重要的影响。在日常运行中由于运行时间长及供电负荷重，高压隔离开关会出现一些故障，其中以机械故障是户外隔离开关出现最多的故障类型。为了提高设备供电可靠性，降低高压隔离开关的故障频率，在此对综合分析高压隔离开关的机械故障及其成因，并探讨故障的改进技术，制定相应防范措施。

关键词：高压隔离开关；机械故障；支柱瓷绝缘子断裂；操作失灵；锈蚀老化与发热

在整个电力系统之中，高压隔离开关是电力系统整体质量的重要组件，与断路器配合使用而形成断开点并提供绝缘间隔，用于隔离电源、倒闸操作以及拉开、合上无电流或微小电流的电路。高压隔离开关结构比较简单，其适用范围很广以及使用的次数很频繁，但一般多安装在户外，暴露于空气中，常受到恶劣的运行条件的影响，因此，容易出现一些机械故障，干扰电力系统正常运行。那么，为了提高电力系统供电可靠性，应采取什么样的措施避免或者最大程度上减少在高压隔离开关机械出现故障，本文将从几个方面综合讨论。

1、高压隔离开关机械故障分析

1.1、支柱瓷绝缘子断裂

在操作过程中出现的支柱瓷绝缘子断裂是危害性最大，后果最严重的机械故障，其原因可以从以下几点分析：

（1）绝缘子本身的质量问题，绝缘子质量不达标，生产商没有严格把握质量关卡导致出现极大安全隐患。故障的断裂绝缘子刨开检查，其断裂的绝缘子中毫无例外的多有杂质与裂纹，胶质质量较差，甚至绝缘子中没有沥青作为缓冲层。除此之外，绝缘子的先天性设计缺陷、做工工艺不合理以及烧瓷过程中操作不当，使得绝缘子接口与法兰接口有缺陷，这些都会造成绝缘子产品质量差，使用寿命缩短。

（2）绝缘子长期处于恶劣的环境下，受到强电磁等辐射与腐蚀，绝缘子老化严重。

（3）在地震灾害中，由于强烈的振动晃动绝缘子也很有可能会发生断裂事故。

1.2、操作失灵

高压隔离开关操作失灵也是常见的故障之一，其主要表现于隔离开关操动机构元件不可靠导致分合闸不到位等错误操作，产生的原因有以下几点：

（1）机构设计不合理及选材不当。隔离开关传动部件配合公差大，部件加工精度低，造成分合闸操作不稳定，机械部件材料强度、刚度不足而发生损坏变形，使开关行程特性改变而导致分合闸不到位。

（2）传动部件腐蚀严重。由于传动或转动部件的材料多为金属，并且近几年我国雾霾天气严重，若长时间暴露在潮湿的户外，其恶劣的运行环境会加快其部件的腐蚀速度，再加上金属部件缺少润滑油，促使转轴腐蚀越发严重，导致隔离开关传动杆逐渐发生扭曲和变形，分闸、合闸不正常，操作的灵活性下降。

（3）限位开关失灵。若运行线路负荷过大，隔离开关长期没操作、限位开关质量差，易造成限位开关接点发生烧结，使得电机空转而不能驱动隔离开关正常分、合闸，无法满足应有的操作需求。

（4）隔离开关没有严格参照厂家安装图纸或厂家调试的要求进行安装调试。不按要求安装调试的隔离开关在投运后易出现主传动轴的轴销与轴套出现松脱或卡滞，一旦发生松脱或卡滞，会大大增强轴与轴套中的摩擦阻力，传动轴会逐渐磨损而坏掉，也是会造成操作失灵的原因之一。

1.3、锈蚀老化与发热

高压隔离开关的机械故障除了以上所介绍的因素外，设备锈蚀老化及发热也是不能轻视忽略的。锈蚀老化及发热会加快机械性能劣化，其产生的原因有以下几点：

（1）高压隔离开关产品质量缺陷促使设备锈蚀老化。隔离开关的转动轴承及导电管设计不当、机构箱密封不良积水、材质抗腐蚀性差、加工工艺不良等会导致设备自身锈蚀老化严重，使机械性能劣化，缩短设备使用寿命。

（2）高压隔离开关的过负荷运行、接触压力不足、接触不良均会导致发热。早期设计生产的隔离开关产品，其载流能力小且长时间过负荷运行会发热；隔离开关的触头压紧弹簧会逐渐老化，弹簧弹力变小、压力降低，接触压力不足会导致发热；隔离开关的触头导电层表面的不平整、氧化锈蚀，以及隔离开关在拉合操作过程中用力不当使接触位置不正，均会造成导电部分接触不良而发热。当超过金属材料使用温度允许值后，金属材料抗拉强度显著下降，造成金属材料的机械强度下降而变形或损坏，长时间的金属变形及损坏使用会进一步加速设备机械性能劣化，增加设备机械故障机率。

2、高压隔离开关机械故障技术管控与改进

2.1支柱瓷绝缘子断裂防范及诊断措施

2.1.1超声波探伤技术

超声波检测是目前应用最普遍的支柱瓷绝缘子局部探伤方法，并已形成行业标准，其原理是通过在绝缘子法兰处发射超声波，接收瓷件内部的反射信号来检测绝缘子表面或内部的裂纹等缺陷。电力运行管理部门规定在高压隔离开关交接和预防性试验中需对支柱瓷绝缘子进行超声波探伤。

隔离开关支柱瓷绝缘子最常用的超声波探伤方法包括爬波检测法和小角度纵波检测法，其检测区域主要为绝缘子法兰根部3cm左右周围瓷柱区域。其中，爬波检测法能够有效检测出瓷柱表面裂纹，而小角度纵波检测法对于检测瓷柱内部缺陷具有很好的灵敏度，因此建议将以上两种探伤技术相结合，确保检测结果的可靠性[1]。

然而，超声波检测的有效性与探头与绝缘子曲率的耦合度有关，同时受到运维人员经验影响，可能存在误判。此外，超声波检测只能在变电站停电时进行登高作业检测，且检测工作量较大。

2.1.2振动声学法检测

振动法是近年来提出的支柱瓷绝缘子缺陷检测新方法，现已开发出成套设备并已实现现场应用。该方法主要是通过检测绝缘子对振动声波的谐振频率并进行频谱分析，从而评估绝缘子机械强度，确定其是否发生劣化。振动声学法可实现带电检测，具有操作简便、检测效率高的优点，适用于对支柱瓷绝缘子进行快速普查，是超声波检测方法的有力补充。但振动声学法的缺点是对微小裂纹的检测灵敏度较差，目前，该方法的研究仍比较初步，工程应用也不够广泛，还需要进一步研究和推广[2]。

2.2操作失灵防范措施

机械部件的材质及结构须进行改进，使用不锈钢材质来制作关键部件，开关的转动轴承设计完善其密封结构；定期对高压隔离开关进行规范化检修、试验及操作，金属部件及时补充润滑脂，若出现零部件故障，应及时更换故障零部件；提高安装调试工艺，严格按照厂家安装图纸或厂家调试的要求进行安装调试，尽可能地避免或者减少机械故障的发生。

2.3锈蚀老化与发热防范措施

高压隔离开关投运前落实好验收环节的管控，对隔离开关的选型以及监造验收均要严格按照标准把好关卡，做好设备质量与工艺的管控；投运后做好隔离开关的传动及操作机构的维护保养，并且在隔离开关机构箱内部安装驱潮器，定期全面清洁机构箱并检查密封性，防止受潮锈蚀老化。

高压隔离开关运行时，通过红外线测温系统实时监控触头温度，并落实好周期性巡视及特殊巡视，及时发现温度异常缺陷并尽快对其处理。达到技改年限的老旧高压隔离开关应结合设备技改计划对其进行技术改造，更换成新型、安全可靠的隔离开关。

3、应用案例

3.1案例概述

某供电公司110kV变电站建于上世纪90年代初期，是一座110kV枢纽变电站，主要承担该地区的供电任务。站内有三回路110kV电源进线，两台110kV主变压器，容量均为50000kVA；全站最大负荷780000kW，平均负荷约为68000kW。该变电站建站时间较长，站内设备较为落后，但高压隔离开关仍沿用老式GW型手动操作隔离开关，该高压隔离开关现已无法满足如今的安全供电需求，需对其开展技术改造。

3.2隔离开关运行状况分析

该变电站户外隔离开关因运行时间较长，其传动机构均出现不同程度的生锈和卡涩现象。运行人员常常因传动机构严重卡涩而无法顺利操作隔离开关，只能长期使用加力杆辅助操作，久而久之，容易出现隔离开关触头合闸不到位发热，且长期不断施加额外应力在支柱瓷瓶易造成支柱瓷瓶破损断裂酿成设备事故或人身伤亡事故[3]。GW型手动操作隔离开关因其技术落后，无法实现远方遥控操作，每遇大型倒闸操作，需运行人员频繁进出高压设备区进行就地操作，容易造成操作人员走错设备间隔、误碰带电设备及擅自解锁等问题，严重影响倒闸操作效率及人身安全。

3.3隔离开关改造措施

更换GW5A-126型电动操作隔离开关代替原有的GW型手动操作隔离开关。改造完成后，变电站110kV户外高压隔离开关的运行状况将从以下几方面得到完善优化：①功能扩展，节省操作时间。实现高压隔离开关的就地/远方两种操作方式，运行人员通过主控室后台机可完成远方操作，有效地缩短了设备停、送电时间。②节省了人力，规范操作。倒闸操作人员由4人减少至2人，大大节省了人力；并且运行人员能按正常操作流程顺利操作，不用额外增加操作力度损坏设备，保证了设备安全及人身安全。③性能升级，安全性高。改造更换后的GW5A-126型隔离开关不仅可实现触头分、合闸操作的一致性，确保分、合闸到位，减少导电回路发热，而且带有防止隔离开关带负荷误操作的联锁装置，从机械装置上增加了一道防线，有效防止人为误操作事故。④经济实用，节约成本。通过此项改造工作，保证了变电站安全供电，大大地减少因停电事故造成的经济损失，同时也降低了对隔离开关的日常运行维护的费用。

结束语

随着电网自动化程度的越来越高和无人值班站的广泛推行，需关注隔离开关的运行状态，加强防范高压隔离开关故障，保障电力系统的供电可靠性。本文主要从高压隔离开关的机械故障入手，对隔离开关的绝缘子断裂、操作失灵、金属器件锈蚀及导电回路发热等机械故障进行原因分析，提出了相应的有效的管控与改进措施，并且根据隔离开关的实际运行状况开展改良优化，有效地消除设备安全隐患，减少机械故障发生，保障变电站的安全运行，进一步提高电力系统的供电可靠性。

参考文献：

[1]林晓辉.高压隔离开关机械故障分析及改进技术[J].科技创新导报，2017，14(07):45+47.

[2]杨志钧.高压隔离开关机械故障分析及改进技术[J].价值工程，2016，35(18):97-98.

[3]邱志斌，阮江军，黄道春，张宇，张恩伟.高压隔离开关机械故障分析及诊断技术综述[J].高压电器，2015，51(08):171-179.