XGN 高压柜中 GN30型隔离开关运行情况分析及整改对策

XGN 高压柜中 GN30型隔离开关运行情况分析及整改对策

邓荣宣

广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000

概述：通过对目前电网中一款大量应用于10kV XGN高压柜的GN30型隔离开关运行情况分析，剖析目前存在的潜在隐患和家族性问题，提出针对性的整改对策。

关键词：GN30 隔离开关 运行情况 整改

1 GN30隔离开关运行情况概述

高压隔离开关是电力系统中重要的设备之一,它的主要作用是配合断路器完成倒闸操作任务，用来分合停电的高压设备并形成一个明显的断开点。在合闸状态下,高压隔离开关能起到导电并输送电能的作用;在分闸状态下,高压隔离开关则主要承担安全隔离的作用。GN30隔离开关属于户内旋转式高压隔离开关，具有结构紧凑，安装方便，操作省力等优点，近些年在电力系统应用十分普遍，被广泛应用于变电站10kV进线开关柜或出线开关柜中。

近几年来,随着经济的发展和电网负荷不断攀升，隔离开关载流负荷也不断增大，原有的GN30-12/3150/4000系列旋转式隔离开关由于结构的特殊性使得该产品在运行电流较大接近80%的额定电流时，温升明显升高，超出国标允许的温升要求，设备运行风险明显。

2 GN30隔离开关事故及缺陷情况

近年来，高压开关柜设备故障率较高，故障频发，严重影响电网的安全稳定运行。据统计2009年1月～2015年4月，广东电网共计发生高压开关柜事故（事件）25起。其中发生事故最多的设备部件为刀闸，14起，占56%。而14起刀闸事故中，其中由GN30刀闸导致的事故6起，GN22刀闸导致的事故2起，小车刀闸导致的事故4起。其他形式的刀闸导致的事故2起。特别需要引起重视的是GN30刀闸往往被应用在大电流进线柜，在电网运行中至关重要，其频繁发生事故将大大影响电网的供电可靠性，同时对电网的结构性安全造成隐患。

6起GN30设备事故，按照事故原因统计，中绝缘事故3起，占50%；载流事故3起，占50%。

3起绝缘事故中瓷瓶绝缘劣化造成的事故2起，瓷瓶爆裂1起。绝缘事故主要是由于瓷瓶制造工艺不良和装配工艺不良两大方面造成的。

3起载流引发的事故全部是因为静触头夹紧力不够，造成触头严重发热。静触头夹紧力不够主要是由于装配工艺不良造成的。

通过对6起GN30设备事故分析，可见瓷瓶制造工艺和装配工艺的好坏将直接影响GN30隔离开关的运行质量。同时，静触指的夹紧力是否合适，也是影响GN30隔离开关运行的一大重要因素。

且从历年来的统计情况来看，GN30隔离开关发生故障或缺陷次数的占比相对稳定。上述故障或缺陷类型，从产生机理上来说，与GN30绝缘设计、结构设计、关键原材料物理特性、机械损伤累计效应等有关，涉及GN30设计、选材及试验等多方面内容，特别是过热问题属于GN30的“硬骨头”。

3 GN30隔离开关结构原理及存在的问题

3.1 GN30隔离开关结构原理

GN30隔离开关原理图如图1所示。每相静触头共有8片触指组成，分为4对并排分布在底座的两侧。每对触指包括左触指和右触指，由紧固螺丝固定在隔离开关底座两侧。处于合闸状态的隔离开关触指的电接触分为两部分。接触面1为触指与动触头的接触，接触面2为触指与底座的接触。当隔离开关处于合位，触指弹簧提供压力给触指锁片，使触指压紧动触头，形成有效接触。实物图见图2。GN30隔离开关的上述设计，存在每片触指负担的电流小，电流分配较均匀；集肤效应减少；散热和接触面积增大，降低损耗的优点。

图1 GN30隔离开关原理及实物图

图2 GN30隔离开关实物图

3.2 GN30隔离开关存在的问题

GN30设计存在的潜在隐患：

（1）静触头座仅靠1根螺栓固定在绝缘底座上，在受到水平扭力的情况下，有绕螺栓旋转的倾向。如果母线加工质量不好，搭接处没有自然吻合，母线装配时产生的较大应力也会作用到静触头座上。

（2）每对左右触指通过1根螺栓连接的方式存在潜在的缺陷。当动静触头压力不够引起两侧接触电阻不相等时，会有部分电流从螺栓处分流。由于螺栓的导电性很差，螺栓与静触头座仅通过弹簧连接，接触电阻较大，因此即使电流很小，螺栓发热也会严重。这一方面加剧了接头处的发热，另一方面螺栓与弹簧在温度较高时机械性能下降，又进一步造成静触头夹紧力下降，使发热现象更严重，甚至引发螺栓断裂，静触指脱落，最终造成短路事故。

（3）GN30隔离开关动、静触头之间的连接处近似于线接触，接触面积小，局部区域接触电阻大，容易造成发热。

4 GN30刀闸整改措施

4.1、材质改进

a）、触座改为高纯度紫铜板材质，可增加导体的通流能力，从而减少开关运行时产生的热量，降低温升。

b）、采用紫铜做辅助触指，能够保证触指与导电管长期工作下良好接触的同时，不产生多余的热量。

C）、选用多种热传导性能优于紫铜的合金材质做为导体的散热装置，从而保证导体（紫铜件）的温升满足标准规定的要求。

4.2、结构改进

a）、原GN30型高压隔离开关触座为“工”字形，见图3，两侧钢板夹紧固定的结构，为增加触座的散热面积将触座改为双“U”字形，并采用单侧非导磁性不锈钢板固定结构，改进后的触座有效散热面积大大增加见图4。

图3 改进前悬浮式连接工型触头 图4 改进后硬连接U型触头

b）、静触头触指由原浮协式改为固定式。浮动式触指虽然能够保证触座与导电管中心略有偏斜的情况下触指与导电管仍能有效接触，但实际开关在长期运行过程中，触座的球面凹槽内会不断有灰尘夹杂进来与凹槽内的导电液混合，影响了导电液的导电性能，从而影响导体的导电能力，不可避免的增加了触座与触指的温升。改过后的固定式触指为分体式结构，由高纯紫铜板弯制而成，触指与触座通过螺栓连接固定，触指与导电管在合闸时的接触形式为线接触。触指本身的结构形式使其有一定的弹性变形，能够保证在开关在多次分合闸的情况下，借助磁锁板的作用，触指与导电管仍能良好接触。

c）、取消导电管与瓷套管之间的环氧树脂胶装，采用两端加装固定套的结构形式，固定套上设有连通瓷套内外的散热孔，导电管采用高纯紫铜管内叠加合金铝散热器的结构。这种结构，导电管与瓷套管之间的空气可以通过固定套上的散热孔（及散热槽）流通，当隔离开关运行时导电管产生的热量通过散热器使瓷套管内的空气温度升高时，套管内外的空气形成温度差从而形成对流，高温空气通过散热孔和散热槽排出管外，减少瓷套管内导电管产生的热量，大大改善GN30隔离开关在大电流下运行时的温升。

6结论

（1）GN30隔离开关近几年运行情况严峻，有必要进行改造。

（2）GN30隔离开关存在设计缺陷易过热，可通过“材质改进”、“设计改进”、“工艺改进”对其进行整改，消除潜在缺陷。

（3）鉴于GN30隔离开关在运行中存在的诸多问题，设备选型时可选用其他运行情况良好的设备代替，如不带解锁装置的GN22隔离开关。

（4）新增设备整改措施：a）改进刀闸设计结构：按照4.1节提及的整改后的新型结构刀闸进行设备选型。b）加强装配工艺控制：提高现场刀闸部件组装工艺，开展刀闸拼装后的温升抽查试验，确认刀闸部件组装良好。开展刀闸现场组装后的压力测试，确认刀闸合闸后触指与触头接触力量足够。