淺談高壓隔離開關運行發熱問題

[摘 要]隨著電力系統的發展，發電容量的日益增加，一次設備的設計容量逐漸加大。為能通過更大的電流，設備體積也在不斷增加，伴隨著相應的問題也多起來，如發熱點的多樣性、設備的復雜性、檢修難度的提高、新設備的掌握，這些問題都是電力行業一次設備檢修不能避免的課題。本文分析高壓隔離開關運行發熱問題，提出了處理措施。

隨著電力系統的發展，發電容量的日益增加，一次設備的設計容量逐漸加大。為能通過更大的電流，設備體積也在不斷增加，伴隨著相應的問題也多起來，如發熱點的多樣性、設備的復雜性、檢修難度的提高、新設備的掌握，這些問題都是電力行業一次設備檢修不能避免的課題。洪一水電站一次設備，大電流回路隔離開關就曾出現幾次發熱故障，現就此問題分析如下：

一、故障案例及原因分析

1、水輪發電機組隔離開關

故障案例一：2010年11月30日17：30時，10kV開關室內有較濃烈的異味， 1#發電機出口隔離開關11G上端10kV母線側B相動觸頭的導電部分與絕緣瓷瓶之間的填充粘合劑(或密封橡膠墊)有較嚴重的碳化現象(由于開關柜采用全密封結構，無法實際測量開關觸頭處溫度。)。后經停電檢查，故障相實測壓縮彈簧高度為18.9mm，遠遠大于150.3mm的標準，導電部分咬合力不足，接觸電阻過大，是造成11G嚴重發熱、燒損的根本原因。因此，對11G進行了更換。

更換后，又出現了新的問題。新隔離開關與原開關柜不配套，隔離開關轉軸與操作相連的連臂，焊接角度過大，開關在合閘位置時，作力點與轉軸不垂直，導致分合時，操作力過大，需進行改造。

故障案例二：2011年10月21日07時20分，10kV開關室內有異味，檢查發現2#水電發電機組出口隔離開關21G上觸頭導電膏呈黑褐色，觸指有變色現象，隔離開關C相上端靜觸頭溫度高達180℃。停電檢查，實測壓縮彈簧高度為15mm左右，符合設計要求;觸指與動觸頭間的凡士林變質，已出現硬化現象，分析應為凡士林變質硬化，接觸電阻增大，導致溫度升高。打磨、修復動靜觸頭后，運行正常。

故障原因分析：

洪一兩臺機組均采用GN30-12(D)/3150型隔離開關，是一種旋轉觸刀式的隔離開關，開關主體通過兩組絕緣子固定在開關底架上下兩個面上，通過旋轉觸刀實現開關的合閘和分閘。由于觸頭分別安裝在開關的上、下兩個面上，使得帶電部分與不帶電部部分在開關柜內隔開，從而保證維修時人員的絕對安全。觸刀對觸頭的接觸方式采用多片觸指的線接觸，增強了開關的通流能力。通過調整觸指根部連接螺桿螺帽的位置，調整彈簧壓縮變形量，可調整動靜觸頭間接觸壓力。造成隔離開關發熱的原因有：

1、電氣連接導體接觸面和觸頭接觸面，不管加工如何光潔，從細微結構來看，都是凹凸不平的，實際有效接觸面只占整個接觸面的一小部分，各種金屬在空氣中還會生成一層氧化層，使有效接觸面積更小。隔離開關長期運行，動靜觸頭間接觸面氧化，使導體表面電阻增加而發熱。

2、運行過程中，由于電磁力、彈簧作用力及機械振動的作用，會減小觸指根部彈簧壓縮量，減少動靜觸頭間的壓力，造成隔離開關發熱。

3、長期運行，動、靜觸頭間，用于潤滑用的凡士林、導電膏等，老化、吸塵、變質、硬化，導致接觸電阻增大。動、靜觸頭清洗后，抹導電膏比凡士林的效果好。導電膏中的鋅、鎳、鉻等細粒填充在接觸面的縫隙中，等同于增大了導電接觸面，金屬細粒在壓縮力或螺栓緊固力作用下，能破碎接觸面上金屬氧化層，使接觸電阻下降，相應接頭溫升也降低，使接頭壽命延長。

2、主變低壓側隔離開關

故障案例一：2011年5月初，運行人員發現主變低壓側隔離開關觸頭示溫片100℃變色，停電、打磨觸頭，收緊磁鎖板調整螺栓后，投入運行正常。

故障案例二：2011年10月22日，主變低壓側隔離開關操作后投運，發熱較為嚴重，停電重新分合，清洗、打磨靜觸頭，在主變低壓側隔離開關合閘狀態下，從柜后檢查其合閘狀態正常，動靜觸頭間無間隙，適當收緊磁鎖板螺栓后，關閉柜門不再操作隔離開關。投入運行后，溫度正常。

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故障原因分析：

主變低壓側采用GN22-12/6300型隔離開關。此產品與傳統結構產品不同之處在于，采用了合閘-接觸兩步動作原理，即主軸轉動的前800位移為合閘過程，用于轉動動觸頭，使之從開斷限位置運動到合閘限位置。動觸頭轉動后100為鎖緊行程，用于鎖緊裝置動作，頂桿向外推出，磁鎖板起杠桿作用，將杠桿的推力放大約5.5倍后，將動靜觸頭壓緊，形成緊密結合，主變低壓側隔離刀閘9011G構成及動作原理詳見附圖。試分析發熱原因如下：

1、該型隔離開關設計存在不合理現象

正常運行時，動靜觸頭連接，但動觸頭固定桿存在導流現象。因為在此時，固定桿中部一直靠在靜觸頭上的解鎖止位樁上，與靜觸頭連接，形成導流回路。雖然電阻大的分流少，但由于是不固定接觸，小電流通過時，也會產生發熱，只是發熱量較小，對設備的正常運行不利。

2、出廠時，未將隔離開關的行程調整好，導致操作把手在隔離開關的鎖緊行程調整好，導致操作把手在隔離開關的鎖緊行程未接觸好，接觸電阻明顯增大。通過大電流，必然導致發熱。發熱量取決于通過的電流大小和回路中的接觸電阻大小。發熱量增加又導致接觸電阻增大，形成惡性循環，溫度越來越高，可能造成觸頭氧化變色，甚至觸頭間導電部分粘連。由于主回路導流不暢，會導致動觸頭固定連桿通過部分電流，造成發熱。因為是鐵結構，又是不固定連接，發熱會在此處體現得相當明顯。溫度越來越高，終將動觸頭固定連桿燒斷，動觸頭間隙進一步增大，溫度繼續上升，終因高溫作用，動觸頭固定裝置被燒斷，導致動觸頭脫落，隔離開關燒毀。

3、設計上的軟缺陷

在正常操作隔離開關后，因磁鎖板被頂桿推出，通過杠桿原理，磁鎖板將頂桿的力放大5.5倍后，產生很大的力加于動觸頭接觸位置。此時的磁鎖板將長期在運行位置承受此力量，容易造成磁鎖板的金屬疲勞，形成變形，使壓力降低，同樣會導致發熱量增加。

二、處理方法及防范措施：

1、調整行程。讓操作把手有足夠的行程將其動靜觸頭鎖緊，無擺動，且操作靈活。

2、打磨觸頭。將動靜觸頭接觸部分全部進行打磨和修復，并涂上導電膏，降低接觸電阻。測量隔離開關的接觸電阻，讓其保證在80微歐以內。

3、加強溫度監視。一旦出現發熱，馬上給予處理。目前，溫度監視手段有紅外線測溫儀測溫或觀察示溫蠟片變色情況。

4、加大培訓。因很多檢修人員和運行人員對此設備原理不了解，需要加大其培訓力度，讓運維人員對此設備都了解掌握。

5、每次停電檢查時，檢查磁鎖板是否變形;若存在變形，可在磁鎖板面上加焊小面積的橫條板，以加大其受力強度。

6、對1#發電機出口隔離開關11G進行改造，解決操作力過大的問題。

7、每年進行一次隔離開關檢修。檢修項目為：(1)清除導電部分及支柱絕緣子表面塵埃，檢查刀閘接觸部分是否過熱及清除氧化痕跡;(2)用酒精清洗刀口接觸面，清洗干凈后涂導電膏;(3)檢查手動機構及轉動摩擦部分有無發卡，補涂工業用凡士林，檢查各銷孔連接緊固螺絲是否松動;(4)如遇嚴重短路故障，應在故障后立即進行檢修。隔離開關、電氣接頭的例行檢查納入檢修規程，定期進行。

若取掉主變低壓側隔離刀閘，用母線硬連接，也可解決該隔離刀閘發熱的問題。但如此，電站廠用電消失，機組帶廠用電時，由于主變低壓側無斷點，又不能從低壓側對主變全電壓充電，只能采取遞升加壓的方式。在緊急情況下，將影響廠用電的恢復速度，這對電站設備安全有一定威脅。

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