关键词：高压隔离开关；热故障；机械故障；措施
一、高压隔离开关构成、作用和分类
（1）隔离开关又称隔离刀闸，在高压设备序列里属于通断类设备，是电力系统的重要设备之一，它的好坏直接影响系统供电的可靠性和安全性。高压隔离开关主要由底座、导电部分、和绝缘部分组成。导电部分包括动触头和静触头，两者均采用铜导体制成，一般额定电流为3000A及以下的隔离开关采用矩形截面铜导体，额定电流为3000A以上则采用槽形截面铜导体。动触头由操作绝缘子带动而转动，由两片平行刀片组成，电流同向流过两刀片产生相互吸引的静电力，使接触压力增加。静触头由一条弯成直角的铜板构成，固定在支持绝缘子上。绝缘部分分対地绝缘和断口绝缘，对地绝缘通常由支持绝缘子和操作绝缘子构成，断口绝缘有明显可见的间隙断口，一般以空气为绝缘介质。为保证断口处不发生闪络或击穿，通常要求断口绝缘水平较对地绝缘高10%~15%。支持绝缘子固定在角钢底座上，承担导电部分的对地绝缘。操作绝缘子与动触头及轴上对应的拐臂铰接，操动机构则与轴端拐臂连接，各拐臂均与轴硬性连接因而传动功能为当操动机构动作时，带动转轴转动。
（2）就隔离开关的使用场景和绝缘性能而言，分为屋内式、户外式和单柱式、双柱式及三柱式，其中户外式隔离开关的工作条件比较复杂，一般均制成单极式，其绝缘应能保证承受冰、雨、风、严寒和酷热等气象变化，在触头上结冰时能进行操作，因而应有较高的机械强度，并且支持绝缘子不损坏。隔离开关的基本作用就是在保证线路无电流及不短路的情况下，将电气设备和高压电源隔开或接通，也可以用来进行某些切换操作，改变系统的运行方式。
二、高压隔离开关热故障分析及处理
2.1 原因分析
随着供电量日益增加，高压隔离开关热故障频率也逐渐增加，主要表现为动静触头过热和烧损。高压隔离开关动静触头过热及烧损原因包括隔离开关结构设计不合理、环境温度高、触指弹簧性能不良、触指定位端子与触指座接触不良、固定座与导电杆连接不良、触头等部件接触不良等。
具体分析如下：（1）结构设计不合理主要表现在圆柱形铜杆体的动触头采用接触面积较小的线接触结构，已发生过热故障。（2）对于室内开关柜内的设备，因开关室空间狭小，通风条件差，散热不良，在炎热天气高负荷运转也易出现过热故障。（3）触指弹簧性能不良即触指与触头间接触压力降低，致使弹簧变形、行程传动不到位，最终导致发生过热故障。性能指标不良一般是因为系统在运行中长期处于合闸状态，触指弹簧则长期处于拉伸状态而产生机械性疲劳，使得触头间压力减小、接触电阻增大，而温度升高又使弹簧弹性减弱，如此恶性循环导致弹簧失去弹性，触头烧损。（4）触指定位端子与触指座接触不良也是触指弹簧压力减弱所致，触指弹簧压力减弱引起触指变位而导致烧损触指。（5）导电杆与固定座用2个螺母紧固在一起，接触面包括两部分，分别是插入固定座导电管的两个紧固螺栓和插入固定座导电管深度的圆周面。由于制造间隙大，形成导电回路接触面积小，固定座与导电杆接触不良而产生过热。（6）触头等部件长期暴露于大气中，极易受到水蒸气、腐蚀性尘埃、油和化学气体的侵蚀，因而在连接件、螺栓、垫片、弹簧和销钉的接触面上产生锈蚀形成氧化膜，造成电阻增加、接触不良而过热。
2.2 处理措施
结合动静触头过热及烧损的原因分析可采取如下措施：(1)拆卸圆柱形铜杆体，人为修磨接触面，增大接触面积。（2）定期检查，及时更换烧损的弹簧和触头元件，并注意清除触头表面氧化层，涂抹导电膏和凡士林，及重新调整动静触头的间隙，控制适宜的压紧程度。（3）易腐蚀组件如连接件、螺栓、销钉和垫片等采用不锈钢元件，防止锈蚀。（4）在镀锌弹簧上表面喷涂绝缘树脂（环氧树脂），增加绝缘性能，以实现分流和防止锈蚀的目的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（5）对于密封性较差而容易产生锈蚀和积尘的隔离开关传动机构箱，采用不锈钢板件进行封堵，考虑到普通黄油容易流失和固化，更换设备出厂使用的普通黄油润，改用二硫化钼锂基脂，以此来预防和解决传动系统锈蚀造成操作不灵活的问题。（6）减小固定座与导电杆间的制造间隙。
三、高压隔离开关机械故障分析及处理
3.1 故障原因
据统计，高压隔离开关全部故障中机械故障约占70%，做好机械故障的分析和预防具有十分重要的意义。支柱瓷绝缘子断裂、锈蚀和操作失灵等时机械故障的几种典型。支柱瓷绝缘子断裂是高压隔离开关在运行或操作时危害性最大的故障，其原因可归纳如下：（1）绝缘子设计选型不当和自身质量不合格。结合实际断裂案例分析可知，绝缘子断面多有裂纹、杂质、无沥青缓冲层、黄芯、胶装质量差和法兰锈蚀严重等缺陷。由于绝缘子生产过程控制不当或法兰胶装工艺不合理，法兰接口和瓷件内部存在固有缺陷，这导致其机械强度严重降低；选型不当表现在机械强度裕度不够而发生断裂。（2）隔离开关传动机构设计不当合理。绝缘子在扭矩或弯矩作用下，伞根瓷柱处产生应力集中，加上隔离开关转动或传动机构设计不合理、检修维护及安装调试操作不规范和机械部件锈蚀卡涩等造成传动障碍、力矩大，容易导致支柱瓷绝缘子发生断裂。（3）支柱瓷绝缘子老化。由于强电磁环境和长期机械载荷等综合作用，绝缘子易发生疲劳和老化，尤其是高压直流作用下的泄露电流会使绝缘子外绝缘表面及其金属部件发生电化学腐蚀，最终导致其机械强度下降发生断裂。
3.2 故障诊断技术
支柱瓷绝缘子断裂事故后果严重，因此对其进行诊断和预防显得十分重要，诊断技术包括超声波探伤技术、振动声学法检测、红外热像检测和应力应变检测等，下面详细介绍超声波探伤技术。超声波探伤是通过在支柱瓷绝缘子法兰处发射超声波，根据瓷件内部反射回来的信号判断内部或表面的裂纹等缺陷，是目前绝缘子探伤方法中应用最普遍的一种，已形成行业标准。超声波探伤检测区域主要为法兰根部周围瓷柱区域，包括小角度纵波检测法和爬坡检测法两种，其中小角度纵波法对于瓷柱内部缺陷具有很好的灵敏度，而爬坡检测检出瓷柱表面裂纹更有效。就实际应用而言，通常联用小角度纵波法和爬坡检测法，以确保检测结果的可靠性。超声波探伤也存在如下不足：检测有效性与支柱瓷绝缘子曲率的耦合度有关，且受操作人员经验影响，存在误判的可能；属于局部损伤检测方法，检测区域仅限于支柱瓷绝缘子根部3cm左右的范围；必须在断电情况下进行检测，且需要登高作业，工作量大。
3.3 处理措施
在分析了支柱瓷绝缘子机械故障的原因后，结合诊断技术，可采取如下措施：（1）在绝缘子入网前采用超声波检测器内部或表面是否存在裂纹缺陷。（2）隔离开关安装调试后采用驱动电机电流测量系统检测开关系统是否存在传动机构卡涩，以及运用电阻应变测量技术检测绝缘子是否存在异常受力，以此综合评估绝缘子机械强度，防止高压隔离开关在投运前存在操作力矩大、支柱瓷绝缘子异常受力和机构传动不畅等先天缺陷。（3）高压隔离开关运行中采用红外热像法检测导电回路和支柱瓷绝缘子是否存在局部过热，根据发现问题的严重程度对照设备缺陷管理流程采取对应消除措施。
四、总结
高压隔离开关作为电力系统中一种应用广泛的高压开关，其可靠性关系着电力系统整体的安全和稳定运行，因而在整个工业经济的发展中发挥着重要的作用，所以对高压隔离开关的常见故障进行分析和处理不仅能有效提高电力系统运行的可靠性而且能避免重大经济损失，具有重要意义。文中针对高压隔离开关发热和机械两方面的典型故障进行了多角度原因分析，如高压隔离开关相关组件入网前质量评估、结构设计和运行维护等，并介绍了预判诊断技术及提出了相应处理措施，其中故障诊断技术目前仍处于研究阶段，需要基于大量的实测数据才能实现更广泛的应用。
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论文作者:赵龙辉
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 18期
论文发表时间:2020/1/16
标签：绝缘子论文; 高压论文; 故障论文; 触头论文; 机械论文; 支柱论文; 锈蚀论文; 《当代电力文化》2019年 18期论文;