35 kV户外隔离刀闸故障分析处理及注意事项

林静

（济钢集团有限公司检修工程公司，山东济南250101）

35 kV户外隔离刀闸故障分析处理及注意事项

林静

（济钢集团有限公司检修工程公司，山东济南250101）

通过对35 kV户外隔离刀闸所出现的发热熔断现象进行故障分析、处理，从中总结故障原因，对刀闸的选用及运行维护提出要求，以保障其安全运行。

隔离刀闸；发热；接触电阻；压接点

1 故障经过

2013年11月16日5时23分，济钢第七降压站Y3211柜A相速断保护跳闸，经检查确认，故障点为无功补偿装置TCR支路35 kV隔离开关A相短路烧损，调取查看故障现场视频录像，故障点处弧光短路现象明显，故障最终导致相间短路，系统压降影响高炉、转炉、轧钢等多条主要生产线。故障后，经现场检查及后台数据确认，排除小动物、杂物等外部因素影响，故障基本确定为触头过热所引起刀闸熔断。

2 故障验证

排除人为或外界因素后，初步推断故障主要由于隔离刀闸设计、质量原因所致，为进一步明确故障原因，对第六、七降压站SVC户外系统所有同类型刀闸进行全面检查测试。测试内容主要包括：直流电阻测试、大电流温升测试以及分合闸同期性测试（目测）。经过综合分析达到验证刀闸整体技术状态的目的。

通过对刀闸各项试验参数来看，其直流电阻试验值超标极为明显和异常，无论刀闸整体回路电阻还是刀口接触电阻均远远超出设备厂家给出的技术标准参考值（整体回路电阻不大于100 μΩ，刀口接触电阻不大于60 μΩ）。在温升测试中，部分刀闸在其额定电流1250 A，如六降压Ⅲ段TCR支路B相刀闸，在不足5 min的运行状态下刀口（触头与触指连接处）温度已升至180℃。在同期性测试中，亦发现多组刀闸存在同期性差甚至刀口无法咬合等严重问题。通过对刀闸各部件拆解分析综合各项试验数据，发现与七降压故障刀闸同类型的多组刀闸均存在大量设计、材质以及安装调试问题。

3 刀闸状态分析

该故障刀闸为GW4-40.5W型户外隔离刀闸，其导电部分主要包括触头、触指（触片）、触指座和导电管，参考结构见图1。

（1）设计结构不合理

图1 GW4-40.5W型户外隔离刀闸结构图

从图1中可以看到，触指由左右两侧6个铜片组成，每个铜片仅有一个压缩弹簧，且弹簧尾端以销子固定。经现场拆解分析，首先，每对左右触指通过1根螺栓连接的方式是存在缺陷的。当触指压力不足引起左右两侧接触电阻不等时，会有部分电流从螺栓处分流。触头接触通过电流时，其实际上形成一个电桥电路，当刀口两侧触指接触电阻不等时，螺栓处就会有电流流过，由于不锈钢材质螺栓的导电性很差，螺栓与触指座仅通过弹簧连接，接触电阻很大，因此即使电流很小，螺栓发热也会相当严重，长时间高温运行下容易造成螺栓烧熔断裂，导致触指脱落。其次，单一压缩弹簧且弹簧簧丝过细。在刀闸多次分合后，有可能造成弹簧压力不均，从而导致触指铜片发生位移，影响刀闸同期度的同时，造成个别触指压力降低。第三，弹簧以销子固定，无法人为调节弹簧压力，给检修调试带来严重影响。因此，经实际操作验证，此种设计结构，在设备多次操作中，极易出现触指单边接触的情况，接触面积减小，势必造成刀闸触头发热。

（2）刀闸材质问题

通过对济钢供电系统中同类型隔离刀闸运行状况的统计分析，发现仅有同一批次的六、七降压无功补偿系统隔离刀闸存在触头发热现象，对比不同点主要在于该批次隔离刀闸用料及材质。刀闸导电杆、出线座等绝大部分采用铝质构成，其中仅有触指和触头为铜质部件。首先，金属铝的电导性远低于铜质部件，随着温度升高，铝质自身导体电阻增大，电阻增大又导致导体产生热量从而形成恶性循环，造成发热点迅速恶化，最终导致设备温度在短时间内急剧上升；其次，相对于铜的熔点（1083℃）铝的熔点（660℃）要低得多，因此一旦发生设备过热且温度上升至接近熔点时，由于其热稳定性不足，导电杆等铝质部件将会发生严重变形甚至熔化，从而导致刀闸接触点的位移甚至分断形成拉弧，电弧所产生的巨大热量将导致剩余铝质部件的完全熔化直至短路跳闸，根据对济钢七降压故障现场及监控画面的分析，可以基本判定铝质部件受热变形、拉弧、熔化是造成本次故障的关键原因。值得一提的是，在故障发生后经过对该隔离刀闸铜铝部件受热熔化后残余物质的分析，我们对于该刀闸铜铝材质的纯度和质量同样持怀疑态度。

（3）安装调试问题

第一，在整个试验测试过程中，我方人员多次发现刀闸存在刀口无法咬合问题，经过对刀闸传动部分的检查，发现大部分刀闸分合闸拉杆紧固螺栓异常松动，导致在分合闸过程中，不同相刀闸受力不同由于其拉杆紧固螺帽不起作用从而使拉杆力矩改变，造成刀闸刀口错位。第二，刀闸出线座压接面粗糙，刀闸出线座及铝线板未经任何处理即进行压接，测试人员在拆卸过程中发现多个压接面中存有铝屑等杂质，严重影响压接面结合度，同时，压接面未经任何打磨处理。第三，紧固螺栓松动，部分刀闸导电杆金具螺丝、出线座软连接螺丝压接不紧，尤其出线座软连接压接处，经过我方人员紧固发现，该处螺丝无法达到压紧状态，个别螺丝已出现滑丝现象。

4 故障处理

通过对故障类型刀闸的试验及结构分析，证明刀闸熔断故障由设备质量以及安装调试不力所致。由于相关单位拒绝更换刀闸的要求，只能由对方派技术人员对现有刀闸进行重新调试检查。

为了避免再次出现螺丝压接等调试问题，我方对调试中各关键点提出硬性要求（如压接面打磨、涂抹工业凡士林等）。同时对所有刀闸压接螺栓进行检查紧固，更换锈蚀部件。经过近一个月的调试紧固检查，于12月24、25日对六、七降压刀闸进行抽检测试。从试验结果来看，对比11月中旬测试数据，刀闸直流电阻及大电流温升情况均得到明显改善，但其中仍然存在个别刀闸直流电阻偏大或温升较热的现象。通过本次测试，刀闸系统中又暴露出部分问题，需要我们在未来六、七降压SVC系统运行点检以及停电检修中重点对待。

5 事故总结

此次事故的发生，引起了我们对刀闸的选用及运行维护的重视。

（1）刀闸的设计、材质及安装。选择刀闸时一定要注重其设计合理性，如触指弹簧的拉紧度、弹簧质量等。同时，考虑到铜铝过渡发热问题以及铝质较差的热稳定性，建议选用全铜材质的刀闸。其次，安装时注意螺丝的松紧度，紧力不够会造成接触不良，过紧则会使接线板两端翘起变形，这两种情况均会引起发热问题。安装后进行多次分合闸调试，观察刀闸的三相是否同期及每相刀闸合闸是否到位。

（2）刀闸运行的监护和点检。刀闸一次故障最初现象均为发热，因此，及时有效的运行监护和日常点检，是保障刀闸设备运行的关键。运行过程中，及时关注刀闸状态，如各部件氧化情况，尤其各压接点螺栓是否发生锈蚀等。同时，在点检过程中必须准确有效掌握刀闸各部位运行温度，及时发现过热点。通过大量的温升试验，现已发现几处较易出现过热的部位，建议点检人员予以侧重：①刀口处，即铜块与铜触指接触部位；②铜铝过渡处，如触头（公）铜铝压接螺丝；③导电杆与出线座压接处。

（3）刀闸的检修。一直以来，隔离刀闸作为供电系统中较为可靠稳定的电气设备，其检修问题未给予过多重视，但通过此次发热故障，使得我们必须重视其检修过程和质量。检修中除了需要对刀闸拉杆、联锁等装置的调整外，建议重点检查导电回路触指弹簧的弹性和锈蚀情况，及时更换失去弹性或锈蚀严重的触指弹簧；另应重点检查触指在分、合状态下有无变形、过热及变色等异常现象，并清扫接触面；在各压接点处严格按照标准涂抹工业凡士林（经过实际测试验证，相比导电脂工业凡士林具备纯净、结合度好、导电性强等诸多优点）。针对可能存在的发热点附近粘贴测温蜡片等。

Analysis and Treatment of Malfunctions of the 35 kV Outdoor Disconnector and Precautions

LIN Jing
(The Maintenance Engineering Co.of Jinnan Iron and Steel Group,Jinan,Shandong 250101,China)

The troubles of heating and fusing in the 35 kV outdoor disconnector were analyzed and treated and causes of the problems were summed up.Requirements for selection, operation and maintenance of the disconnectors were put forward,to ensure safe operation of the device.

disconnector;heating;contact resistance;pressure welded point

TM531.4

B

1006-6764(2014)05-0007-02

2014－01－15

林静（1986-），女，2009年毕业于潍坊学院自动化专业，助理工程师，现主要从事高压输变电系统运行与管理工作。