GW16型隔离开关触头打火故障分析及处理

孙涛

摘 要：托电公司220KV升压站GW16型隔离开关因动触头夹紧力不足，发生运行中打火现象。通过对隔离开关加紧运动机构中关键部件——滚轮的尺寸进行微小改动，在不影响相关部件配合精度的同时，动触头夹紧力有效增加。使用该方法不仅可以保证夹紧力持续可靠，使触头接触良好，长期载流运行不致过热烧损，而且使用该方法具有直观的成本费用优势。

关键词：GW16；隔离开关；动触头；夹紧力；滚轮

中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0087-02

隔离开关属于高压载流主设备，就拿220kV电压等级来说，其额定电流三千多千安培，隔离开关触头如果因夹紧力不足导致接触不良从而发生过热，轻则灼伤动静触头，重则烧熔断线，对设备安全甚至电网稳定造成极大威胁。触头过热的原因，在不考虑电网因素的情况下多为触头接触不良，而导致接触不良的主要原因是动触头的夹紧力不足，因此有效可靠保持动触头夹紧力便是本文所要讨论的重点。

1 背景

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司对外供电通过6条线路，其中220kV两条，500kV四条，另外还通过3条35kV出线，对自备水厂进行供电，为可靠对电网供电以及联络各厂用电电压等级，托电公司建有3个升压站，一个500kV升压站，两个220kV升压站。三个升压站内所使用的隔离开关大部分均使用GW16型，每组隔离开关分三相按3台计算的话，共有两百多台。如此众多的隔离开关，发生缺陷的概率较高，尤其是运行中触头过热这种常见缺陷。

今年仅只呼热220kV升压站已发生两次隔离开关触头过热事件：

（1）2022隔离开关C相运行中触头打火花已灼伤触指及静触头引弧杆；（2）2522隔离开关C相运行中触头打火花。

这已足够引起我们对隔离开关触头夹紧力的高度重视，所以利用升压站母线停电的机会，检修部变配电班决定对2022隔离开关C相进行检修，并且在该次检修中首次运用了基于滚轮尺寸的改进方法。

2 原因分析

2.1 隔离开关的夹紧运动

隔离开关由分闸位置向合闸运动的过程中，在接近合闸位置（上、下导电管快要伸直）时，上导电管中顶杆端部的滚轮开始与齿轮箱上的斜面接触，并沿斜面继续运动，与滚轮轴向垂直相连的顶杆便克服复位弹簧（分闸时张开触指）的反作用力向上推移，同时动触头座内的对称式滑块增力机构（剪刀式力学原理）把顶杆的推移运动转换成触指的相对钳夹运动。当静触杆被夹住后，滚轮继续沿斜面上移3-5mm行程（夹紧弹簧的二次压缩），滑入斜面顶部的弧形限位槽，此时完全合闸，上导电管及其内部顶杆完全伸直，滚轮及弧形限位槽承受顶杆和克服弹簧的垂直应力，实现触指的夹紧并保证持久的夹紧力。

关于夹紧弹簧，应无锈蚀和严重变形，其自由长度为340mm。夹紧弹簧存在预装压力，夹紧弹簧的预装压力由柔性连接的顶杆实现，顶杆安装夹紧弹簧的位置并不是实心的，而是两段式槽型可伸缩连接，通过限位销钉来预装夹紧弹簧的压力。出厂设计及装配满足夹紧力的要求，现场检查调整夹紧力主要依靠定位螺栓来判断，标准尺寸如图2：滚轮中心距上导电管插接上限259mm，由图3中连接叉上的顶丝固定上导电管插入的深度实现。测量夹紧力可以用弹簧秤拉，单个触指夹紧力220kV应不低于200N，500kV应不低于240N。根据经验还已抓住上导电管沿静触头导电杆轴向晃动，看是否存在滑动或窜动。

2.2 过热现象分析及原因确认

现场检查发现，呼热220kV升压站2022隔离开关C相运行中打火花并灼伤动触头及静触头引弧杆，合闸状态下观察动静触头接触存在缝隙，且弹簧秤测量单个触指夹紧力均不足200N判定该隔离开关触头夹紧力不足，且上导电管的限位孔已然锉大，使顶丝位移，导致夹紧弹簧预装压力不足。根据设计图纸分析，隔离开关在夹紧运动中，夹紧弹簧的压缩量行程仅为3-5mm，所以顶丝限位略有偏差，即可能导致夹紧力不足。

3 处理方案

根据GW16型隔离开关加紧运动的原理，我们知道：当静触杆被夹住后，滚轮继续沿斜面上移3-5mm行程（夾紧弹簧的二次压缩），滑入斜面顶部的弧形限位槽，此时完全合闸，上导电管及其内部顶杆完全伸直，滚轮及弧形限位槽承受顶杆和克服弹簧的垂直应力，实现触指的夹紧并保证持久的夹紧力。

具体方案是：滚轮半径增加1.5mm，原滚轮直径为30mm，现直径33mm，理论上滚轮直径增大与齿轮箱斜面顶部限位槽弧面配合精度存在偏差，但实际使用偏差比率可忽略不计。利用厂内的机加工车床，用小块不锈钢材料车削打孔等简单操作，便可快速、精确的加工出新的滚轮，更换时只需拔插两个固定轮轴的卡子，如此避免重新更换一整套上导电管的劳民伤财，更可避免牺牲可靠性勉强矫正带来的隐患。从经济性方面，不仅节约了昂贵的隔离开关上导电管备件及人工等技术支持费用，而且对于网调显示停电工期紧迫的情况下大大节省了工时成本；可靠性方面，对于隔离开关上导电管内部顶杆底端滚轮尺寸所做的改动相比原装滚轮尺寸所产生的偏差比率，在实际与下导电管齿轮箱斜面全行程配合精度上完全可以忽略不计，从结构应力方面根本上确保夹紧力保持可靠。

4 实施

4.1 步骤一

在托电公司机加工中心进行进行滚轮车削加工，新滚轮尺寸与原滚轮在内径和轴向宽度不变的情况下，外径增加3mm。

4.2 步骤二

作业前的安全措施。

（1）停电。将呼热220kV升压站II母线停电，并断开呼热升压站呼热2号机主变进行开关202断路器及其I母线侧隔离开关2021和II母线侧隔离开关2022，同时在各开关操作把手上悬挂“禁止合闸，有人工作”标示牌。（2）做好作业过程中防止工作人员高处坠落的安全防护措施，尤其是高空斗臂车的使用安全措施。

4.3 步骤三

准备好厂用变电工器具如扳手、钳子、改锥、砂纸、润滑油脂、凡士林、绳子等。

4.4 步骤四

在隔离开关分闸位，上导电管顶杆下端部，取下滚轮轴销更换新滚轮。

4.5 步骤五

隔离开关分合闸试验，用弹簧秤测量夹紧力——单一触指拉力不小于200N，并进行合闸后回路接触电阻试验，确保夹紧力合格。另外还要进行多次电动及手动分合闸试验，确保夹紧力不致过大而使分不开合不上或者分合不到位。

4.6 步骤六

隔离开关带载投入运行。

5 效果检查

5.1 质量控制检查

呼热220kV升压站2022隔离开关带载投入运行后，每周定期对触头进行红外成像测温检查，并做下记录，该项定期工作持续进行5个月。结果一如预期，触头过热现象消失，2022隔离开关C相载流运行温度相较另外A、B两相及站内其他运行中的隔离开关基本一致。

5.2 总体目标检查

使用改进方法后，处理同类隔离开关动触头因夹紧力不足导致的触头过热缺陷，将节省客观的设备成套备件费用、技术支持及人力工时等成本。

6 巩固措施

（1）加強定期红外成像测温，及时发现隔离开关过热现象，尽早通过倒闸操作改变运行方式，隔离设备后及时检查消缺。（2）把握已修间隔停电机会，不时检查已更换滚轮的隔离开关触头夹紧力，跟踪观察更换后的滚轮及其配合斜面、限位槽的磨损形变情况，确保尺寸偏差影响无虞。（3）利用母线停电检修，认真检查测量该母线下的所有隔离开关动触头夹紧力，发现夹紧力不合格的，确认非弹簧煺火等不可修复情况的应及时调节修复。

7 结语

简单加工滚轮，配合触头更换接触面打磨修复，相对于常规成套更换备件及厂家强制限位技术解决方案来说，对隔离开关动触头夹紧力的修复工作，可靠性及经济性更高。此改进方法以“价值思维”和“效益导向”为总体思路，实际工作当中将“经济性”、“可靠性”、“合理性”作为支点进行操作，以对该类型隔离开关动作原理及构造部件的全面深入理解为依据，从结构应力、材料力学、配合精度等多方面综合考虑，对于消除该类型隔离开关常见的载流触头因夹紧力不足所致接触不良而导致的过热、烧灼等隐患及缺陷，具有广泛的适普性。