提高户外隔离开关运行稳定性分析

2019-12-06

后勤科技装备 2019年1期

（国网郑州供电公司河南省郑州市 450006）

1. 引言

户外隔离开关是变电设备中用使量最多的高压电气设备，它运行的可靠性对电网的安全有着至关重要的影响。户外隔离开关的运行条件一般较为恶劣，受周围环境和气候条件影响很大，近年来，因户外隔离开关引起的电网事故有上升趋势。根据检修统计结果，户外隔离开关运行中出现的问题主要集中在导电回路过热、绝缘子断裂、操作不灵活和严重锈蚀等4个方面。其中，除导电回路过热外，其余均属机械方面的故障，本文就针对机械故障进行分析，并提出应对措施。

2. 瓷绝缘子断裂及原因分析

户外隔离开关运行中或操作时发生的瓷绝缘子断裂故障，是危害性最大的一种故障，它往往会造成母线短路而引发母线停电，甚至会损坏相邻的电器设备或伤及操作人员。造成瓷绝缘子断裂的原因，除了选用不当、安装不良之外，主要是绝缘子的烧制及胶装质量不良，以及质量的分散性，使不合格品流人电力系统，给电站的安全运行带来隐患。

2.1 瓷绝缘子本身存在质量问题

瓷绝缘子存在的缺陷是造成断裂的直接原因。①制造中Fe2O3未被充分还原或还原后重新被氧化而形成的缺陷称为氧化发黄。这种生烧缺陷会导致瓷质结构松驰，瓷件机械和电气性能指标下降，随着时间的推移，由于环境的影响，使缺陷日趋扩大，从而加速产品的老化，缩短使用寿命；②胶装时水泥不实，有间隙、空洞缺陷时，会造成应力分布不匀，操作后松动进水，冬天结冰膨胀后产生应力而损坏绝缘子；③胶装偏心造成间隙不均。间隙过小难以保证将胶合剂填满所有空隙，胶装强度低，间隙过大，胶合剂填充数量多，胶合剂本身强度比瓷体低得多，且收缩值大而使强度降低；④胶合部位瓷件缺砂、堆砂，或早期产品采用压花工艺，都会影响机械强度。⑤绝缘子的直线度、同轴度和平行度偏差过大，造成绝缘子安装后长期受到一个额外弯距的作用。

2.2 安装、检修施工工艺较低

安装、检修时调整的质量会影响户外隔离开关的操作可靠性，也是影响绝缘子安全使用的重要因素。如安装后传动机构运动卡滞，操作力矩大，绝缘子受到额外的作用力增大；运行中安装基础移位、变形、长期失修强行操作等，均有可能引起绝缘子断裂。有的户外隔离开关由于其接地静触头固定在绝缘子顶端，如

果接地开关调整不当或其刀杆过长，合闸时绝缘子顶端受到额外推力后，就会造成上节绝缘子法兰处断裂。

3. 如何避免瓷绝缘子断裂问题

3.1 选用高质量的瓷绝缘子

瓷绝缘子是户外隔离开关耐受电压和承受机械力作用的主要元件，必须重视瓷绝缘子的选用。电瓷制造厂控制着瓷绝缘子质量，绝缘子出厂时按批抽样的试验方法，无法避免有一定数量质量较差的产品流向用户。唯一的办法就是提高工艺水平，降低产品质量分散性。作为用户则要结合电压等级和污秽等级，根据产品的具体工作条件，计算出户外隔离开关接线端所需承受的机械负荷，然后根据国家标准推荐的“额定端子静态机械负荷”中选取合理的数值，作为产品订货技术条件向制造厂提出。选用设备条件和制造工艺及质量控制好的厂家产品，并严格做好进站验收和试验。

3.2 采用硅橡胶复合绝缘子

硅橡胶复合绝缘子是近年来新兴起的一种新型产品，一般硅橡胶复合绝缘套管内有一个坚固的环氧树脂玻璃纤维衬筒，能承受较大的机械负载（如内外压力、弯曲负荷等）。目前对110 kV及以下的户外隔离开关，可以采用硅橡胶复合绝缘子代替瓷绝缘子。

3.3 安装、检修时提高调整质量

安装、检修后，要全面对户外隔离开关进行调整，保证其操作灵活，动作顺畅，无卡涩现象，避免绝缘子受到不应有的额外作用力。在运行中，加强对绝缘子的巡视检查，看其表面是否有破损，法兰胶装处是否有开裂松动现象，以便及时发现断裂的隐患。

4. 操作故障及原因分析

户外隔离开关由于受外界条件的影响，极其容易锈蚀，导致操作不灵活、操作力矩增大等，出现分不开、合不上或分合不到位等操作障碍，严重时操作部件折断或绝缘子受到附加应力而断裂，严重威胁电网的运行安全，甚至造成重大停电事故。电力系统的统计数字表明，户外隔离开关的操作故障约占其总故障的一半。

4.1 传动部件锈蚀

户外隔离开关的机械传动元件，一般采用镀锌钢制销轴配黄铜轴套的运动副。现场调查发现，受潮后黄铜轴套发生严重的脱锌腐蚀，氧化锌粉末将滑动配合的间隙堵严，增加了运动阻力甚至根本无法运动。转动绝缘子基座大多采用滚珠轴承，而滚珠轴承在无油状态下没有防锈能力。由于部分设备没有密封措施，往往轴承又涂油不足，渗进雨水或吸人潮气便会生锈，润滑脂也容易流失或固化，导致轴承被锈死卡滞而无法转动。

4.2 部件材料选用不当、加工工艺粗糙

户外隔离开关的传动部件，如传动连杆、水平连杆、垂直连杆等，一般采用水煤气管制成，强度或刚度不足，容易发生变形扭曲或破裂，造成分合闸行程变化，使得分合闸不到位。一些部件加工粗糙、精度低、光洁度差、公差大，不能保证传动元件之间的精确配合，导致操作不灵活，机械特性不稳定，传动不可靠。

4.3 二次控制回路不可靠

对于电动操作型户外隔离开关，操动机构中的电气控制元件，如接触器、小型断路器、行程开关、辅助开关、转换开关、按钮开关、接线端子等，其中的任何一种元件质量不好，接触不可靠，均会影响户外隔离开关的正常操作和信号传输，进而引发其它故障，操动机构的电气元件接触不良引发的故障偶发性强，无规律性，给运行维护带来困难。辅助开关切换不到位或接点不可靠的情况发生较多。

4.4 安装、检修工艺较低

安装、检修工艺低，导致传动机构运动出现不顺畅、卡磕现象，使操作力矩变大，传动系统没有达到最佳状态，甚至存在某些缺陷，致使设备病态运行。随着运行时间延长，情况随之恶化而演变成为故障。

5. 如何解决操作故障问题

5.1 改进传动部件

户外隔离开关传动系统中的销轴与轴套，不宜采用镀锌钢销轴配黄铜轴承，推荐采用：①不锈钢销轴配不锈钢轴套或不锈钢球形轴节；②不锈钢销轴或渗锌钢销轴配无油复合润滑轴套或塑料自滑润轴套。这样，运行中不需要定期润滑，即可保持活动关节长期灵活和操作平稳可靠。③加强对转动绝缘子滚珠轴承的密封，只有把滚珠轴承密封后，才能防止因渗进雨水和潮气而生锈，避免润滑脂流失和固化。④滚珠轴承处必须注满润滑脂，润滑脂要选用滴点高、耐寒、耐热、机械稳定性良好的产品，如二硫化钼锂基脂或高级润滑脂，不可用钙基润滑脂（黄干油）。

5.2 合理选材、提高加工质量

户外隔离开关传动系统中转动、传动部件要结合运行实际情况，如大气环境、运行电压等级以及是否需要频繁操作等，综合考虑对传动系统的选材。要做到材料选取合理，经济耐用，同时也要提高所有活动部位的加工工艺，保证所有活动部位顺畅自如。

5.3 二次回路选用优质、新型电气元件

电气元件应选用优质产品，特别是目前国内辅助开关生产厂家很多，其中不乏假冒伪劣产品，大修时应选用原厂正宗产品。对于经常发生的辅助开关切换不到位或接点不可靠的问题，可采用新型辅助开关，如有的电动机构采用F6型辅助开关，由于这种辅助开关具有一系列优点：带有快发分装置，确保开关性能；绝缘片用阻燃V0级增强聚碳酸脂材料塑而成，通明、不吸潮、耐高温、抗老化；其动、静触头采用圆周滑动压接式，触头渡银接触可靠，目前辅助开关已生产出F7、F8、F9系列。我局陆续对峡窝变、卫星变、樊砦变、上街变进行了辅助开关改造，新型的F6系列开关运行稳定性得到提高。

5.4 提高安装、检修工艺

折迭式户外隔离开关和接地开关的平衡弹簧要调整合适，使其发挥作用，以免操作力矩过大。单柱剪刀式户外隔离开关在合闸位置时主拐臂连杆必须到达死点位置，以防止开关不能自锁，出现自动慢分造成带负荷分闸事故。导电管或其它管类部件，要将其可以渗水的孔隙封住或者设置排水孔，以免进水、积水，造成管内零部件锈蚀或冬天结冰妨碍动作。

6. 锈蚀及原因分析

由于隔离开关长期暴露在大气中，锈蚀现象是普遍存在和难以避免的问题，锈蚀严重影响产品外观，降低传动部件的机械强度，影响产品的导电性能。实际上，导电回路过热、绝缘子断裂和操作故障都与锈蚀有直接或间接的关系。因此，锈蚀已成为户外隔离开关安全运行的最大隐患。锈蚀的根本原因是产品的材料、结构设计和制造工艺特别是表面防腐涂覆等，不能适应恶劣多变的环境和气候条件。

6.1 金属材料材质和表面处理的影响

户外隔离开关应用的主要金属材料是钢铁、铜和铝及其合金，它们的抗蚀能力不同。实践证明：锌层在污染的工业大气中，其腐蚀达6-15μm/年。钢铁部件仅靠15μm左右厚的电镀锌层，根本不能长时间抵御大气腐蚀。铝合金暴露在大气中表面会逐渐由光亮变暗、灰白、变黑，出现浅坑而粗糙不平。对高压开关常用的铝一铜系高强度铝合金LY12，它们可能出现晶间腐蚀或者层状腐蚀，尤其在腐蚀性的工业大气和海洋大气中非常明显。铜在大气中易氧化成氧化铜，在潮湿大气中生成铜绿（碱式碳酸铜），在工业大气中生成黑色硫化铜或绿色氧化铜。黄铜在潮湿大气中会发生严重的脱锌腐蚀，含铜量越高，脱锌腐蚀越严重。以往惯用的黄铜轴套，就因为脱锌腐蚀产生的粉末将活动间隙堵严而使销轴无法转动。黄铜零件如处在拉应力作用下，在大气中还易发生腐蚀性破裂。

6.2 零部件结构形状及加工工艺的影响

零部件结构及表面状况是影响锈蚀的一个因素。滚珠轴承由于密封不良，雨水、潮气浸人轴承内引起腐蚀；导电管和传动管内因进水和凝露而生锈。此外，零部件上面的缝隙、死角、沟坑、表面粗糙不平以及零部件相互的连接处，都是容易引起锈蚀的部位。加工过程中引起的应力及应变不均匀性，会使金属加速腐蚀。焊缝附近往往是最先锈蚀的部位。

6.3 两种不同金属接触的影响

在户外隔离开关中，两种不同金属互相接触的情况很多，如铜一铝接触，钢质镀锌紧固件与铜或铝导电件的接触等。众所周知，在腐蚀介质中，当两种不同金属（包括金属镀层）接触时，由于两种金属的电极电位差而形成原电池的作用，接触腐蚀比一般大气腐蚀更严重。

7. 提高防腐性能的措施

我国幅员辽阔，各地气候条件不同，其中不乏高温、多雨、潮湿、盐雾或工业污染地区。户外隔离开关表面防腐处理，必须适应各种环境条件的影响，这给产品制造增加了难度。随着我国工业化进程的加快，工业大气污染程度加重，环境恶化加剧，而产品又要求免维护，这就为户外隔离开关的防腐提出了更高的要求。根据多年的实践经验，运行部门的建议以及借鉴国外产品的防护技术，提出的户外隔离开关防护措施要求如下。