单柱垂直伸缩式隔离开关在钢铁企业电网应用中常见故障分析及对策

孙 威，崔 健，赵建刚

（武钢有限公司能源环保部，湖北武汉 430080）

引言

单柱垂直伸缩式隔离开关因其结构紧凑、载流能力大、占地面积小、开断位置明显等优点，在钢铁企业电网中应用较为广泛。某钢铁企业在线单柱垂直伸缩式隔离开关以GW16 型为主，其数量统计如表1所示。

表1 在运GW16型隔离开关数量统计

该型隔离开关通常作为户外110 kV 及以上电压等级的母线侧隔离开关使用。受钢铁企业粉尘大、污染重、冲击电流大等因素影响，其在运行中多次出现分合闸不到位、刀闸连接部位发热、瓷瓶破损闪络故障，严重影响设备安全和供电可靠性。为保证钢铁企业的安全稳定供电，迫切需要对该型号隔离开关常见故障开展分析及对策研究。

1 GW16型隔离开关的外形图和工作原理

GW16 型隔离开关为单臂垂直伸缩式，配备电动操作机构。图1 为其工作原理图[1]，O 点及A 点为导电底座上的固定点，B 点为齿轮轴中心，C 点为齿轮与齿条的啮合点；D 点为导电管端点。齿轮与上导电管下端固定，下导内的齿条与齿轮相啮合。其运动过程：当导电底座上的四连杆带动下导电管转动时，下导拉杆上端的齿条牵动齿轮转动，由于齿轮与上导电管固连在一起，上导电管便随之转动，从分闸到合闸过程中，下导转动9O°，上导相对下导旋转180°。下导电管内装有平衡弹簧，隔离开关分闸时弹簧压缩贮能，合闸时弹簧能量释放，平衡导电管的重力矩，帮助合闸。该型隔离开关的结构原理如图2[1]所示。

图1 GW-16型隔离开关工作原理图

图2 GW-16型隔离开关结构原理图

2 GW16型隔离开关缺陷统计及分析

对某大型钢铁企业目前在线运行的84组GW16型隔离开关为例进行统计分析，2015 年至今，该企业内GW16 型隔离开关故障类型及数量如表2所示。

对表2 进行分析，可发现各类故障中，发生次数最多的是分、合闸不到位，其次是刀闸连接部位发热，再次是瓷瓶闪络、破损。据统计，62 起分、合闸不到位故障中，有56 起需检修部门处理，占90.3%；22 起刀闸连接部位发热故障中，有4 起需停母线配合处理，有17 起需停线路配合处理，占95%；2 起支撑瓷瓶闪络、破损故障，均需停电处理。从发生频率看，分、合闸不到位故障发生次数最多，对操作任务形成很大干扰，给检修单位带来较大压力；从后果看，刀闸连接部位发热故障往往迫使运行方不得不改变站所运行方式，给电网运行方式的安全带来不稳定因素；从潜在危害性看，支撑瓷瓶闪络故障有可能导致瓷瓶炸裂，引发母线差动保护动作，导致一段母线全停，对钢铁企业生产造成重大影响。

表2 GW16型隔离开关故障类型及数量表

3 GW16型隔离开关故障分析及对策

3.1 针对隔离开关分、合闸不到位故障的分析及对策

GW16 型隔离开关分、合闸不到位故障的主要原因有：上导电臂易进水受潮；各部轴销、连杆、拐臂、底架甚至底座轴承锈蚀；连杆、传动连接部位润滑干涸；闸刀触头架支撑件等强度不足；分、合闸定位螺钉调整不当；辅助开关及限位开关行程调整不当；连杆弯曲变形造成传动不到位等。

针对以上原因，运行方需采取以下对策：

有检修机会时，注意对隔离开关机械传动部分进行检查、维护，包括弹簧、开孔、拉杆、轴销、滚轮、上操作杆、主刀拐臂等，必要时更换。主要做法有：对弹簧表面采用喷塑处理，增强其耐锈蚀能力[2]；在导电管上开出水孔，并确保足够大，保证进入管内的雨水能及时流出；拉杆注意采用加粗型并在表面进行热镀锌处理，两端接头采用防尘的不锈钢关节轴承，轴销采用不锈钢材质[2]；将环氧树脂的滚轮更换为不锈钢滚轮，并在上操作杆处增加一层环氧树脂绝缘，延缓其老化变形；对主刀拐臂表面采用热镀锌处理；注意检查定位螺钉和辅助开关等元件，发现异常及时调整；对变形连杆，应查明原因及时消除。

此外，在操作现场，当出现隔离开关合不到位或三相不同期时，应拉开重合，反复合几次，操作时应符合要求，用力适当。如果还未完全合到位，不能达到三相完全同期，应安排停电检修。对可能有问题的隔离开关，送电前务必安排检修队伍提前就位。

3.2 针对刀闸连接部位发热故障的分析及对策

该型隔离开关刀闸连接部位发热故障的主要原因有：（1）静触杆夹具开裂。某220 kV 变电站曾因夹具开裂（见图3）导致发热点温度急剧窜升至300 ℃（见图4）、导电板与钢芯铝绞线之间接触面压接不紧、电流流经锈蚀螺栓等；（2）操作时，动静触头承受拉弧电流产生的高温，多次操作后，动静触头夹点接触面容易出现烧损（见图5），接触电阻增大，接触部位开始升温，烧损现象加剧，形成恶性循环，最终导致严重发热（见图6）。

图3 220kV静触头夹具左上角开裂图

图4 红外测温图

图5 GW16型隔离开关烧损图

图6 红外测温图

根据以上分析及运行经验，运行方需采取以下对策：

（1）发热点温度一旦高于90℃且仍处于上升趋势时，应立即停电处理。

（2）静触杆解体检修时，使用的螺栓、夹具等零部件必须符合要求，更换的导电板必须为镀银铝板，材质必须为原生铝，不得为再生铝。导电板与钢芯铝绞线之间接触面要打磨并清洗干净。螺栓要求使用热镀锌材质，严禁使用不锈钢材质，紧固力度不得过紧或过松。一根螺栓必须配置符合要求的两个平垫圈、一个弹簧垫圈和一个螺母，不得缺失；安装时螺栓头侧放置一个平垫圈，螺母侧放置一个平垫圈和一个弹簧垫圈，其中弹簧垫圈靠近螺母。

（3）动触头的氧化痕迹一旦肉眼可见且测温发现过热，应立即安排停电予以更换，新换触头镀银层完好，螺栓无松动。有条件的可以在动静触头接线板间进行单相导电回路电阻测试，回路电阻不大于135 μΩ。

（4）钢铁企业在线运行刀闸慎用导电膏类物质。某220 kV 变电站曾因导电膏使用不当造成70%隔离开关接触电阻增大发热。原因就是导电膏运行一段时间后，与粉尘混合，在接触部位形成接触电阻大的硬壳而导致发热。另外，检修人员素质参差不齐，对涂在动触头及静触杆上的量没有统一标准，也是致使发热的重要原因。如果确需使用，首先要将活动接触面用无水酒精清洗干净，在导电面上抹一层均匀的少量的导电膏，并马上用干布擦拭，使导电面上只留下微量的薄层导电膏。

3.3 针对支撑瓷瓶闪络、破损的分析及对策

钢铁企业110 kV 及220 kV 变电站大多位于烧结、高炉、炼钢等负荷中心附近。该类产线污染重、粉尘多。

这往往导致站内瓷瓶表面污秽堆积严重，遇到恶劣气象条件就容易出现外绝缘闪络现象。另外，支撑瓷瓶外部破损和断裂的问题也偶有发生。

鉴于支撑瓷瓶闪络、外部破损故障可能带来的后果十分严重，运行方应采取以下对策：

（1）钢铁企业污染程度重，按普通标准设计的支撑瓷瓶，其爬电距离在重污染区域往往不够。因此，重污染区域内变电站使用的瓷瓶爬电距离和瓷瓶高度建议比国家标准高一个等级，以提高整体绝缘水平；作为运行方要加强清扫力度，要做到逢停必扫，同时建立清扫标准，清洁工作完成后按标准检查，不合格要求返工并按标准考核；在瓷瓶表面喷涂防污闪涂料，施工前注意用干布将瓷瓶表面擦拭干净，在干燥晴朗天气下进行喷、涂施工，施工过程中注意保持瓷瓶表面清洁、干燥，涂层厚度应在0.25 mm以上，避免漏涂。

（2）为防止瓷瓶断裂，建议选用国内知名厂家产品。为避免运输过程中的损伤，安装前必须安排专人逐一检查，表面光洁无裂纹及破损的方可使用。施工时安排人员旁站监督，避免施工人员野蛮安装。

4 结语

隔离开关在电力系统中起到隔离和保护的作用，是电网的重要组成部分。为了其在运行中更加安全可靠，在设计和选型时就要高度重视。GW16型隔离开关的优点在于占地面积小节省、成本低，缺点为其防水性差、易锈蚀、容易出现分合闸不到位和刀闸连接部位发热的故障、可靠性差、维护成本高。因此运行方要从安装调试、检修工艺、技术改造、运行维护等多方面入手，从根本上消除该型隔离开关可能存在的隐患，确保钢铁企业安全稳定供电。