某220kV 户外式开关站隔离刀闸发热问题分析及处理

王利宁

（国能青海黄河玛尔挡水电开发有限公司，青海 果洛 814000）

0 引言

高压隔离刀闸在电力系统中是非常重要的电气元件，是保障电网持续、可靠供电的主要输电设备。尤其在发电高峰期阶段，若在运行中出现高压隔离刀闸触头接触部位过热现象，造成负荷送出受限或改变设备运行方式，影响系统运行灵活性及供电可靠性。由于隔离刀闸长期运行在过热状态下会严重损害其绝缘和使用寿命，进而影响系统安全稳定运行；若停电处理过热问题，则影响发电造成巨大经济损失，因此分析及处理隔离刀闸发热问题具有重要意义。隔离刀闸是220kV户外式开关站重要的一次电气设备组成部分。某水电站发电机与主变压器一次设备接线方式为单元接线，220kV 户外式开关站一次设备接线方式为双母线带旁路母线接线，该接线方式下的隔离刀闸数量较多，且长期处于户外较恶劣的环境中，因此发生隔离刀闸故障的概率较高。

1 发热概况

某水电站220kV GW4-220W 型隔离刀闸在进行红外测温时，发现线路隔离刀闸A、B、C 相温度分别为123℃、194℃、60℃（天气阴，环境温度为17℃，隔离刀闸所带负荷为250MW）。根据《高压交流开关设备和控制设备标准的共用技术要求》（GB/T 11022—2020）规定，隔离刀闸镀银或镀镍触头在氧化性气体中允许运行温度最大值为115℃，周围空气温度不超过40℃时温升最大值为75K。该隔离刀闸A、B 相处于过热状态，B 相过热较为严重，属于严重缺陷。报告相关领导后，立即向省调申请对该隔离刀闸进行停电处理[1]。停电后使用直流电阻测试仪对该隔离刀闸进行三相接触电阻测试，发现A、B 相接触电阻较大，均超过了规定标准值180μΩ。分解后发现条形触指弹簧、条形触指及柱形触头严重氧化，条形触指及柱形触头烧蚀严重。条形触指及柱形触头在长期分合互相摩擦作用下，导致其接触部位部分镀银层脱落[2]。一次设备主接线方式如图1 所示。

图1 某220kV 户外式开关站一次设备接线方式

2 发热原因分析

2.1 隔离刀闸发热根本原因

（1）从电流热效应公式Q=I2Rt 可知[3]，隔离刀闸在流过电流时会产生较大热量，从而使隔离刀闸温度升高。

（2）在外界环境一定的情况下，隔离刀闸发热根本原因是随着时间推移，导体自身电阻会逐渐增大，加上其通过电流一般很大，通电时间较长所导致的。

2.2 隔离刀闸发热主要原因

（1）隔离刀闸触头设计不合理。隔离刀闸在制造过程中质量参差不齐，部分零部件若外包其他厂家来做，更容易出现质量不过关的情况。如条形触指弹簧弹性不一致、弹簧质量不过关等[4]，造成条形触指与柱形触头接触压力不均，从而导致接触接触电阻增大，引起隔离刀闸触头发热。

（2）检修质量不过关。某水电站220kV GW4-220W型隔离刀闸在以往检修中从未对隔离刀闸导电杆、防护罩、条形触指弹簧、条形触指等部件进行分解处理，仅做了简单的涂抹导电膏等维护保养，涂抹导电膏或者电力复合脂的时候混入杂质以及涂抹导电膏太多等，多年运行下来，导致条形触指弹簧、垫片、螺栓、螺母等部件锈蚀严重，同时受大气污秽环境影响，导电膏已经干涸，条形触指分别与导电杆、柱形触头接触面均有较厚的金属氧化物薄膜，导致接触电阻增大，引起隔离刀闸触头发热。隔离刀闸条形触指未分解处理触头如图2～图4 所示。

图2 隔离刀闸条形触指未分解处理触头（一）

图3 隔离刀闸条形触指未分解处理触头（二）

图4 隔离刀闸条形触指未分解处理触头（三）

（3）接线板接触部位电阻增大。引线与接线板是用螺栓连接，螺栓紧固力度不均，日常运行中有运行操作隔离刀闸导致的震动、气候原因导致的热胀冷缩等原因会造成螺栓松动，同时由于本地大气环境较为恶劣，酸雨、粉尘等不断侵蚀，造成接线板接触面污秽严重，接触压力不够，甚至形成局部放电，引起接线板接触部位电阻不断增大。

（4）电弧烧伤接触面。隔离刀闸在进行分、合闸操作时，会在条形触指与柱形触头之间产生高温电弧，高温电弧会烧损两者接触面，从而导致两者表面凹凸不平，导致接触面积减小，接触电阻增大。

（5）机械磨损接触面。隔离刀闸在进行分、合闸操作时，受机械力的冲击，会造成条形触指及柱形触头镀银层脱落、变形、氧化等，导致接触电阻增大，则运行中会引起隔离刀闸发热[5]。烧伤及磨损隔离刀闸条形触指如图5所示，烧伤及磨损隔离刀闸柱形触头如图6 所示。

图5 烧伤及磨损隔离刀闸条形触指

图6 烧伤及磨损隔离刀闸柱形触头

3 隔离刀闸发热处理方法

（1）红外测温仪确定隔离刀闸温度偏高后，分别对隔离刀闸重点连接部位进行直阻测量并记录数据。

（2）拆开隔离刀闸两侧引线，打开两侧接线座螺栓，查看引线有无断股、锈蚀现象，严重者需要进行重新制作更换。

（3）将导电杆进行拆除，重点对其触头进行清洗，触头存在明显烧伤、毛刺、表面氧化等问题时，用细砂纸对其进行打磨修复，如果损伤不明显、不严重则不需要更换，只需要利用汽油、酒精清洗，去除其表面的污垢及氧化膜，然后按照规定要求涂抹适量凡士林。若烧伤、变形较为严重，则应进行更换。

（4）检查条形触指弹簧、螺栓、垫片等部件有无锈蚀，轻者用细砂纸进行打磨，严重者进行更换，弹簧有变形或弹性不足时应进行更换。处理后隔离刀闸条形触指如图7 所示，处理后隔离刀闸触头如图8 所示。

图7 处理后隔离刀闸条形触指

图8 处理后隔离刀闸触头

（5）检查接线座转动轴与滚轮间接触是否正常，有无氧化情况，若有部分氧化则应用细砂纸进行轻微打磨，并清除污秽，处理后应按工艺标准要求进行复装。

通过以上步骤对某水电站220kV GW4-220W 型隔离刀闸处理后，不符合要求的更换其整根导电杆，隔离刀闸A、B、C 相温度保持在21℃内（环境温度为18℃内，隔离刀闸所带负荷为250MW 左右）。正在装配的全新隔离刀闸触头如图9 所示，处理前、后持续红外测温数据如表1 所示。

图9 正在装配的全新隔离刀闸触头

表1 处理前、后持续红外测温数据

4 隔离刀闸发热预防措施

（1）增加检修质量，提高检修人员作业素质，改善作业环境，严格执行工艺标准及技术规范，做好技术监督。重点检查导电回路条形触指弹簧弹性及锈蚀情况，条形触指变形、过热、烧伤、磨损等情况，较为严重者则应进行更换。检修工作结束之后，应认真检查隔离刀闸所有零部件的接头是否紧密贴合，避免因接触不良造成发热故障。

（2）提高制造工艺，要求厂家将条形触指弹簧、螺栓、螺母等易生锈部件更换为不锈钢材质。

（3）运行人员缩短定期测温周期，采用特殊天气重点部位测温等方式加强设备监视。目前常用测温有蜡片测温和红外测温，通过观察蜡片颜色及红外图谱可以及时了解设备运行状况，及时进行判断和处理。

（4）加强业主单位验收把关，对检修质量不过关的设备应提出整改意见，限期内整改完毕。

5 结语

通过对某电站开关站隔离刀闸发热缺陷处理过程，分析了隔离刀闸发热原因及处理方法，提高了值班人员发现缺陷及处理缺陷的能力，从而大大提高了设备运行的可靠性，保障了系统供电的安全性。