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隔离开关完善化改造
作者:竺懋渝王伟王建明
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摘要：隔离开关是电力系统中的重要设备之一，提高隔离开关的运行可靠性，是当前提高系统可靠性、保证电力系统安全、稳定运行的当务之急。为了消除隐患，保证系统的安全稳定运行必须对设备进行完善化改造，该文系统的论述了北京电力公司隔离开关存在的问题、相应改造方案及效果分析。关键词：隔离开关；变电站；改造隔离开关是电力系统中的重要设备之一，在变电站主设备中占的数量大，运行操作量也大。随着电网中断路器无油化、设备组合化，断路器的可靠性不断提高，敞开式隔离开关存在的问题日益突出。因此，提高隔离开关的运行可靠性，是当前提高系统可靠性，保证电力系统安全、稳定运行的当务之急。1现状北京电力公司目前运行的敞开式隔离开关6230组。由于早期国内各高压开关厂家对隔离开关生产重视程度不足，生产管理相对落后，工艺、材料都存在一定的问题，造成隔离开关缺陷频发，个别设备甚至投入运行时间很短，就开始发生拒动、瓷绝缘子断裂、传动机构变形、接触部位发热等严重缺陷，降低了设备可靠性，系统安全稳定运行无法得到有效的保证。北京电力公司加强了对隔离开关运行检修的管理，从2000年开始逐步有针对性的对隔离开关进行完善化改造，从根本上扭转了隔离开关运行缺陷频发的不利局面，隔离开关运行状态逐步趋于稳定。2110kV系统隔离开关的改造在110kV敞开设备中GW5隔离开关占98％以上。从2002年开始小批量试验改造，到2003年完善化改造工作全面铺开，已经有60~70的GW5-110系列隔离开关完成了改造工作。2.1改造前容易发生的问题2.1.1各转动部位的锈蚀问题机构卡涩主要发生在新安装设备在第一次大修之前这段时间里，早期各国内厂家设备生产中，使用的润滑脂为普通黄油，熔点只有60~70℃，容易流失和固化，造成传动机构无润滑、严重卡涩、锈死现象的发生。手动机构主轴与铜套锈蚀现象较普遍，以CS17为例，手动机构主轴与铜套间隙窄小，润滑油不能有效存留。润滑油流失、老化之后，轴与套间长期得不到润滑油的润滑，特别是室外设备，受到雨水的侵蚀，铜套与铁轴间产生电化锈蚀，操作时，轻者操作很费力、卡涩，重者隔离开关就根本无法进行操作，拉不开、合不上。隔离开关的轴承座内上下各有一个单列圆锥滚珠轴承，轴承座外部没有通向轴承内的补油孔及通道，在长期运行中又无法补充润滑油，因此润滑油干枯后发生锈蚀，操作沉重，甚至无法操作。轴承座下防尘罩设计不合理，雨水易积存在下防尘罩内，使轴承座下端的轴承进水。2.1.2轴承部位的锈蚀问题传动箱内传动轴与轴承座间有一单列向心球轴承，该轴承上部有防尘罩，而下部却暴露在空气中。早期施工安装轴承内使用的润滑脂为普通黄油，熔点只有60～70℃，容易流失和固化，使轴承处于缺油状态，锈蚀卡死。2.1.3导流系统的触指烧损问题发生导电接触部位发热缺陷，尤其是刀嘴发热缺陷，主要由于导电膏较多，在其硬化后，与灰尘结合形成硬壳，使刀嘴导电接触面接触电阻急剧升高而发生发热缺陷。2.2完善化改造项目2.2.1接线座内固定板的改进接线座下端固定板与导电杆间增加一个与上轴套类似的绝缘轴套，这样使导电杆与固定板隔绝，防止了分流现象的发生，同时也能防止发生锈蚀，即能保证导电杆灵活转动，又不发生固定板分流现象。2.2.2轴承座的改进轴承座内上、下各有一个轴承，为能实现从外部向轴承内部补油的目的，在轴承的内腔建立油道，与外连接一个带有逆止阀的注油嘴。由于轴承座内有了固定油道，当向注油嘴注油时，油在压力作用下将会到达轴承处。为彻底解决下防尘罩积水问题，改造件重新设计了防尘罩，并在轴承座下部加工出防尘罩扣入的槽，这样下防尘罩既积不到水，又能将轴承内的油密封起来，防止轴承内油的流失。2.2.3传动拉杆接头的改进传动拉杆接头的改进主要是由滑动摩擦改为滚动摩擦，不含油变为含油，并增加防尘防雨的措施。2.2.4导电回路的改进左触指座的改进主要目的是杜绝触指的烧损。改进后的左触指座两则各增加一个凸台，在不影响触指活动范围的情况下，能起到阻挡触指越出定位点的作用。左触指座装配后，在每个触指的尾端用镀银软铜带与左触指座的凸台用螺丝固定连接。这样保证了接触面的清洁，使接触电阻稳定不变，烧损触指的现象就不发生了。镀锌弹簧上表面喷涂环氧树脂，增加了绝缘性能，达到了防止分流和锈蚀的目的。左触指座的定位框板，由A3材质改为85簧钢板，在满足机械强度的同时提高了防腐能力。弹簧的固定销也由原来的A3材质换为不锈钢材质。2.2.5润滑脂的更换隔离开关使用的润滑脂更换为二硫化钼锂基脂，将导电膏使用方法进行规范，在滑动接触面上只涂抹微量的导电膏，之后马上用洁净的包装布擦净，保证导电膏的厚度只有薄薄的一层，只起隔绝空气氧化的作用。2.3改造效果通过隔离开关的改造，我们认为改造的效果十分理想，缺陷数量大幅度下降，尤其是分合卡涩的缺陷，几乎未有发生。发热缺陷也大幅度的下降，以变电公司为例，隔离开关发热缺陷从每年200余条降低到70~80条，而且发热缺陷的温度也从高温发热，转变到温差异常为主，当前隔离开关高温发热缺陷已经极其罕见。110kV隔离开关的设备健康水平得到了根本的改变，运行稳定大幅度提高。3220kV系统隔离开关的改造220kV隔离开关目前共运行1039组，以三大国产开关厂设备为主。3.1国产A厂在220kV敞开设备中该厂隔离开关占56.9左右。由于在220kV敞开设备中该厂的GW6-220、GW7-220隔离开关占绝大多数，问题也比较集中。1999年起逐步进行完善化改造工作，已经有60~70的GW6-220、GW7-220系列隔离开关完成了改造。3.1.1改造前容易发生的问题导电回路的接触面发热。隔离开关操作中发生卡涩、抗劲、机构沉重，甚至发生完全卡死，拉杆变形，十字轴在操作中断裂的现象。由于机构卡涩造成的缺陷比重较大，造成此类缺陷的主要原因是：机构的各种轴销，转动的拐臂等都采用了普通钢材，而设备常年暴露在室外大气中，受到潮湿和空气污染造成的影响，产生锈蚀，造成机构卡涩，传动机构连杆由于卡涩变形损坏，形成拒动。3.1.2改造项目将隔离开关传动机构中，活动部分改成不锈钢材质。改造前，隔离开关的拉杆头部位活动夹插（主要用于GW7主拐臂与小拉杆、JW2地刀操作拉杆、GW6操作箱内操作拉杆）的活动部分是铸铁镀锌材质，容易锈蚀，卡死不动。传动机构中的轴销采用不锈钢材质，轴套改成油性粉末冶金、非金属材料等材质，使转动部分彻底解决锈蚀和电化学反应问题。改造前，隔离开关转动部分大量采用轴销与轴套配合的原理，所用的轴销为镀锌钢质材料，而轴套为铜质材料，运行一段时间之后，产生化学反应，造成活动部位被反应生成物完全卡死。隔离开关拐臂与拉杆连接头部位改为不锈钢材质。改造前，此部位为普通钢质材料，由于此部位为主传动受力部件，受力较大，一旦发生锈蚀卡涩，就会造成拉杆扭断、变形，隔离开关拒动。另外在隔离轴承部位加注油孔，将GW7隔离开关静触头部位定位挡板的活动轴销更换为不锈钢材质，并增加油道，解决了润滑油干涸、锈蚀问题。改造前，GW7型隔离开关静触头部位定位挡板的活动轴销原为钢质材料，锈蚀后使隔离开关静触头不能很好的复位，操作中容易造成将触指撞弯、接头发热等缺陷。润滑脂的更换为二硫化钼锂基脂，并规范导电脂的使用方法。3.1.3改造效果通过隔离开关的改造，缺陷数量大幅度下降，尤其是分合卡涩和发热缺陷，已大幅度减少。GW6、GW7隔离开关的健康水平得到了有效的提高。只有个别隔离开关在改造之后仍然存在操作数次后，分合不到位的现象，分析为检修过程中的应力释放造成，大部分存在此现象的隔离开关只需要简单的再次调整即可稳定运行一个相当长的阶段。该厂早期生产的GW6-00A产品，动触头结构存在一定的问题，容易发生电化锈蚀，需要进一步关注这项改造工作。GW6-220应加强监测操作时的夹紧力，通过巡检检查接触情况，并加强测温，杜绝由于应力释放或夹紧力保持使弹簧疲劳，从而造成接触压力下降而发热。3.2国产B厂在剩余的设备中，国产B厂的产品也占相当大的比例。从2002年开始进行改造，改造工作已经基本完成。3.2.1改造前容易发生的问题以GW7-220为例，导电回路的接触面发热；触指硬度不足，正常操作中发生变形；传动机构设计不合理；传动机构部件严重锈蚀；由于设计吃度过大，隔离开关操作中发生卡涩、抗劲、机构沉重，甚至发生完全卡死、拉杆变形、拉杆在操作中断裂的现象。3.2.2改造项目更换所有触指，采用硬度符合标准的材质；更换加强的传动机构，更换单边传动为平行四边形传动，并加强了拉杆强度；传动机构部件和轴、销更换为不锈钢材质；在厂家重新进行形式试验相关项目的基础上，减小隔离开关吃度，减少合入和分开的冲击。3.2.3改造后效果通过隔离开关的改造，我们认为改造的效果一般，缺陷数量有一定的下降，发热缺陷有所减少。改造前，由于传动机构薄弱，经常发生分合不到位、接触部位发热、拉杆变形等问题，对传动机构进行改造。改造中又发现在传动机构加强之后，触指软的问题暴露出来，随后进行了更换。触指硬度提高后，相应的对框架的加工精度提出更高的要求，而现场的配件加工精度无法满足要求，只能对隔离开关静触头触指支架的定位轴孔进行手工修整。最近又连续发生两起运行不到两年的不锈钢材质严重锈蚀的缺陷，一起缺陷是拉杆和轴销完全锈死无法操作，另外一起造成了拉杆断裂的严重后果。3.3国产C厂GW7-220II型从2004年开始进行改造，由于通过改造无法消除设备现阶段的问题，故改造中途停止。3.3.1改造前容易发生的问题隔离开关主刀电动分闸无明显定位，分闸后主刀不固定，产生闭锁位置变化，无法保证地刀正常操作。主地刀闭锁问题。由于设计地刀对地刀立拉杆转动过于敏感，当闭锁间隙只有2mm左右（已经无法再缩小，否则影响主刀正常操作）时，主刀合闸状态、地刀合闸位置过高。隔离开关电动机构内传动均为鱼叉和涡轮、蜗杆配合的结构，在机构分合闸到位时，涡轮上的滚轮从鱼叉中脱出，使传动环节存在很大的间隙，主拉杆可以转动，在实际运行中存在发生问题的可能性，影响设备的安全稳定运行。隔离开关电动机构与立拉杆连接的调角联轴器只由4条M10螺栓固定，存在滑动的可能性，不稳定，如果行程改造中发生分合闸不到位的情况，将产生严重后果。传动方式不合理，隔离开关没有死点和定位，分合位置不稳定，主拉杆传动为合推分拉，由于合闸操作力大，造成传动拉杆变形，操作数次后可能产生合闸不到位的情况。3.3.2改造项目CJ7A机构更换为CJ5机构；增加了一个分闸定位挡块；所有传动机构轴套更换为非金属轴套；减少触指簧拉力，减少触头、触指间的夹紧力。3.3.3改造后效果2004年在聂各庄变电站的2246-6进行了试改造，根据改造的结果，与厂家制定了一套改造方案，由于受到原设计的制约，需要改造的问题不能完全体现，分闸定位挡块效果不佳，分合闸不到位、拉杆变形等问题的改造解决效果有待进一步的观察。在改造中发现动触头与导电杆为不同材质，动触头为铜质，导电杆为铝质，之间采用镀银方式连接，其中铜镀银侧银面十分薄，达不到要求的厚度，铝镀银侧银面已经开始起泡，长期运行有发热的可能。改造后，在运行人员操作2246-6过程中，2246-6又发生分合不到位的情况，因此完善化改造方案还需要进一步研究和分析。4隔离开关完善化改造总体评价改造的效果比较满意，缺陷数量大幅度下降，尤其是分合卡涩的缺陷，大幅度减少。发热缺陷也大幅度的下降，发热缺陷的温度也从高温发热，转变到温差异常为主，当前隔离开关高温发热缺陷已经较为罕见。由于改造不涉及瓷绝缘子和机构部分，瓷绝缘子和机构缺陷时有发生，应引起重视。隔离开关的设备健康水平得到了有效的提高。只有个别厂家的隔离开关在改造之后仍然存在一些问题。个别厂家的隔离开关的机械故障仍然居高不下。直到2006年随着消隐工程的深入，大批老旧隔离开关被更换，隔离开关缺陷才有了明显的下降。但通过改造，总体的80％以上的隔离开关的设备健康水平得到了大幅度的提高，特别是110kV系统，为系统的安全稳定运行创造了良好的外部环境。
来源：北京电力公司
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