浅谈高压隔离开关运行发热问题

[摘 要]随着电力系统的发展，发电容量的日益增加，一次设备的设计容量逐渐加大。为能通过更大的电流，设备体积也在不断增加，伴随着相应的问题也多起来，如发热点的多样性、设备的复杂性、检修难度的提高、新设备的掌握，这些问题都是电力行业一次设备检修不能避免的课题。本文分析高压隔离开关运行发热问题，提出了处理措施。

随着电力系统的发展，发电容量的日益增加，一次设备的设计容量逐渐加大。为能通过更大的电流，设备体积也在不断增加，伴随着相应的问题也多起来，如发热点的多样性、设备的复杂性、检修难度的提高、新设备的掌握，这些问题都是电力行业一次设备检修不能避免的课题。洪一水电站一次设备，大电流回路隔离开关就曾出现几次发热故障，现就此问题分析如下：

一、故障案例及原因分析

1、水轮发电机组隔离开关

故障案例一：2010年11月30日17：30时，10kV开关室内有较浓烈的异味， 1#发电机出口隔离开关11G上端10kV母线侧B相动触头的导电部分与绝缘瓷瓶之间的填充粘合剂(或密封橡胶垫)有较严重的碳化现象(由于开关柜采用全密封结构，无法实际测量开关触头处温度。)。后经停电检查，故障相实测压缩弹簧高度为18.9mm，远远大于150.3mm的标准，导电部分咬合力不足，接触电阻过大，是造成11G严重发热、烧损的根本原因。因此，对11G进行了更换。

更换后，又出现了新的问题。新隔离开关与原开关柜不完全配套，隔离开关转轴与操作相连的连臂，焊接角度过大，开关在合闸位置时，作力点与转轴不垂直，导致分合时，操作力过大，需进行改造。

故障案例二：2011年10月21日07时20分，10kV开关室内有异味，检查发现2#水电发电机组出口隔离开关21G上触头导电膏呈黑褐色，触指有变色现象，隔离开关C相上端静触头温度高达180℃。停电检查，实测压缩弹簧高度为15mm左右，符合设计要求;触指与动触头间的凡士林变质，已出现硬化现象，分析应为凡士林变质硬化，接触电阻增大，导致温度升高。打磨、修复动静触头后，运行正常。

故障原因分析：

洪一两台机组均采用GN30-12(D)/3150型隔离开关，是一种旋转触刀式的新型隔离开关，开关主体通过两组绝缘子固定在开关底架上下两个面上，通过旋转触刀实现开关的合闸和分闸。由于触头分别安装在开关的上、下两个面上，使得带电部分与不带电部部分在开关柜内完全隔开，从而保证维修时人员的绝对安全。触刀对触头的接触方式采用多片触指的线接触，增强了开关的通流能力。通过调整触指根部连接螺杆螺帽的位置，调整弹簧压缩变形量，可调整动静触头间接触压力。造成隔离开关发热的原因有：

1、电气连接导体接触面和触头接触面，不管加工如何光洁，从细微结构来看，都是凹凸不平的，实际有效接触面只占整个接触面的一小部分，各种金属在空气中还会生成一层氧化层，使有效接触面积更小。隔离开关长期运行，动静触头间接触面氧化，使导体表面电阻增加而发热。

2、运行过程中，由于电磁力、弹簧作用力及机械振动的作用，会减小触指根部弹簧压缩量，减少动静触头间的压力，造成隔离开关发热。

3、长期运行，动、静触头间，用于润滑用的凡士林、导电膏等，老化、吸尘、变质、硬化，导致接触电阻增大。动、静触头清洗后，抹导电膏比凡士林的效果好。导电膏中的锌、镍、铬等细粒填充在接触面的缝隙中，等同于增大了导电接触面，金属细粒在压缩力或螺栓紧固力作用下，能破碎接触面上金属氧化层，使接触电阻下降，相应接头温升也降低，使接头寿命延长。

2、主变低压侧隔离开关

故障案例一：2011年5月初，运行人员发现主变低压侧隔离开关触头示温片100℃变色，停电、打磨触头，收紧磁锁板调整螺栓后，投入运行正常。

故障案例二：2011年10月22日，主变低压侧隔离开关操作后投运，发热较为严重，停电重新分合，清洗、打磨静触头，在主变低压侧隔离开关合闸状态下，从柜后检查其合闸状态正常，动静触头间无间隙，适当收紧磁锁板螺栓后，关闭柜门不再操作隔离开关。投入运行后，温度正常。

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故障原因分析：

主变低压侧采用GN22-12/6300型隔离开关。此产品与传统结构产品不同之处在于，采用了合闸-接触两步动作原理，即主轴转动的前800位移为合闸过程，用于转动动触头，使之从开断极限位置运动到合闸极限位置。动触头转动后100为锁紧行程，用于锁紧装置动作，顶杆向外推出，磁锁板起杠杆作用，将杠杆的推力放大约5.5倍后，将动静触头压紧，形成紧密结合，主变低压侧隔离刀闸9011G构成及动作原理详见附图。试分析发热原因如下：

1、该型隔离开关设计存在不合理现象

正常运行时，动静触头连接，但动触头固定杆存在导流现象。因为在此时，固定杆中部一直靠在静触头上的解锁止位桩上，与静触头连接，形成导流回路。虽然电阻大的分流少，但由于是不固定接触，小电流通过时，也会产生发热，只是发热量较小，对设备的正常运行极为不利。

2、出厂时，未将隔离开关的行程调整好，导致操作把手在隔离开关的锁紧行程调整好，导致操作把手在隔离开关的锁紧行程未完全接触好，接触电阻明显增大。通过大电流，必然导致发热。发热量取决于通过的电流大小和回路中的接触电阻大小。发热量增加又导致接触电阻增大，形成恶性循环，温度越来越高，可能造成触头氧化变色，甚至触头间导电部分粘连。由于主回路导流不畅，会导致动触头固定连杆通过部分电流，造成发热。因为是铁结构，又是不固定连接，发热会在此处体现得相当明显。温度越来越高，最终将动触头固定连杆烧断，动触头间隙进一步增大，温度继续上升，最终因高温作用，动触头固定装置被烧断，导致动触头脱落，隔离开关烧毁。

3、设计上的软缺陷

在正常操作隔离开关后，因磁锁板被顶杆推出，通过杠杆原理，磁锁板将顶杆的力放大5.5倍后，产生很大的力加于动触头接触位置。此时的磁锁板将长期在运行位置承受此力量，容易造成磁锁板的金属疲劳，形成变形，使压力降低，同样会导致发热量增加。

二、处理方法及防范措施：

1、调整行程。让操作把手有足够的行程将其动静触头锁紧，无摆动，且操作灵活。

2、打磨触头。将动静触头接触部分全部进行打磨和修复，并涂上导电膏，降低接触电阻。测量隔离开关的接触电阻，让其保证在80微欧以内。

3、加强温度监视。一旦出现发热，马上给予处理。目前，温度监视手段有红外线测温仪测温或观察示温蜡片变色情况。

4、加大培训。因很多检修人员和运行人员对此设备原理不了解，需要加大其培训力度，让运维人员对此设备都了解掌握。

5、每次停电检查时，检查磁锁板是否变形;若存在变形，可在磁锁板面上加焊小面积的横条板，以加大其受力强度。

6、对1#发电机出口隔离开关11G进行改造，解决操作力过大的问题。

7、每年进行一次隔离开关检修。检修项目为：(1)清除导电部分及支柱绝缘子表面尘埃，检查刀闸接触部分是否过热及清除氧化痕迹;(2)用酒精清洗刀口接触面，清洗干净后涂导电膏;(3)检查手动机构及转动摩擦部分有无发卡，补涂工业用凡士林，检查各销孔连接紧固螺丝是否松动;(4)如遇严重短路故障，应在故障后立即进行检修。隔离开关、电气接头的例行检查纳入检修规程，定期进行。

若取掉主变低压侧隔离刀闸，用母线硬连接，也可解决该隔离刀闸发热的问题。但如此，电站厂用电消失，机组带厂用电时，由于主变低压侧无断点，又不能从低压侧对主变全电压充电，只能采取递升加压的方式。在紧急情况下，将影响厂用电的恢复速度，这对电站设备安全有一定威胁。

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