变电站10kVGN30型隔离开关发热分析及处理措施

变电站10kVGN30型隔离开关发热分析及处理措施

刘利红

（广东电网有限责任公司东莞供电局东莞523000）

摘要：2017年8月7日，长安巡维值班员在110kV木井站红外测温发现#1主变变低5010刀闸、5011刀闸触值发热严重，立即上报缺陷，与检修班组针对这四把大电流刀闸的发热缺陷，全面分析了出现发热的原因，并采取了有效的处理措施，跟踪发现效果明显，在较大负荷电流下，温度较为平均，运行情况良好。

关键词：隔离开关；发热；温升；GN30

事故现象

2017年8月7日，某巡维中心值班员在110kV木井站红外测温发现#1主变变低5010刀闸发热，位置在Ⅰ段开关柜5010刀闸上触头，A相上触头温度为96.5℃，B相上触头温度为101℃,C相上触头温度为95.8℃,#1主变变低5010刀闸运行电流为2470A，测温图如图1、图2、图3。

图3：#1主变变低5010刀闸C相上触头

根据规程标准《DL/T664-2008带电设备红外诊断应用规范》中的“金属部件与金属部件的连接”热点温度>90℃或δ≥80％，判断为重大缺陷。运行人员向调度申请先对#1主变变低5010刀闸、5011刀闸、#2主变变低5020刀闸、5022刀闸负荷降低，从运行情况可见这四把刀闸运行电流相比Ⅲ段开关柜电流大，导致其发热，待停电检查处理。

1.技术分析

针对这四把大电流隔离开关发热缺陷，结合大电流隔离开关在运行中所出现的发热原因，可以大概归纳出大电流隔离开关运行中温升过高的主要原因如下：

1设计缺陷

3150A以上GN30隔离开关采用双断口旋转式设计，每相上、下各有一个静触头，静触头的结构如图4。触头由工字形底座、8片导电触片、磁锁板通过“螺栓+弹簧”实现活动压力连接。但是随着运行年限增加和负荷增长，其发热缺陷渐渐暴露出来。

图43150A隔离开关触头结构图

旧式GN30隔离开关采用“非U”型结构。触指弹簧提供压力给触指锁片，使触指压紧动触头，形成有效接触。而触头的温升取决于它的导电性和导热性，与接触电阻有密切的关系，常用的接触电阻经验计算方式：

Rj=

式中：P——触头压力（N）；

Rj——接触电阻（uΩ）

m——与接触形式有关的系数

Kf——与接触材料，表面情况，接触方式等有关的系数

非U型GN30隔离开关触指方式采用单片式浮动触指，触指与静触头座的接触半球的制造精度不能保证接触半球的球面接触，而且触指与动触头、触指与静触头座仅靠弹簧压紧。在使用较长时间后，由于弹簧压力减弱，触头压力P减小，触头接触电阻增大而发热，触头烧蚀氧化又造成接触材料Kf恶化，接触电阻进一步增大，形成恶性循环。

图5：旧GN30（非U型结构）触指结构

隔离开关主结构应用的材料质量直接关系到隔离开关运行中的温升，综合现场运行中所出现的质量问题，隔离开关材料问题影响主要有以下方面：

（1）静触头工字形底座材质为铸铜，部分厂家铸铜所含杂质较高，底座电导率差。纯度99.9%电解铜的导电率约为57s，通过对隔离开关测试，原设计铸铜底座的导电率仅约为40s，运行中通流电阻较大，发热量大。

（2）隔离开关框架、支座离通电主回路较近，其材质本身的涡流发热不可忽略。为降低成本，部分厂家的隔离开关底座、支座使用普通冷轨钢板制作，在运行中涡流发热严重，加剧了整台隔离开关整体运行温升。

（3）触头压力弹簧质量差，长期运行过程，在电场、高温作用下老化失效，动静触头压力降低，接触电阻增大，运行中发热严重。

2生产工艺粗糙

隔离开关生产工艺粗糙，也是影响产品运行可靠性的一个重要因素：

（1）3150A隔离开关同期性差，隔离开关合闸后各触片压力不均匀，个别触片由于接触压力小形成局部导电瓶颈。

（2）支柱绝缘子和动触刀安装过程工艺偏差较大，影响了整机的合闸同期性。

3开关柜通风散热不良

隔离开关最终必须安装于成套开关柜中，其运行时温升的高低不单由自身的产品质量所决定，也取决于开关柜总体的结构设计。如果开关柜设计不完善，柜体的通风散热结构不合理，没有有效的进出风通道，即使隔离开关质量不存在问题，但是正常运行主回路发热不能及时散发到柜外，也会引起隔离开关温升过高。

2.处理过程

2.1故障检查情况

当检查这把刀闸时，发现刀闸触指接触面氧化，动触头与触指都有严重发热的痕迹，颜色都变黑了，触指与动触头都灼伤的痕迹，触指底座瓷瓶垫片硬化，有烧黑痕迹。

图6隔离开关触值氧化、烧伤痕迹

现场对设备进行检查，发现设备接触面表面镀银层氧化和磨损比较严重。

1.力矩检查

现场对触指螺丝进行力矩测试，发现该设备力矩符合技术要求，没出现松动。

2.塞尺检查

利用0.05mm塞尺对动静触头的接触情况进行检查，发现动静触头接触有缝隙。

从该款设备的运行情况来看，该类型刀闸早期产品在运行中存在普遍性发热缺陷，该产品动触头和静触头座仅靠弹簧压紧，使用较长时间后，由于弹簧压力减弱，影响到触指的接触效果，引起发热，触头的发热容易烧坏触头，使设备无法正常运行。

2.2处理情况

综合以上分析情况，为了检验新产品运行可靠性，对这把5010刀闸更换.

刀闸更换后，为了更好地了解更换后设备的运行情况，运行人员于8月16日对木井站#1主变变低5010刀闸进行红外测温，当时运行电流为2433A。测温结果如下（图7、图8、图9）：

图9：#1主变变低50210刀闸C相下触头

刀闸更换后，A相温度为61.1℃,B相温度为61.1℃，BC相温度为61.1,运行电流为2433A，在较大负荷电流下，温度较为平均，运行情况良好。

综合以上情况，对这四把刀闸采取以下处理措施，效果明显，在较大负荷电流下，温度较为平均，运行情况良好。

3.归纳总结

针对刀闸发热问题，我们后续采取了有效的预防控制措施，避免类似的发热问题出现，消除电力安全运行隐患。

1）检修方面

加强监控，定期进行刀闸维护工作，尽可能地利用停电机会，仔细检查刀闸导电回路各个触点，尤其是触头与触指接触面是否有过热、烧损现象，同时重点检查弹簧有无疲劳现象。

2）技术改造加快设备更新

GN30隔离开关在新设备的选型方面，我们已经将其归类为技术落后产品。而在保有量设备检修维护方面，相应厂家不少面临经营不善、技术支持不足、备件供应困难等局面，造成检修维护成本高、效果欠佳的局面。因此，从根本上应加快该类设备的更新改造，利于提高设备装备水平以及用户供电可靠性。

3）停电检修维护

根据电力设备检修规程，开关柜至少每6年进行一次B类检修，必要时进行A类检修。母线侧隔离开关动静触头的维护及检修需要母线停电配合，鉴于GN30隔离开关发热缺陷普遍，应重点进行隔离开关导电部分清洁，使用塞尺检测动静触头加紧程度，并多次分合试验，以确保接触部分接触良好，减少接头发热风险。

参考文献

[1]刘青胜，张立杰，高压隔离开关发热的原因分析及对策【J】.华北电力技术.2012（12）

[2]王彦东，隔离开关常见操作缺陷的分析与处理【J】.宁夏电力.2010(06)

[3]苑舜，崔文君，高压隔离开关设计与改造【M】.中国电力出版社。