隔离开关低温下运行工况分析

隔离开关低温下运行工况分析

兰森朱广城宫铭辰曲利民盛杰王涤非

（国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院哈尔滨150030）

摘要：本文对低温环境下运行的隔离开关工况进行了分析，得出了隔离开关在低温、冰冻环境运行的关键问题及对策，开展了低温下的机械、电气特性分析，对关键性能进行了监测，提出了提升低温环境中隔离开关运行工况的方法，提高了在低温环境中运行的隔离开关的可靠性，保障了电网的安全、稳定运行。

关键词：隔离开关；低温；运行；分析

1引言

在电力系统的输变电设备中，户外高压隔离开关是使用量最多的一种，通常是高压断路器的3~4倍。虽然它的结构比断路器简单，但运行条件却较之恶劣。它对有电压无负荷的线路进行电气运行方式的转换和对被检修线路及其设备与带电线路进行电气隔离。高压隔离开关的导电及传动系统不在绝缘瓷套中，而是完全裸露在户外环境下，常年承受着风吹、雨淋、日晒等各种气候条件的影响，最易产生传动系统的机械性故障而导致停电事故的发生。

黑龙江省位于我国东北地区，冬季时间长、气温低，大兴安岭的呼中区历史最低温度-53.2℃，年平均气温-4.3℃，全年无霜期仅有83天。冬季户外运行的隔离开关在低温下的合闸、分闸操作等特性参数测量和电气试验，来判断隔离开关对低温环境的适应性。

2隔离开关在低温环境运行的关键问题分析

2.1绝缘子断裂

高压隔离开关在运行中或操作时发生绝缘子断裂故障是危害性最大的一种故障，往往会造成母线短路而引发母线停电甚至全站停电的重大事故，甚至还会损坏相邻的电器设备或伤及操作人员，断裂的主要原因如下：1）绝缘子质量问题。从绝缘子断面分析可以看出，如内部有生烧现象和气隙，则抗弯和抗扭强度大大降低；绝缘子与法兰胶装不完善，存有空隙、偏心甚至开裂，致使绝缘子受力不均，甚至造成进水并结冰，导致将法兰和绝缘子涨裂。2）绝缘子老化问题。由于绝缘子长期经受户外大气环境的作用，而且还不同程度地承受着弯矩或扭矩的作用，产生疲劳和老化是必然的，而其老化的直接反映就是抗弯和抗扭强度下降。运行经验表明，对运行20年以上的绝缘子进行抗弯和抗扭强度试验，结果明显下降。3）运行工况。在低温、冰冻条件下对隔离开关强行操作以及端子引线覆冰后过重和舞动等都是导致绝缘子断裂的重要因素。

2.2操作失灵

高压隔离开关在倒闸操作过程中，操作失灵、拒分、拒合、分合闸不到位以及传动部件变形是最常见的事故。运行经验表明，机械操作故障占总故障的45%～85%左右。统计数据表明，高压隔离开关的操作故障大约要占其总故障的一半甚至更高，虽然危害远不如绝缘子断裂，但也严重威胁系统的安全运行，并且操作故障常常伴有绝缘子断裂而导致事故扩大，操作失灵和传动部件损坏变形主要有以下几个原因：

1）转动轴承和传动连接设计不合理。主要表现为轴承不密封，传动连杆之间的连接没有润滑措施，随着运行时间和操作次数的增加，润滑脂干燥或流失，造成运动部件卡涩、传动特性改变，覆冰后状态进一步恶化，导致无法操作。2）材料及加工精度不足。零件加工精度低、误差大、无法保证传动部件之间的精确配合，操作特性不稳定，传动不可靠，多处环节积累效应将导致行程变化严重，造成分合闸不到位，甚至造成传动齿条和齿轮配合不良而产生跳动，蜗轮和蜗杆配合不良而产生严重磨损不能自锁或蜗轮损坏，冰冻后操作阻力增大使得传动损坏进一步加剧。3）二次回路可靠性不高。辅助开关或行程开关切换不到位或者触点接触不良均会造成隔离开关拒动；接线端子接触不良、接触器吸合不佳、电动机烧损、二次绝缘破坏等都会造成远方操作失灵，低温、冰冻可能导致行程开关及接触器损坏和电机烧毁，二次回路安全可靠的关键是各个二次元件的可靠性。

4）腐蚀和锈蚀问题。敞开式隔离开关完全暴露在大气环境中工作，受到环境和气候条件的直接影响，冰雪雨雾、冷热潮气、风沙日晒、盐密及其它污秽都会对其产生一定程度的腐蚀和锈蚀。锈蚀是造成传动失灵的最大隐患，会导致转动和传动卡涩以及零部件机械强度降低，从而造成部件损坏变形，导致合分闸不到位；而操作力的增大还可能导致绝缘子的损伤和断裂。

3隔离开关低温特性

3.1GW7A型隔离开关机械特性

1）正常操作。在夏季和冬季，100%额定操作电压下进行五次合－分操作，隔离开关合闸和分闸正常；手动进行五次合－分操作，隔离开关合闸和分闸正常。

2）联锁试验。在夏季和冬季，隔离开关处于合闸位置时，接地开关不能合闸，联锁可靠；隔离开关处于分闸位置时，接地开关能合闸和分闸，联锁可靠；接地开关处于合闸位置时，隔离开关不能合闸，联锁可靠。

3）试验85%额定操作电压试验。在夏季和冬季，机构在85%额定操作电压下各进行五次合－分操作，隔离开关合闸和分闸正常。

3.2GW7A型隔离开关电气特性试验

1）二次系统转换。断路器合闸状态时，隔离开关无法进行操作；隔离开关分、合动作正常，控制回路电气连锁可靠，辅助开关切换正常；隔离开关分、合操作时，信号及位置指示正确；接地开关合闸状态时，主刀闸回路无法接通；接地开关分闸状态时，主刀闸回路可接通；控制回路未出现开焊、断线等情况。接触器动作无异常、转换接点工作正常；电动机及其相连机构机械部分无卡涩、拒动现象。

2）工频耐压。在隔离开关合闸位置时进行工频耐压试验。试验按A－BC接地，B－AC接地，C－AB接地的接线方式进行，按照《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的规定，分别进行了396kV（495×0.8＝396kV）工频耐压试验。耐压期间，无闪络、击穿现象发生，耐压试验通过，未见异常。

4结论

通过对隔离开关在夏季（环境温度30℃、15℃）和冬季（环境温度0℃、-20℃、-33℃和-40℃）的机械性能和电气性能的试验表明，隔离开关总体情况良好。

（1）隔离开关和接地开关分、合闸操作平稳，联锁正确、可靠，二次系统转换正常。

（2）通过对GW7A型隔离开关在低温下的电气性能研究，探讨了低温对回路电阻值的影响趋势，并分析了造成这种影响的原因。

（3）隔离开关随温度降低，触指压力总趋势稍有增加，回路电阻值随温度降低而下降，环境温度在-40℃下的回路电阻值（A相）为环境温度在30℃下回路电阻值（A相）的83.9%。

参考文献：

[1]刘景贵．GW6-500D型隔离开关应力测量和瓷件断裂事故的分析研究[J]．高压电器，1986，（2）：41-47．

[2]邱志斌，姚文军，李慧慧，等．高压隔离开关支柱瓷绝缘子机械特性研究[J]．绝缘材料，2013，46（5）：37-42．