提高戶外隔離開關運行穩定性分析

（國網鄭州供電公司 河南省鄭州市 450006）

1. 引言

戶外隔離開關是變電設備中用使量最多的高壓電氣設備，它運行的可靠性對電網的安全有著至關重要的影響。戶外隔離開關的運行條件一般較為惡劣，受周圍環境和氣候條件影響很大，近年來，因戶外隔離開關引起的電網事故有上升趨勢。根據檢修統計結果，戶外隔離開關運行中出現的問題主要集中在導電回路過熱、絕緣子斷裂、操作不靈活和嚴重銹蝕等4個方面。其中，除導電回路過熱外，其余均屬機械方面的故障，本文就針對機械故障進行分析，并提出應對措施。

2. 瓷絕緣子斷裂及原因分析

戶外隔離開關運行中或操作時發生的瓷絕緣子斷裂故障，是危害性最大的一種故障，它往往會造成母線短路而引發母線停電，甚至會損壞相鄰的電器設備或傷及操作人員。造成瓷絕緣子斷裂的原因，除了選用不當、安裝不良之外，主要是絕緣子的燒制及膠裝質量不良，以及質量的分散性，使不合格品流人電力系統，給電站的安全運行帶來隱患。

2.1 瓷絕緣子本身存在質量問題

瓷絕緣子存在的缺陷是造成斷裂的直接原因。①制造中Fe2O3未被充分還原或還原后重新被氧化而形成的缺陷稱為氧化發黃。這種生燒缺陷會導致瓷質結構松馳，瓷件機械和電氣性能指標下降，隨著時間的推移，由于環境的影響，使缺陷日趨擴大，從而加速產品的老化，縮短使用壽命；②膠裝時水泥不實，有間隙、空洞缺陷時，會造成應力分布不勻，操作后松動進水，冬天結冰膨脹后產生應力而損壞絕緣子；③膠裝偏心造成間隙不均。間隙過小難以保證將膠合劑填滿所有空隙，膠裝強度低，間隙過大，膠合劑填充數量多，膠合劑本身強度比瓷體低得多，且收縮值大而使強度降低；④膠合部位瓷件缺砂、堆砂，或早期產品采用壓花工藝，都會影響機械強度。⑤絕緣子的直線度、同軸度和平行度偏差過大，造成絕緣子安裝后長期受到一個額外彎距的作用。

2.2 安裝、檢修施工工藝較低

安裝、檢修時調整的質量會影響戶外隔離開關的操作可靠性，也是影響絕緣子安全使用的重要因素。如安裝后傳動機構運動卡滯，操作力矩大，絕緣子受到額外的作用力增大；運行中安裝基礎移位、變形、長期失修強行操作等，均有可能引起絕緣子斷裂。有的戶外隔離開關由于其接地靜觸頭固定在絕緣子頂端，如

果接地開關調整不當或其刀桿過長，合閘時絕緣子頂端受到額外推力后，就會造成上節絕緣子法蘭處斷裂。

3. 如何避免瓷絕緣子斷裂問題

3.1 選用高質量的瓷絕緣子

瓷絕緣子是戶外隔離開關耐受電壓和承受機械力作用的主要元件，必須重視瓷絕緣子的選用。電瓷制造廠控制著瓷絕緣子質量，絕緣子出廠時按批抽樣的試驗方法，無法避免有一定數量質量較差的產品流向用戶。唯一的辦法就是提高工藝水平，降低產品質量分散性。作為用戶則要結合電壓等級和污穢等級，根據產品的具體工作條件，計算出戶外隔離開關接線端所需承受的機械負荷，然后根據國家標準推薦的“額定端子靜態機械負荷”中選取合理的數值，作為產品訂貨技術條件向制造廠提出。選用設備條件和制造工藝及質量控制好的廠家產品，并嚴格做好進站驗收和試驗。

3.2 采用硅橡膠復合絕緣子

硅橡膠復合絕緣子是近年來新興起的一種新型產品，一般硅橡膠復合絕緣套管內有一個堅固的環氧樹脂玻璃纖維襯筒，能承受較大的機械負載（如內外壓力、彎曲負荷等）。目前對110 kV及以下的戶外隔離開關，可以采用硅橡膠復合絕緣子代替瓷絕緣子。

3.3 安裝、檢修時提高調整質量

安裝、檢修后，要全面對戶外隔離開關進行調整，保證其操作靈活，動作順暢，無卡澀現象，避免絕緣子受到不應有的額外作用力。在運行中，加強對絕緣子的巡視檢查，看其表面是否有破損，法蘭膠裝處是否有開裂松動現象，以便及時發現斷裂的隱患。

4. 操作故障及原因分析

戶外隔離開關由于受外界條件的影響，極其容易銹蝕，導致操作不靈活、操作力矩增大等，出現分不開、合不上或分合不到位等操作障礙，嚴重時操作部件折斷或絕緣子受到附加應力而斷裂，嚴重威脅電網的運行安全，甚至造成重大停電事故。電力系統的統計數字表明，戶外隔離開關的操作故障約占其總故障的一半。

4.1 傳動部件銹蝕

戶外隔離開關的機械傳動元件，一般采用鍍鋅鋼制銷軸配黃銅軸套的運動副?，F場調查發現，受潮后黃銅軸套發生嚴重的脫鋅腐蝕，氧化鋅粉末將滑動配合的間隙堵嚴，增加了運動阻力甚至根本無法運動。轉動絕緣子基座大多采用滾珠軸承，而滾珠軸承在無油狀態下沒有防銹能力。由于部分設備沒有密封措施，往往軸承又涂油不足，滲進雨水或吸人潮氣便會生銹，潤滑脂也容易流失或固化，導致軸承被銹死卡滯而無法轉動。

4.2 部件材料選用不當、加工工藝粗糙

戶外隔離開關的傳動部件，如傳動連桿、水平連桿、垂直連桿等，一般采用水煤氣管制成，強度或剛度不足，容易發生變形扭曲或破裂，造成分合閘行程變化，使得分合閘不到位。一些部件加工粗糙、精度低、光潔度差、公差大，不能保證傳動元件之間的精確配合，導致操作不靈活，機械特性不穩定，傳動不可靠。

4.3 二次控制回路不可靠

對于電動操作型戶外隔離開關，操動機構中的電氣控制元件，如接觸器、小型斷路器、行程開關、輔助開關、轉換開關、按鈕開關、接線端子等，其中的任何一種元件質量不好，接觸不可靠，均會影響戶外隔離開關的正常操作和信號傳輸，進而引發其它故障，操動機構的電氣元件接觸不良引發的故障偶發性強，無規律性，給運行維護帶來困難。輔助開關切換不到位或接點不可靠的情況發生較多。

4.4 安裝、檢修工藝較低

安裝、檢修工藝低，導致傳動機構運動出現不順暢、卡磕現象，使操作力矩變大，傳動系統沒有達到最佳狀態，甚至存在某些缺陷，致使設備病態運行。隨著運行時間延長，情況隨之惡化而演變成為故障。

5. 如何解決操作故障問題

5.1 改進傳動部件

戶外隔離開關傳動系統中的銷軸與軸套，不宜采用鍍鋅鋼銷軸配黃銅軸承，推薦采用：①不銹鋼銷軸配不銹鋼軸套或不銹鋼球形軸節；②不銹鋼銷軸或滲鋅鋼銷軸配無油復合潤滑軸套或塑料自滑潤軸套。這樣，運行中不需要定期潤滑，即可保持活動關節長期靈活和操作平穩可靠。③加強對轉動絕緣子滾珠軸承的密封，只有把滾珠軸承密封后，才能防止因滲進雨水和潮氣而生銹，避免潤滑脂流失和固化。④滾珠軸承處必須注滿潤滑脂，潤滑脂要選用滴點高、耐寒、耐熱、機械穩定性良好的產品，如二硫化鉬鋰基脂或高級潤滑脂，不可用鈣基潤滑脂（黃干油）。

5.2 合理選材、提高加工質量

戶外隔離開關傳動系統中轉動、傳動部件要結合運行實際情況，如大氣環境、運行電壓等級以及是否需要頻繁操作等，綜合考慮對傳動系統的選材。要做到材料選取合理，經濟耐用，同時也要提高所有活動部位的加工工藝，保證所有活動部位順暢自如。

5.3 二次回路選用優質、新型電氣元件

電氣元件應選用優質產品，特別是目前國內輔助開關生產廠家很多，其中不乏假冒偽劣產品，大修時應選用原廠正宗產品。對于經常發生的輔助開關切換不到位或接點不可靠的問題，可采用新型輔助開關，如有的電動機構采用F6型輔助開關，由于這種輔助開關具有一系列優點：帶有快發分裝置，確保開關性能；絕緣片用阻燃V0級增強聚碳酸脂材料塑而成，通明、不吸潮、耐高溫、抗老化；其動、靜觸頭采用圓周滑動壓接式，觸頭渡銀接觸可靠，目前輔助開關已生產出F7、F8、F9系列。我局陸續對峽窩變、衛星變、樊砦變、上街變進行了輔助開關改造，新型的F6系列開關運行穩定性得到提高。

5.4 提高安裝、檢修工藝

折迭式戶外隔離開關和接地開關的平衡彈簧要調整合適，使其發揮作用，以免操作力矩過大。單柱剪刀式戶外隔離開關在合閘位置時主拐臂連桿必須到達死點位置，以防止開關不能自鎖，出現自動慢分造成帶負荷分閘事故。導電管或其它管類部件，要將其可以滲水的孔隙封住或者設置排水孔，以免進水、積水，造成管內零部件銹蝕或冬天結冰妨礙動作。

6. 銹蝕及原因分析

由于隔離開關長期暴露在大氣中，銹蝕現象是普遍存在和難以避免的問題，銹蝕嚴重影響產品外觀，降低傳動部件的機械強度，影響產品的導電性能。實際上，導電回路過熱、絕緣子斷裂和操作故障都與銹蝕有直接或間接的關系。因此，銹蝕已成為戶外隔離開關安全運行的最大隱患。銹蝕的根本原因是產品的材料、結構設計和制造工藝特別是表面防腐涂覆等，不能適應惡劣多變的環境和氣候條件。

6.1 金屬材料材質和表面處理的影響

戶外隔離開關應用的主要金屬材料是鋼鐵、銅和鋁及其合金，它們的抗蝕能力不同。實踐證明：鋅層在污染的工業大氣中，其腐蝕達6-15μm/年。鋼鐵部件僅靠15μm左右厚的電鍍鋅層，根本不能長時間抵御大氣腐蝕。鋁合金暴露在大氣中表面會逐漸由光亮變暗、灰白、變黑，出現淺坑而粗糙不平。對高壓開關常用的鋁一銅系高強度鋁合金LY12，它們可能出現晶間腐蝕或者層狀腐蝕，尤其在腐蝕性的工業大氣和海洋大氣中非常明顯。銅在大氣中易氧化成氧化銅，在潮濕大氣中生成銅綠（堿式碳酸銅），在工業大氣中生成黑色硫化銅或綠色氧化銅。黃銅在潮濕大氣中會發生嚴重的脫鋅腐蝕，含銅量越高，脫鋅腐蝕越嚴重。以往慣用的黃銅軸套，就因為脫鋅腐蝕產生的粉末將活動間隙堵嚴而使銷軸無法轉動。黃銅零件如處在拉應力作用下，在大氣中還易發生腐蝕性破裂。

6.2 零部件結構形狀及加工工藝的影響

零部件結構及表面狀況是影響銹蝕的一個因素。滾珠軸承由于密封不良，雨水、潮氣浸人軸承內引起腐蝕；導電管和傳動管內因進水和凝露而生銹。此外，零部件上面的縫隙、死角、溝坑、表面粗糙不平以及零部件相互的連接處，都是容易引起銹蝕的部位。加工過程中引起的應力及應變不均勻性，會使金屬加速腐蝕。焊縫附近往往是最先銹蝕的部位。

6.3 兩種不同金屬接觸的影響

在戶外隔離開關中，兩種不同金屬互相接觸的情況很多，如銅一鋁接觸，鋼質鍍鋅緊固件與銅或鋁導電件的接觸等。眾所周知，在腐蝕介質中，當兩種不同金屬（包括金屬鍍層）接觸時，由于兩種金屬的電極電位差而形成原電池的作用，接觸腐蝕比一般大氣腐蝕更嚴重。

7. 提高防腐性能的措施

我國幅員遼闊，各地氣候條件不同，其中不乏高溫、多雨、潮濕、鹽霧或工業污染地區。戶外隔離開關表面防腐處理，必須適應各種環境條件的影響，這給產品制造增加了難度。隨著我國工業化進程的加快，工業大氣污染程度加重，環境惡化加劇，而產品又要求免維護，這就為戶外隔離開關的防腐提出了更高的要求。根據多年的實踐經驗，運行部門的建議以及借鑒國外產品的防護技術，提出的戶外隔離開關防護措施要求如下。

7.1 選用耐腐蝕性能更好的材料

銷軸、彈簧、機構箱體、防雨罩、部分緊固件采用不銹鋼材料制造：傳動箱座、屏蔽環、防雨罩等采用鋁或鋁合金制造；機構箱體也可用覆鋅鋼板或熱鍍鋅鋁合金鋼板制成。鋁合金導電管采用防腐蝕性能好的鍛鋁代替可能出現晶間及層狀腐蝕的LY12。不銹鋼要選用含鉻17%-19%、含鎳8%-10%的品種。

7.2 改善零部件的結構形狀

從防銹角度考慮，戶外隔離開關零部件的結構形狀，應該盡可能設計成不利于雨水、潮氣、粉塵及其它污染物侵人、吸附、滯留、堆積。采取的措施一是“堵”，如滾珠軸承密封好，堵住雨水潮氣及有害物人侵；二是“疏”，即不使雨水或有害物長期積存，能方便排出。此外，零件表面光潔度高，其防銹能力也高。

7.3 減少接觸腐蝕的機率

有關資料表明，下列金屬接觸偶會發生嚴重的接觸腐蝕，不宜在戶外潮濕的場合下使用：①銅、黃銅、青銅----鋼鍍鋅鈍化、鋁、鋁氧化、鋁鍍鋅鈍化；②銅鍍錫、銅鍍鎳---鋼鍍鋅鈍化；③銅鍍銀---鋼鍍鋅鈍化、鋁、鋁氧化；④鋁鍍銅---鋁、鋁鍍鋅鈍化；⑤不銹鋼、鋼鍍鉻---鋼鍍鋅鈍化、鋁。

7.4 針對不同情況做相應的表面處理

①鋼鐵底座及其它不精密的大中型鋼鐵部件以及絕緣子法蘭，采用熱鍍鋅處理；②普通鋼板制成的機構箱體，表面噴鋅或噴鋁，最后覆蓋油漆進行封閉處理；③小型鋼鐵制件可采用滲鋅處理，M10以上緊固件應采用熱鍍鋅處理；④較大的彈簧采用磷化后浸瀝青漆或噴丙烯酸氨醋黑漆處理。

8. 結束語

結合戶外隔離開關運行情況，針對隔離開關常見的故障，在檢修、維護工作中找準具體的應對措施，提高隔離開關運行的穩定性。運行中的隔離開關要加強對其進行在線檢測管理工作，確保隔離開關以較好的狀態運行，發現問題要及時進行處理，避免病態設備運行，威脅電網安全運行。