110 kV变电站高压隔离开关无法分闸的故障处理

聂 珥

广西桂东电力股份有限公司供电公司，广西 贺州 542813

0 引言

根据有关规定，允许用高压隔离开关进行下列操作：拉合正常运行的PT和避雷器，拉合正常运行的主变中心点刀闸，拉合小电流环路均衡电流等。高压隔离开关是一种不具有灭弧功能的电气元件，因此只有在开关处于分闸状态时才可以操作，否则若开关正常运行或断路器处于合闸状态时，操作隔离开关，也就是带负荷拉合隔离开关，就会产生强力的电火花，严重时可造成相间短路，损坏设备，甚至危及人身安全。

若隔离开关处于断开状态，隔离开关动、静触头之间应该有明显可靠的断开或满足隔离距离；若隔离开关处于合闸状态，能够可靠地通过正常负荷电流和短路电流。隔离开关主要用于更可靠地隔离高压带电部分，与高压电源或母线之间有一个明确的分离点，以确保线路检修有可靠的安全保障[1]。高压隔离开关还能够配合变电站输电线路进行刀闸操作，进而改变变电站的运行方式。例如，对于双母线运行的变电站线路，可以通过母联断路器及母联断路器两侧的高压隔离开关，将运行中的母线倒换至备用母线，或将运行母线的电气元件倒换至另一条母线中运行。但是，正因为这种频繁的倒闸操作，在操作过程中会出现高压隔离开关无法分合闸的故障发生，需要针对无法分合闸不同类型的故障加以排查分析，若存在隔离开关本体缺陷，需进行改进。

1 隔离开关的特征

一般情况下，在断路器的前后两侧各安装一组隔离开关，并形成明显的断开点，一方面保障安全，另一方面便于检修。出线柜通过开关柜从上母线向下供电。断路器前面的隔离开关主要用来隔离电源。然而，有时也可能在断路器后面输入电源，如通过其他回路和电容器反向传输。因此，断路器后面也需要一组隔离开关。

某110 kV变电站选取型号为GW16B/17B-252的高压隔离开关，其隔离开关技术规范如表1所示。

表1 GW16B/17B-252型隔离开关技术规范表

此隔离开关是供110 kV变电站线路在无载流情况下进行倒闸，对被检修的线路元件与带电线路进行电气隔离的三极户外高压设备。该隔离开关具有结构精巧、耐氧化性强、操作稳定、抗震能力强等特点。隔离开关的机械触头系统为简单的单臂弯曲式，传输部件固定在导电管内部，以避免外部环境的干扰[2]。在导电管内部装有一对平衡元件的弹簧和一组夹紧弹簧，前者的作用是保证隔离开关在分、合闸时具有可靠的平衡稳定性，后者的作用是保证夹紧结构具有一定的夹紧力。

隔离开关通常布置于户外，会受到外界因素的影响，如风力、地震等，因此在本体上安装有一脱扣装置，用来保证隔离开关合闸的可靠性和工作的稳定性。隔离开关和接地开关的导电管采用铝合金材质，并在其动、静触头镀银或金，保证旋转接头具有一定的耐磨性、机械稳定性和电气稳定性等。该隔离开关上的接地开关为单臂摆动结构，在合闸操作时，移动式动触点先旋转，然后垂直向上插入静态触点，以避免触头反弹或跳动，保证合闸可靠并有相同的动态热稳定性电流值。

2 隔离开关结构动作原理

隔离开关动作过程包括两部分，即弯曲动作和加紧动作[3]。

2.1 弯曲动作

由水平旋转机构引导，通过旋转瓷瓶上的一对齿轮，在驱动作用下，让两套四连杆做平面移动，让下部的导电管执行正向转动合闸、逆向转动分闸的操作，操作螺杆顶部的铰接执行杆也就相对于让下部导电管产生轴向位移。铰接执行杆上端又与齿轮链条相连接，在铰接执行杆操作时带动链条转动，并同时带动齿轮转动，使固定在齿轮轴上的上部导电管相对于下部导电管做伸直（闭合）或弯曲（开启）的移动。此外，在操作螺杆顶部的铰接执行杆轴向移动的同时，导电管内部的平衡元件的弹簧也在不断地做储能和释放能量的工作，以更好地平衡重型制动扭矩，保证整个操作过程的平稳动作[4]。

2.2 加紧动作

当隔离开关从分闸位置向合闸方向移动并接近合闸位置（即将拉直）时，齿轮就会与齿轮箱上的倾斜平面吻合，并继续沿倾斜平面移动。这时与齿轮链条相连的铰接执行杆操杆在回位弹簧的反作用力驱使下向前移动。同时，动触头座中的机构将手柄顶杆向前移动的动作转化为接触指的加紧动作。当静态触头杆被夹住后，齿轮在齿轮箱上的倾斜平面向上移动些许距离就能达到完全伸直的合闸状态。此时，导电管内部装有的夹紧弹簧被再次压缩并作用在手柄顶杆上，以保证顶杆有一个稳定的驱动力，让接触指在静杆上始终保持有可靠、恒定的夹紧力。在执行隔离开关分闸操作时，齿轮就会在齿轮箱上继续沿倾斜平面向外移动，直至与斜面分离。此时，在回位弹簧的作用下，手柄顶杆拉动接触指，以“V”形打开。

3 案例分析

3.1 故障现象及分析

某年在执行该110 kV变电站倒闸操作时发现，其中某台高压隔离开在分闸时无法分开。随即分别对接地系统、主导电系统、机械连锁装置、上下导电管、电动机构进行全面排查，发现电动机构箱内的传动齿轮损坏，轴销、接头等元件出现断裂现象，运行和检修人员将缺陷上报，后期根据年度检修计划采取措施消缺。

3.2 改进方案

（1）附属部件改进。轴销、接头等元件改为优质不锈钢材质，保证这些元件长期工作不锈蚀。选用耐腐蚀的石墨套和复合轴套，降低轴与套之间的摩擦系数，提高传动效率[5]。外露黑色金属件全部采用热镀锌处理，提高其防腐性能。实践证明，热镀锌处理适合户外运行。

（2）电动机构的改进。该高压隔离开关电动机构由原来CJ7A改为CJ11。改造后的CJ11电动机构实物图如图1所示。

（3）全新型式的辅助开关。辅助开关是电动机构中提供分、合信号的重要二次元件，一旦分、合失灵，将无法提供正确的分、合信号，电动机构则无法正常操作。该辅助开关采用的是国际上先进的凸轮推动微动开关的机械传动构，分合切换不会失灵，且转动灵活。

（4）电动机的控制。机构分、合后，首先由辅助开关切断电动机电源。如果辅助开关失灵，则由装于分、合两侧的终止行程开关切断电动机电源。若行程开关失灵，则由装于分、合两侧的机械限位装置，经热继电器切断电动机电源[6]。三重保护，确保机构分、合后电动机停止转动，避免电动机构失控造成隔离开关机械损伤。

（5）机械传动方式。该传动方式采用蜗轮式连杆。蜗轮式连杆及其他减速元件经过精确加工，密封在一个铝合金箱内。此机械传动系统运转平稳、噪声小、无冲击。

（6）二次系统。控制面板布置合理、美观，采用可开闭的门式结构，便于接线和现场维修，确保二次系统运行安全可靠。

（7）箱体密封。机构箱门采用气囊式密封，箱门及顶盖采用2.5 mm厚不锈钢板，箱体采用2 mm厚不锈钢板，使箱体具有良好的防风沙和防腐性能。

4 结束语

该110 kV变电站某隔离开关电动机构总结了多年来隔离开关电动机构运行中的故障经验，改进为平高公司生产的CJ11电动机构，该电动机构是独立开发研制的新型蜗轮蜗杆式电动机构。在机构设计和制造工艺等方面克服了以往电动机构的缺陷，具有动作可靠性高、运转平稳、传动效率高、无惯性冲击、噪声小、通用性强、外形美观等优点。该电动机构除可进行近控、远控电动操作外，还可以手动操作。在额定负荷下，经实践验证，可执行上万次的机械操作。