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摘要：采用常规方式处理这隔离开关因接触面氧化引起的发热问题必须在停电条件下进行，且需要将设备部分解体，整个过程费时费力，影响电力系统供电的可靠性。针对上述问题，研制了一种新型的隔离开关带电研磨器，分析了主要针对的问题，研磨器设计方案，工作原理，现场使用情况及特点。在郑州供电公司应用结果表明，该研磨器使用安全便捷，效果明显，环境适应能力强，为电网的稳定运行提供了有力保障。
关键词：隔离开关；发热；带电研磨器；供电连续性
中图分类号：U223 文献标识码：A文章编号：
电力系统中使用的隔离开关，长期在自然环境中运行或者备用状态下，触头触指接触面会由于雨水侵蚀、环境污染、设备材质不佳而引起接触面氧化、锈蚀、熔点等老化现象，从而使隔离开关动静触头间接触面接触电阻急剧增大，致使隔离开关运行在额定值以内的较大负荷情况下接触面严重发热，危及设备安全正常运行。
然而以往在处理由于接触电阻大而引起隔离开关发热缺陷时，除需要将故障设备停止运行，还需要根据故障隔离开关在变电站系统中所处的位置，进行相应的导闸操作，停运相关的设备，乃至整个运行间隔，然后由检修人员登高进行手工研磨处理，甚至需要将隔离开关部分解体才能处理。不仅停电操作复杂，故障处理的时间也较长。
本文介绍了一种新型的带电研磨装置，该装置能够在设备带电或者处于热备用状态下有效研磨隔离开关触头触指氧化层，提高了工作人员故障的处理效率，为电力系统供电可靠性做出了一定的贡献。
1.隔离开关触头触指接触面发热问题分析
笔者对2011年度夏期间，郑州供电公司所管辖范围内110kV隔离开关缺陷进行了统计研究.通过分析可知，触头触指接触面发热是110kV隔离开关数量最多的缺陷类型。随后又对隔离开关发热的各种原因进行进一步讨论发现，在导致隔离开关发热的诸多原因中，触头触指接触面氧化为最常见，在2011年度夏期间26次隔离开关发热缺陷中因氧化引起的发热次数达到了18次，比重高达69.2%。对其中10次有代表性的缺陷处理情况进行分析，統计结果如表1所示：
表1 110KV隔离开关发热缺陷处理统计表
通过表1数据可以看出，隔离开关处理前直流电阻平均阻值为991.6微欧，而电力设备运行规程要求110kV隔离开关直流电阻值应不大于125微欧，前者是后者的8倍。由隔离开关产生热量的公式Q=I2R可知，增大的直流电阻是隔离开关发热的直接元凶，发热点如果得不到及时处理，触头触指长期在高温环境下将产生不可逆的物理性损伤，这将导致直流电阻的急剧增加，形成恶性循环，为设备运行带来极大的安全隐患。
采用常规的作业方式消除隔离开关触头触指氧化层，在进行研磨氧化层作业时，需要对待处理设备所在间隔完全停电；然后检修人员采用登高方式将隔离开关触头、触指拆除并分解；触头、触指经砂纸研磨、汽油棉纱清洗后装回隔离开关；最后间隔恢复送电。该作业方式费时费力，需要对设备进行拆装分解，内容繁琐。通过表1列出的10次代表性缺陷处理过程的时间统计，发现发热缺陷处理造成的设备所在间隔停电平均时间长达198.6分钟，这不利于电力系统对对用户供电的连续性。
尤其迎峰度夏期间用电负荷非常高，为了保证供电可靠性，保证迎峰度夏工程的顺利完成，一般不允许对外停电，尤其是带有医院、工矿企业等重要负荷的设备需要保证持续供电。因此隔离开关发热问题与电网可靠性间的矛盾异常突出，急需解决，迫切需要一种在不影响变电站正常供电的情况下，能够在带电环境在线对隔离开关触头触指氧化层进行研磨的专用工具，来有效降低隔离开关的直流电阻，抑制隔离开关发热，以保证电网安全稳定运行。
2.带电研磨器的研制
采用常规方法对隔离开关的触头触指进行研磨作业，需要在设备所在间隔完全停电情况下进行，且需将隔离开关部分解体，整个作业过程耗时耗力，严重影响对用户供电的连续性。针对以上问题，研制了一种能够在设备带电或者处于热备用情况下，无需对隔离开关解体就能够完成对触头触指接触面研磨的装置。
2.1带电研磨器方案的提出
利用变电带电检修专业中地电位带电作业基本原理，设计出能够将接触表面的锈蚀氧化层磨掉的研磨器，以滑动摩擦力公式f=μN为基础，提出新型研磨器的整体设计思路为：制作满足带电作业高压绝缘要求的研磨器，能够满足对研磨接触面压力N及研磨面粗糙程度μ要求，对处于带电或者热备用状态下的隔离开关，能够完成对触头触指接触面研磨的工作。
2.2方案可行性分析
目前绝缘操作杆已普遍应用于变电站110kV电压等级运行维护工作，因此可设计满足110kV电压等级绝缘要求的绝缘杆构成人身与带电部分间的主绝缘，带电处理隔离开关发热缺陷即具备绝缘条件。若能够设计操作简便的研磨机构，使用机械代替人力，选择具有合适粗糙程度的氧化层研磨材料，通过合理的传动支撑结构设计，使操作者站在地面，即可对隔离开关触头触指进行氧化层研磨作业，控制研磨器整体质量，结构轻巧灵便，式整个作业过程省时省力。
2.3研磨器总体设计方案
新型带电研磨器采用两根相互配合的绝缘杆作为研磨器的主绝缘与主传动部分，研磨器所需动力由底部的手持电机提供，后经顶部安装的传动齿轮带动研磨体相向旋转。两研磨体之间装有压紧机构，能够保证在研磨过程中研磨体对研磨面的足够压力。研磨器的结构设计 如下图所示：
110kV隔离开关带电研磨器结构设计图
2.4研磨器头部
研磨器的研磨体针对隔离开关触头触指接触面常见不同程度的氧化损伤，分别采用石棉、细砂纸及石英砂材料制作，以保证最佳研磨效果。两研磨体共同安装于一个可以活动的安装基座上面，通过基座内部的压紧结构使研磨体对研磨面能够保持持续稳定的研磨压力。
2.5研磨器绝缘传动部分
绝缘传动部分为该新型带电研磨器最重要的组成部分之一。因环氧树脂玻璃纤维材料具有绝缘性能良好，强度高，重量轻等优点，故选用该材料为制作绝缘传动部分的主要材料。该部分的主传动轴由实心环氧树脂玻璃纤维杆制成，外部的绝缘支撑杆则由常见的绝缘操作杆改造而成，绝缘传动轴与绝缘支撑杆内外同轴安装，共同组成带电研磨器的绝缘传动部分。采用上述材料制成的绝缘传动部分，无论从绝缘强度还是机械操作强度均能够很好的满足110kV及以下电压等级带电作业的绝缘要求。
2.6研磨器动力部分
带电研磨器的动力电机则采用市场上常见的220V交流电机针对传动连接部位加以改造，在满足设计要求的情况下，尽可能的节约研制成本。
2.7110kV隔离开关带电研磨器主要性能指标
1）适用于110kV及以下电压等级的带电作业。
2）研磨器建议使用环境温度 -15℃~60℃。
3）研磨器使用现场环境湿度 不大于80%。
4）适用于GW5型、GW4型或者触头触指结构与上述型号类似的隔离开关的研磨作业。
5）研磨器整备质量不大于10kg，单人操作简便可靠。
6）电源要求 交流220V
3.新型带电研磨器现场的使用及效果
經过制定并系统学习《110kV隔离开关带电研磨器标准化作业指导书》后，首先在郑州供电公司侯砦变培训中心进行了隔离开关研磨作业试验，试验结果统计如下表:
110kV隔离开关带电研磨器试验情况统计表
通过使用研磨器对培训中心4组氧化较为严重的隔离开关进行研磨作业，在没有对隔离开关进行解体的情况下，通过研磨隔离开关接触面的氧化层，隔离开关的直流电阻平均阻值由研磨前的995.75微欧降到了105微欧，满足设备运行规程要求。
9月12日，郑州供电公司220kV鹅湾变电站110kV I鹅堂1东隔离开关A相上报发热缺陷，发热温度达到了221℃，是设备正常运行温度50℃的4.42倍，急需处理。经工区技术人员鉴定，该发热缺陷起因为隔离开关接触面锈蚀氧化严重，导致隔离开关直流电阻过大，在大负荷情况下引起发热，需要对隔离开关接触面氧化层进行研磨处理。我们将带电研磨器首次投入了试用，研磨后，经过次日、17日、30日三次对I鹅堂1东隔离开关跟踪测温，其测量结果分别为42℃、42℃、45℃，处理效果明显。
在初次使用成功后，又使用该新型带电研磨器对多组因接触面氧化引起的发热故障的110kV隔离开关进行带电处理，均取得了很好的效果，统计结果如下表：
110kV隔离开关带电研磨器使用情况统计表
由上表数据可知，使用带电研磨器对隔离开关进行研磨作业后，在同样的重负荷情况下，隔离开关的发热温度平均值由原先的116℃降至38℃，且均未造成设备的停电。
按照郑州供电公司2011年度隔离开关发热缺陷统计计算，若将110kV隔离开关带电研磨器投入使用，处理该年度迎风度夏期间上报的26组隔离开关发，可减少停电时间共计198.6*26=5163.6分钟，增加公司售电量约473万余度。
4.带电研磨器的特点
1）110kV隔离开关带电研磨器的应用，可以极大地缩短设备停电时间，提高电网可靠性，尤其在迎峰度夏期间，可以使电力设备最大限度满足电网高负荷期持续运行的要求，有效保证迎峰度夏工程的顺利完成。
2）该新型带电研磨器尤其适用于户外双母线接线方式的变电站。若能在母线倒负荷之前，将另一条母线上长期处于热备用状态的隔离开关先期进行带电研磨作业，则在母线负荷转移之后，能够有效减少因为母线隔离开关因触头触指接触面氧化引起的发热缺陷，最大程度上保证了供电的连续性与可靠性。
3）该新型带电研磨器结构紧凑，使用安全、轻巧、简便。作业时，最少仅需2人（1人监护）即可完成对110kV及以下电压等级隔离开关的带电研磨作业，节约人力物力。该新型带电研磨器的使用简单易学，能够适应不同层次作业人员的使用需求，便于扩大推广。
5.结语
110kV隔离开关带电研磨器研制成功后，于2012年12月正式装备于郑州供电公司变运维检修部检修试验工区。现场测试及实际使用表明，该研磨器设计合理，功能完善，使用方式灵活，创造性的解决了生产中的实际问题，收到了预期的效果，对电力系统安全稳定的运行提供了較好的帮助，提高了电力系统的可靠性，建议大力推广应用。
参考文献：
[1] 张六荣.带电检修[M].北京：中国电力出版社,2005.
[2] 李晓南.变电检修[M].北京：中国电力出版社,2007.
[3] 陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京：中国水利水电出版社,2009.
[4] 何天骥（1987- ），主要从事变电站一次设备变电带电检修、带电监测等方面工作.
关键词：隔离开关；发热；带电研磨器；供电连续性
中图分类号：U223 文献标识码：A文章编号：
电力系统中使用的隔离开关，长期在自然环境中运行或者备用状态下，触头触指接触面会由于雨水侵蚀、环境污染、设备材质不佳而引起接触面氧化、锈蚀、熔点等老化现象，从而使隔离开关动静触头间接触面接触电阻急剧增大，致使隔离开关运行在额定值以内的较大负荷情况下接触面严重发热，危及设备安全正常运行。
然而以往在处理由于接触电阻大而引起隔离开关发热缺陷时，除需要将故障设备停止运行，还需要根据故障隔离开关在变电站系统中所处的位置，进行相应的导闸操作，停运相关的设备，乃至整个运行间隔，然后由检修人员登高进行手工研磨处理，甚至需要将隔离开关部分解体才能处理。不仅停电操作复杂，故障处理的时间也较长。
本文介绍了一种新型的带电研磨装置，该装置能够在设备带电或者处于热备用状态下有效研磨隔离开关触头触指氧化层，提高了工作人员故障的处理效率，为电力系统供电可靠性做出了一定的贡献。
1.隔离开关触头触指接触面发热问题分析
笔者对2011年度夏期间，郑州供电公司所管辖范围内110kV隔离开关缺陷进行了统计研究.通过分析可知，触头触指接触面发热是110kV隔离开关数量最多的缺陷类型。随后又对隔离开关发热的各种原因进行进一步讨论发现，在导致隔离开关发热的诸多原因中，触头触指接触面氧化为最常见，在2011年度夏期间26次隔离开关发热缺陷中因氧化引起的发热次数达到了18次，比重高达69.2%。对其中10次有代表性的缺陷处理情况进行分析，統计结果如表1所示：
表1 110KV隔离开关发热缺陷处理统计表
通过表1数据可以看出，隔离开关处理前直流电阻平均阻值为991.6微欧，而电力设备运行规程要求110kV隔离开关直流电阻值应不大于125微欧，前者是后者的8倍。由隔离开关产生热量的公式Q=I2R可知，增大的直流电阻是隔离开关发热的直接元凶，发热点如果得不到及时处理，触头触指长期在高温环境下将产生不可逆的物理性损伤，这将导致直流电阻的急剧增加，形成恶性循环，为设备运行带来极大的安全隐患。
采用常规的作业方式消除隔离开关触头触指氧化层，在进行研磨氧化层作业时，需要对待处理设备所在间隔完全停电；然后检修人员采用登高方式将隔离开关触头、触指拆除并分解；触头、触指经砂纸研磨、汽油棉纱清洗后装回隔离开关；最后间隔恢复送电。该作业方式费时费力，需要对设备进行拆装分解，内容繁琐。通过表1列出的10次代表性缺陷处理过程的时间统计，发现发热缺陷处理造成的设备所在间隔停电平均时间长达198.6分钟，这不利于电力系统对对用户供电的连续性。
尤其迎峰度夏期间用电负荷非常高，为了保证供电可靠性，保证迎峰度夏工程的顺利完成，一般不允许对外停电，尤其是带有医院、工矿企业等重要负荷的设备需要保证持续供电。因此隔离开关发热问题与电网可靠性间的矛盾异常突出，急需解决，迫切需要一种在不影响变电站正常供电的情况下，能够在带电环境在线对隔离开关触头触指氧化层进行研磨的专用工具，来有效降低隔离开关的直流电阻，抑制隔离开关发热，以保证电网安全稳定运行。
2.带电研磨器的研制
采用常规方法对隔离开关的触头触指进行研磨作业，需要在设备所在间隔完全停电情况下进行，且需将隔离开关部分解体，整个作业过程耗时耗力，严重影响对用户供电的连续性。针对以上问题，研制了一种能够在设备带电或者处于热备用情况下，无需对隔离开关解体就能够完成对触头触指接触面研磨的装置。
2.1带电研磨器方案的提出
利用变电带电检修专业中地电位带电作业基本原理，设计出能够将接触表面的锈蚀氧化层磨掉的研磨器，以滑动摩擦力公式f=μN为基础，提出新型研磨器的整体设计思路为：制作满足带电作业高压绝缘要求的研磨器，能够满足对研磨接触面压力N及研磨面粗糙程度μ要求，对处于带电或者热备用状态下的隔离开关，能够完成对触头触指接触面研磨的工作。
2.2方案可行性分析
目前绝缘操作杆已普遍应用于变电站110kV电压等级运行维护工作，因此可设计满足110kV电压等级绝缘要求的绝缘杆构成人身与带电部分间的主绝缘，带电处理隔离开关发热缺陷即具备绝缘条件。若能够设计操作简便的研磨机构，使用机械代替人力，选择具有合适粗糙程度的氧化层研磨材料，通过合理的传动支撑结构设计，使操作者站在地面，即可对隔离开关触头触指进行氧化层研磨作业，控制研磨器整体质量，结构轻巧灵便，式整个作业过程省时省力。
2.3研磨器总体设计方案
新型带电研磨器采用两根相互配合的绝缘杆作为研磨器的主绝缘与主传动部分，研磨器所需动力由底部的手持电机提供，后经顶部安装的传动齿轮带动研磨体相向旋转。两研磨体之间装有压紧机构，能够保证在研磨过程中研磨体对研磨面的足够压力。研磨器的结构设计 如下图所示：
110kV隔离开关带电研磨器结构设计图
2.4研磨器头部
研磨器的研磨体针对隔离开关触头触指接触面常见不同程度的氧化损伤，分别采用石棉、细砂纸及石英砂材料制作，以保证最佳研磨效果。两研磨体共同安装于一个可以活动的安装基座上面，通过基座内部的压紧结构使研磨体对研磨面能够保持持续稳定的研磨压力。
2.5研磨器绝缘传动部分
绝缘传动部分为该新型带电研磨器最重要的组成部分之一。因环氧树脂玻璃纤维材料具有绝缘性能良好，强度高，重量轻等优点，故选用该材料为制作绝缘传动部分的主要材料。该部分的主传动轴由实心环氧树脂玻璃纤维杆制成，外部的绝缘支撑杆则由常见的绝缘操作杆改造而成，绝缘传动轴与绝缘支撑杆内外同轴安装，共同组成带电研磨器的绝缘传动部分。采用上述材料制成的绝缘传动部分，无论从绝缘强度还是机械操作强度均能够很好的满足110kV及以下电压等级带电作业的绝缘要求。
2.6研磨器动力部分
带电研磨器的动力电机则采用市场上常见的220V交流电机针对传动连接部位加以改造，在满足设计要求的情况下，尽可能的节约研制成本。
2.7110kV隔离开关带电研磨器主要性能指标
1）适用于110kV及以下电压等级的带电作业。
2）研磨器建议使用环境温度 -15℃~60℃。
3）研磨器使用现场环境湿度 不大于80%。
4）适用于GW5型、GW4型或者触头触指结构与上述型号类似的隔离开关的研磨作业。
5）研磨器整备质量不大于10kg，单人操作简便可靠。
6）电源要求 交流220V
3.新型带电研磨器现场的使用及效果
經过制定并系统学习《110kV隔离开关带电研磨器标准化作业指导书》后，首先在郑州供电公司侯砦变培训中心进行了隔离开关研磨作业试验，试验结果统计如下表:
110kV隔离开关带电研磨器试验情况统计表
通过使用研磨器对培训中心4组氧化较为严重的隔离开关进行研磨作业，在没有对隔离开关进行解体的情况下，通过研磨隔离开关接触面的氧化层，隔离开关的直流电阻平均阻值由研磨前的995.75微欧降到了105微欧，满足设备运行规程要求。
9月12日，郑州供电公司220kV鹅湾变电站110kV I鹅堂1东隔离开关A相上报发热缺陷，发热温度达到了221℃，是设备正常运行温度50℃的4.42倍，急需处理。经工区技术人员鉴定，该发热缺陷起因为隔离开关接触面锈蚀氧化严重，导致隔离开关直流电阻过大，在大负荷情况下引起发热，需要对隔离开关接触面氧化层进行研磨处理。我们将带电研磨器首次投入了试用，研磨后，经过次日、17日、30日三次对I鹅堂1东隔离开关跟踪测温，其测量结果分别为42℃、42℃、45℃，处理效果明显。
在初次使用成功后，又使用该新型带电研磨器对多组因接触面氧化引起的发热故障的110kV隔离开关进行带电处理，均取得了很好的效果，统计结果如下表：
110kV隔离开关带电研磨器使用情况统计表
由上表数据可知，使用带电研磨器对隔离开关进行研磨作业后，在同样的重负荷情况下，隔离开关的发热温度平均值由原先的116℃降至38℃，且均未造成设备的停电。
按照郑州供电公司2011年度隔离开关发热缺陷统计计算，若将110kV隔离开关带电研磨器投入使用，处理该年度迎风度夏期间上报的26组隔离开关发，可减少停电时间共计198.6*26=5163.6分钟，增加公司售电量约473万余度。
4.带电研磨器的特点
1）110kV隔离开关带电研磨器的应用，可以极大地缩短设备停电时间，提高电网可靠性，尤其在迎峰度夏期间，可以使电力设备最大限度满足电网高负荷期持续运行的要求，有效保证迎峰度夏工程的顺利完成。
2）该新型带电研磨器尤其适用于户外双母线接线方式的变电站。若能在母线倒负荷之前，将另一条母线上长期处于热备用状态的隔离开关先期进行带电研磨作业，则在母线负荷转移之后，能够有效减少因为母线隔离开关因触头触指接触面氧化引起的发热缺陷，最大程度上保证了供电的连续性与可靠性。
3）该新型带电研磨器结构紧凑，使用安全、轻巧、简便。作业时，最少仅需2人（1人监护）即可完成对110kV及以下电压等级隔离开关的带电研磨作业，节约人力物力。该新型带电研磨器的使用简单易学，能够适应不同层次作业人员的使用需求，便于扩大推广。
5.结语
110kV隔离开关带电研磨器研制成功后，于2012年12月正式装备于郑州供电公司变运维检修部检修试验工区。现场测试及实际使用表明，该研磨器设计合理，功能完善，使用方式灵活，创造性的解决了生产中的实际问题，收到了预期的效果，对电力系统安全稳定的运行提供了較好的帮助，提高了电力系统的可靠性，建议大力推广应用。
参考文献：
[1] 张六荣.带电检修[M].北京：中国电力出版社,2005.
[2] 李晓南.变电检修[M].北京：中国电力出版社,2007.
[3] 陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京：中国水利水电出版社,2009.
[4] 何天骥（1987- ），主要从事变电站一次设备变电带电检修、带电监测等方面工作.