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电力系统高压隔离开关是电网中重要的电气设备,在电力系统变电生产的主设备中,占据着极大的数量,同时占据着电气倒闸操作量的大部分项目,因此,对高压隔离开关的机械灵活性、操作持久性的要求极高。近些年来,电力系统中很多电网事故都是由隔离开关的缺陷引发而来的。因此,对现行隔离开关存在的诸多问题进行全面改进,不但可以延长大修周期或减少大修工作量,还可以在保障隔离开关安全运行的前提下,减少停电,提高供电可靠率。下面就电力系统中GW5-110、GW6—220G、GW7—220系列隔离开关常见故障总结一些经验,同时对具体解决方案谈谈个人的几点看法。
1、隔离开关常见故障
1.1、转动部位的故障
1.1.1、隔离开关的轴承座内上下各有一个单列圆锥滚珠轴承,轴承座外部没有通向轴承的补油孔及通道。在长期运行中,无法补充润滑油,润滑油干枯后会发生锈蚀现象,使操作沉重,甚至操作不动。
1.1.2、轴承座下防尘罩设计不合理,雨水被防尘罩接往,积存在下防尘罩内,轴承座下端的轴承浸泡在水中,使下端轴承锈蚀现象极为普遍。
1.1.3、操作机构主轴与铜套锈蚀现象较普遍,以CS17为例,操作机构主轴与铜套间隙窄小,含不住润滑油。轴与套间长期得不到润滑油的补充,天长日久铜套与铁轴间生锈,一但需要操作,重者拉不开、合不上,轻者操作很费力。
1.1.4、传动箱内传动轴与轴承座间有一单列向心球轴承,该轴承上部有防尘罩,而下部却暴露在空气中,从传动箱的下部向上看,便可看到轴承的钢球。安装时,轴承内涂满润滑油。夏季太阳直射产生的温度使润滑油变稀流出轴承,轴承缺润滑油而发生锈蚀现象,给操作带来困难。
1.1.5、带有传动箱的GW5型隔离开关有主传动拉杆,其拉杆接头与连臂上的Φ16轴滑动摩擦,在轴与孔的间隙内存在极少的润滑油,其上部没有防尘防水的措施。隔离开关是室外设备,长期运行在一个位置(分位或合位)。室外条件变化较大,加上风雨侵袭,造成轴与孔间锈蚀。长时间不操作,轴与拉杆接头将锈死,一旦操作,会造成主传动拉杆弯曲或折断,使倒闸操作无法进行。
1.1.6、GW5系列隔离开关的固定触指框板是A3钢板冲压而成的,并镀锌防锈。弹簧两侧的销也是A3材质并镀锌,经过多年的运行,发现这两个零件锈蚀严重,在污秽地区更为严重。
1.1.7、GW6—220G型隔离开关的小轴销较多,虽有锈蚀现象但由于轴销细,产生的阻力不大。此外,拉杆接头、传动主轴右拐臂锈蚀均会产生较大的操作阻力。根据以上四部分产生的摩擦阻力,均会严重影响倒闸操作的进行。
1.2、导流系统常见故障
1.2.1、GW5系列隔离开关在运行中每年春秋检中都会发现触指烧损,烧损部位均为触指定位点周围,尤其是触指末端。其原因是隔离开关合闸后,触头的宽度大于触指座的宽度。合闸后触指被撑开,使触指与触指座变成了点接触。还有一种现象是合闸时触头与触指碰撞,使触指越出定位孔,触指的定位凸点与触指座接触形成点接触。以上两种现象均使触指与触指座的间隙内存有污物,使接触电阻增大、过热导致触指烧损。
1.2.2、GW7隔离开关存在的问题基本与GW5相同,但GW7隔离开关静触座的传动、转动部位不灵活,极易造成隔离开关分、合闸不到位,特别是分闸更困难,有时拉杆拉弯了也分不开。通过分解静触座,发现座内污物较多,转轴有锈蚀,造成转动不灵活。如果六个静触座转动都不灵活,就会使分、合闸非常困难。转轴上部没有防尘措施,轴也内没有含油道,运行几年就会发生上述现象。
1.3、材料常见锈蚀问题
近年来,隔离开关的抗腐蚀能力差,主要有以下几种情况:
1.3.1、隔离开关的底座横梁采用热镀锌工艺,生锈的现象较普遍,这与运行环境有关,也与出厂时的加工工艺有关,如某变电站的GW6型隔离开关,前后分两批购置,迟2年投运的一批隔离开关,其钢构架的锈蚀情况反而比早投运的一批隔离开关严重得多。
1.3.2、隔离开关零部件一般采用冷镀锌工艺,镀锌工艺不符合要求,表面处理质量差,造成螺栓、螺母、轴销、开口鞘、垫圈、弹簧等零部件锈蚀严重,影响了隔离开关的正常操作。
1.3.3、部分零部件的材质差,如某变电站的110kV GW4型隔离开关,在运行中发现其接线座的铸铝支持件有开裂现象,个别甚至整个断裂,原因可能是该批铸铝支持件的材质差,在运行中受酸雨、盐雾和电化学反应的影响而变脆,在应力的作用下开裂并发展至整个断裂。
1.4、隔离开关瓷瓶断裂问题
近年来,发现隔离开关的支柱瓷瓶在运行中或操作时发生断裂的现象有增加的趋势,主要发生在GW4型隔离开关上。
1.4.1、由于该型开关的绝缘支柱,承担着支持和传动的作用,导线拉力和合闸时的阻力共同作用于绝缘支柱,产生力矩,但操作传动系统有阻滞时,绝缘支柱受到附加扭矩影响则阻滞更大。安装调试不当,也会使隔离开关在操作时受到不应有的附加应力,从而造成绝缘支柱的断裂。
1.4.2、从统计上看,绝缘支柱断裂的部位往往发生在法兰端面,这表明该处是受应力作用最大的地方。从加工工艺上分析,绝缘支柱和法兰的水泥胶装不良,有细微的间隙和空洞,或胶装深度过浅,都会使隔离开关在操作时,使该处受力不均匀,在长期运行中造成绝缘支柱在法兰处断裂的缺陷。
1.4.3、部分绝缘支柱的材质、工艺不符合要求,达不到标称参数的要求。从绝缘支柱的断面上看,材质粗糙,存在杂质。
1.4.4、运行单位没有根据运行工况选用机械强度符合运行条件的绝缘支柱,也是原因之一。
2、常见故障解决方案
2.1、加强隔离开关的选型管理
从隔离开关在潮湿、酸雨地区的运行情况看,隔离开关的防锈蚀能力不能满足运行要求,并由此而引起操作卡阻、分合不到位等缺陷。因此,在设备订货时注意以下几点:
2.1.1、隔离开关用材考虑采用不锈钢轴销、不锈钢轴套或用无油复合轴套代替镀锌钢轴销和黄铜轴套。
2.1.2、考虑采用能防止雨水潮气渗入的有密封结构的滚珠轴承,可用滴点高、稳定性优良的二硫化钼锂脂代替常用的黄干油。
2.1.3、主刀的电动机构箱和地刀的手力机构箱采用不锈钢产品或经渗锌处理的钢制产品。
2.1.4、采用高强瓷的绝缘支柱代替普通瓷柱。
2.2、安装时加强隔离开关的检查和验收
部分厂家对出厂产品装配质量把关不严,如螺丝未拧紧,润滑剂未加足或根本未加,平衡弹簧反向安装等等。在安装时也未曾解体检查,必将给变电站的安全运行带来威胁。因此,安装隔离开关时,必须对其进行解体检查,并严格执行隔离开关的安装工艺,另外,验收人员也应熟悉产品的调试技术要求,严格把好验收关,防止将基建安装时的缺陷带入运行中。
2.3、GW5系列隔离开关故障解决方案
2.3.1、改进隔离开关的转动部位
2.3.1.1、轴承座内上、下各有一个轴承,除转动轴外还有很大的空腔,为从外部向轴承内部补油,在轴承的内腔增加2个隔板(上、下各1个),隔板内孔有一个“O”型胶圈与轴密封,而且不影响主轴的转动。隔板外沿与轴承外套相同,并被轴承外套压紧。在轴承座中部有一个三通,三通与外连接1个带有逆止阀的注油嘴,另外两通分别与上下隔板用铜管连通。轴承座内有了固定油道,用注油枪向注油嘴注油时,油在压力作用下到达轴承外。这样,不分解轴承座,就能向轴承补油,保障了轴承内永远有润滑油,不再发生无油锈蚀,也使操作轻松。
2.3.1.2、为彻底解决下防尘罩接水问题,重新设计了防尘罩,并在轴承座下部加工出防尘罩扣入槽,下防尘罩既接不到水,又将轴承内的油密封起来,防止轴承内油的流失。
2.3.2、改进隔离开关传动拉杆接头
传动拉杆接头主要是滑动摩擦改为滚动摩擦,不含油改为含油,并增加防尘防雨的措施。
2.3.3、改进隔离开关导流系统
2.3.3.1、在触指座的两侧各增加一个凸台,不影响触指活动范围,起阻挡触指越出定位点的作用。
2.3.3.2、左触指座装配后,在每个触指的尾端用镀银软铜带与左触指座的凸台用螺丝固定连接。这样保障了接触面的清洁,使接触电阻稳定不变。
2.3.3.3、防止弹簧分流并提高防腐能力,弹簧镀锌后,表面喷涂环氧树脂增加绝缘性能,防止分流,弹簧的固定销也由原来的A3材质换为不锈钢材质。
2.3.3.4、触指座的定位框板,由A3材质改为85黄铜板,满足机械强度并提高防锈能力。
2.3.3.5、接线座内导电杆上下端各有一个固定点,中间是软导电带,接线座上端有绝缘轴套固定导电杆,导电杆在轴套内可灵活转动90°。绝缘轴套是“酚醛不定向玻纤压塑料”,与导电杆之间涂一层二硫化钼润滑脂,提高润滑效果。下端固定板与导电杆之间也增加一个与上轴套类似的轴套,并涂二硫化钼润滑脂,使导电杆与固定板隔离,防止分流。
2.4、GW6—220G系列隔离开关的解决方案
2.4.1、原小轴两端均为M6螺栓固定,中间与套摩擦部位不存润滑脂,摩擦力较大。改为中间部位有浅油槽、轴销一端有带逆止阀的注油嘴、另一端仍有M6螺丝固定。改后轴销与原轴销相同,无须分解,通过注油嘴将二硫化钼润滑脂送到轴销的摩擦部位。拉杆接头均改成带有滚针轴承和注油嘴的拉杆接头,无须分解,通过注油嘴可将二硫化钼充满滚针轴承。
2.4.2、传动主轴在与拐臂摩擦处增加含油槽、主轴上部增加注油嘴,也达到了不分解补油的目的。右拐臂增加筒臂厚度,加工出两条注油道与外部注油嘴相同,从注油嘴注油,通过两条油道将油送到两端的滚珠轴承。达到了不分解,却保障转动部位润滑良好。
2.5、GW7—220系列隔离开关的解决方案
改进后的静触指座转轴上部设有防尘措施,保障轴内清洁。转轴上下端各有一个滚针轴承,固定转轴,使转轴与静触座间由滑动摩擦改为滚动摩擦,减少摩擦力。在转轴下部有一个直径5 mm的钢球,钢球下部的球托与静触座是螺纹连接。旋入球托,钢球将转轴顶起0.5 mm左右,使转轴上部与静触座的滑动摩擦改为下部滚动摩擦。在静触座的下部侧面,在通往转轴孔内的油道,外部装有带逆止阀的注油嘴,不分解静触座,注油嘴可向转轴内注入润滑油。
3、常见故障解决后的收益和结论
3.1、经过改进,其转动、传动部位增设了外部注油孔和导电部分的一系列改进,降低了上述三种老旧隔离开关的维护工作量,延长了使用寿命及大修周期。
3.2、改造前隔离开关的大修周期是5年,5年后大修时还要投入大量的人力、物力,另外要长时间停电才能完成一组隔离开关的大修,降低了设备的供电可靠性;改造后隔离开关大修周期延长,维护量减小,降低年维护和大修成本,一个电力公司,每年就隔离开关这一项就节省大量资金。
参考文献:
1、国家电网公司 《交流高压隔离开关和接地开关技术标准》
2、国家电网公司《交流高压隔离开关检修规范》
3、进口252(245)～550kV交流高压断路器和隔离开关技术规范DL/T405—1996
4、牡丹江电业局企业标准《变电设备检修规程》
作者简介:
原向涛(1969-),男,工程师,牡丹江电业局
1、隔离开关常见故障
1.1、转动部位的故障
1.1.1、隔离开关的轴承座内上下各有一个单列圆锥滚珠轴承,轴承座外部没有通向轴承的补油孔及通道。在长期运行中,无法补充润滑油,润滑油干枯后会发生锈蚀现象,使操作沉重,甚至操作不动。
1.1.2、轴承座下防尘罩设计不合理,雨水被防尘罩接往,积存在下防尘罩内,轴承座下端的轴承浸泡在水中,使下端轴承锈蚀现象极为普遍。
1.1.3、操作机构主轴与铜套锈蚀现象较普遍,以CS17为例,操作机构主轴与铜套间隙窄小,含不住润滑油。轴与套间长期得不到润滑油的补充,天长日久铜套与铁轴间生锈,一但需要操作,重者拉不开、合不上,轻者操作很费力。
1.1.4、传动箱内传动轴与轴承座间有一单列向心球轴承,该轴承上部有防尘罩,而下部却暴露在空气中,从传动箱的下部向上看,便可看到轴承的钢球。安装时,轴承内涂满润滑油。夏季太阳直射产生的温度使润滑油变稀流出轴承,轴承缺润滑油而发生锈蚀现象,给操作带来困难。
1.1.5、带有传动箱的GW5型隔离开关有主传动拉杆,其拉杆接头与连臂上的Φ16轴滑动摩擦,在轴与孔的间隙内存在极少的润滑油,其上部没有防尘防水的措施。隔离开关是室外设备,长期运行在一个位置(分位或合位)。室外条件变化较大,加上风雨侵袭,造成轴与孔间锈蚀。长时间不操作,轴与拉杆接头将锈死,一旦操作,会造成主传动拉杆弯曲或折断,使倒闸操作无法进行。
1.1.6、GW5系列隔离开关的固定触指框板是A3钢板冲压而成的,并镀锌防锈。弹簧两侧的销也是A3材质并镀锌,经过多年的运行,发现这两个零件锈蚀严重,在污秽地区更为严重。
1.1.7、GW6—220G型隔离开关的小轴销较多,虽有锈蚀现象但由于轴销细,产生的阻力不大。此外,拉杆接头、传动主轴右拐臂锈蚀均会产生较大的操作阻力。根据以上四部分产生的摩擦阻力,均会严重影响倒闸操作的进行。
1.2、导流系统常见故障
1.2.1、GW5系列隔离开关在运行中每年春秋检中都会发现触指烧损,烧损部位均为触指定位点周围,尤其是触指末端。其原因是隔离开关合闸后,触头的宽度大于触指座的宽度。合闸后触指被撑开,使触指与触指座变成了点接触。还有一种现象是合闸时触头与触指碰撞,使触指越出定位孔,触指的定位凸点与触指座接触形成点接触。以上两种现象均使触指与触指座的间隙内存有污物,使接触电阻增大、过热导致触指烧损。
1.2.2、GW7隔离开关存在的问题基本与GW5相同,但GW7隔离开关静触座的传动、转动部位不灵活,极易造成隔离开关分、合闸不到位,特别是分闸更困难,有时拉杆拉弯了也分不开。通过分解静触座,发现座内污物较多,转轴有锈蚀,造成转动不灵活。如果六个静触座转动都不灵活,就会使分、合闸非常困难。转轴上部没有防尘措施,轴也内没有含油道,运行几年就会发生上述现象。
1.3、材料常见锈蚀问题
近年来,隔离开关的抗腐蚀能力差,主要有以下几种情况:
1.3.1、隔离开关的底座横梁采用热镀锌工艺,生锈的现象较普遍,这与运行环境有关,也与出厂时的加工工艺有关,如某变电站的GW6型隔离开关,前后分两批购置,迟2年投运的一批隔离开关,其钢构架的锈蚀情况反而比早投运的一批隔离开关严重得多。
1.3.2、隔离开关零部件一般采用冷镀锌工艺,镀锌工艺不符合要求,表面处理质量差,造成螺栓、螺母、轴销、开口鞘、垫圈、弹簧等零部件锈蚀严重,影响了隔离开关的正常操作。
1.3.3、部分零部件的材质差,如某变电站的110kV GW4型隔离开关,在运行中发现其接线座的铸铝支持件有开裂现象,个别甚至整个断裂,原因可能是该批铸铝支持件的材质差,在运行中受酸雨、盐雾和电化学反应的影响而变脆,在应力的作用下开裂并发展至整个断裂。
1.4、隔离开关瓷瓶断裂问题
近年来,发现隔离开关的支柱瓷瓶在运行中或操作时发生断裂的现象有增加的趋势,主要发生在GW4型隔离开关上。
1.4.1、由于该型开关的绝缘支柱,承担着支持和传动的作用,导线拉力和合闸时的阻力共同作用于绝缘支柱,产生力矩,但操作传动系统有阻滞时,绝缘支柱受到附加扭矩影响则阻滞更大。安装调试不当,也会使隔离开关在操作时受到不应有的附加应力,从而造成绝缘支柱的断裂。
1.4.2、从统计上看,绝缘支柱断裂的部位往往发生在法兰端面,这表明该处是受应力作用最大的地方。从加工工艺上分析,绝缘支柱和法兰的水泥胶装不良,有细微的间隙和空洞,或胶装深度过浅,都会使隔离开关在操作时,使该处受力不均匀,在长期运行中造成绝缘支柱在法兰处断裂的缺陷。
1.4.3、部分绝缘支柱的材质、工艺不符合要求,达不到标称参数的要求。从绝缘支柱的断面上看,材质粗糙,存在杂质。
1.4.4、运行单位没有根据运行工况选用机械强度符合运行条件的绝缘支柱,也是原因之一。
2、常见故障解决方案
2.1、加强隔离开关的选型管理
从隔离开关在潮湿、酸雨地区的运行情况看,隔离开关的防锈蚀能力不能满足运行要求,并由此而引起操作卡阻、分合不到位等缺陷。因此,在设备订货时注意以下几点:
2.1.1、隔离开关用材考虑采用不锈钢轴销、不锈钢轴套或用无油复合轴套代替镀锌钢轴销和黄铜轴套。
2.1.2、考虑采用能防止雨水潮气渗入的有密封结构的滚珠轴承,可用滴点高、稳定性优良的二硫化钼锂脂代替常用的黄干油。
2.1.3、主刀的电动机构箱和地刀的手力机构箱采用不锈钢产品或经渗锌处理的钢制产品。
2.1.4、采用高强瓷的绝缘支柱代替普通瓷柱。
2.2、安装时加强隔离开关的检查和验收
部分厂家对出厂产品装配质量把关不严,如螺丝未拧紧,润滑剂未加足或根本未加,平衡弹簧反向安装等等。在安装时也未曾解体检查,必将给变电站的安全运行带来威胁。因此,安装隔离开关时,必须对其进行解体检查,并严格执行隔离开关的安装工艺,另外,验收人员也应熟悉产品的调试技术要求,严格把好验收关,防止将基建安装时的缺陷带入运行中。
2.3、GW5系列隔离开关故障解决方案
2.3.1、改进隔离开关的转动部位
2.3.1.1、轴承座内上、下各有一个轴承,除转动轴外还有很大的空腔,为从外部向轴承内部补油,在轴承的内腔增加2个隔板(上、下各1个),隔板内孔有一个“O”型胶圈与轴密封,而且不影响主轴的转动。隔板外沿与轴承外套相同,并被轴承外套压紧。在轴承座中部有一个三通,三通与外连接1个带有逆止阀的注油嘴,另外两通分别与上下隔板用铜管连通。轴承座内有了固定油道,用注油枪向注油嘴注油时,油在压力作用下到达轴承外。这样,不分解轴承座,就能向轴承补油,保障了轴承内永远有润滑油,不再发生无油锈蚀,也使操作轻松。
2.3.1.2、为彻底解决下防尘罩接水问题,重新设计了防尘罩,并在轴承座下部加工出防尘罩扣入槽,下防尘罩既接不到水,又将轴承内的油密封起来,防止轴承内油的流失。
2.3.2、改进隔离开关传动拉杆接头
传动拉杆接头主要是滑动摩擦改为滚动摩擦,不含油改为含油,并增加防尘防雨的措施。
2.3.3、改进隔离开关导流系统
2.3.3.1、在触指座的两侧各增加一个凸台,不影响触指活动范围,起阻挡触指越出定位点的作用。
2.3.3.2、左触指座装配后,在每个触指的尾端用镀银软铜带与左触指座的凸台用螺丝固定连接。这样保障了接触面的清洁,使接触电阻稳定不变。
2.3.3.3、防止弹簧分流并提高防腐能力,弹簧镀锌后,表面喷涂环氧树脂增加绝缘性能,防止分流,弹簧的固定销也由原来的A3材质换为不锈钢材质。
2.3.3.4、触指座的定位框板,由A3材质改为85黄铜板,满足机械强度并提高防锈能力。
2.3.3.5、接线座内导电杆上下端各有一个固定点,中间是软导电带,接线座上端有绝缘轴套固定导电杆,导电杆在轴套内可灵活转动90°。绝缘轴套是“酚醛不定向玻纤压塑料”,与导电杆之间涂一层二硫化钼润滑脂,提高润滑效果。下端固定板与导电杆之间也增加一个与上轴套类似的轴套,并涂二硫化钼润滑脂,使导电杆与固定板隔离,防止分流。
2.4、GW6—220G系列隔离开关的解决方案
2.4.1、原小轴两端均为M6螺栓固定,中间与套摩擦部位不存润滑脂,摩擦力较大。改为中间部位有浅油槽、轴销一端有带逆止阀的注油嘴、另一端仍有M6螺丝固定。改后轴销与原轴销相同,无须分解,通过注油嘴将二硫化钼润滑脂送到轴销的摩擦部位。拉杆接头均改成带有滚针轴承和注油嘴的拉杆接头,无须分解,通过注油嘴可将二硫化钼充满滚针轴承。
2.4.2、传动主轴在与拐臂摩擦处增加含油槽、主轴上部增加注油嘴,也达到了不分解补油的目的。右拐臂增加筒臂厚度,加工出两条注油道与外部注油嘴相同,从注油嘴注油,通过两条油道将油送到两端的滚珠轴承。达到了不分解,却保障转动部位润滑良好。
2.5、GW7—220系列隔离开关的解决方案
改进后的静触指座转轴上部设有防尘措施,保障轴内清洁。转轴上下端各有一个滚针轴承,固定转轴,使转轴与静触座间由滑动摩擦改为滚动摩擦,减少摩擦力。在转轴下部有一个直径5 mm的钢球,钢球下部的球托与静触座是螺纹连接。旋入球托,钢球将转轴顶起0.5 mm左右,使转轴上部与静触座的滑动摩擦改为下部滚动摩擦。在静触座的下部侧面,在通往转轴孔内的油道,外部装有带逆止阀的注油嘴,不分解静触座,注油嘴可向转轴内注入润滑油。
3、常见故障解决后的收益和结论
3.1、经过改进,其转动、传动部位增设了外部注油孔和导电部分的一系列改进,降低了上述三种老旧隔离开关的维护工作量,延长了使用寿命及大修周期。
3.2、改造前隔离开关的大修周期是5年,5年后大修时还要投入大量的人力、物力,另外要长时间停电才能完成一组隔离开关的大修,降低了设备的供电可靠性;改造后隔离开关大修周期延长,维护量减小,降低年维护和大修成本,一个电力公司,每年就隔离开关这一项就节省大量资金。
参考文献:
1、国家电网公司 《交流高压隔离开关和接地开关技术标准》
2、国家电网公司《交流高压隔离开关检修规范》
3、进口252(245)～550kV交流高压断路器和隔离开关技术规范DL/T405—1996
4、牡丹江电业局企业标准《变电设备检修规程》
作者简介:
原向涛(1969-),男,工程师,牡丹江电业局