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摘 要：文章分析了空气绝缘的隔离开关开合母线转换电流的原理，要求试验时试品布置形式以及状态，给出了隔离开关辅助触头结构上的改进、及操作试验中应采取的措施。
关键词：隔离开关；母线转换电流；试验；引弧；改进
中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0089-02
1 概 述
变电站常用的三类高压设备是，组合电器（GIS），断路器（GCB），隔离开关（GW）。其中，隔离开关的主要作用是隔离输电线路、建立明显的隔离空气绝缘断口。另外还在母线环路变电站中，隔离开关还用来转换母线，即开合母线转换电流（又称切环流）。根据电力部标准，对252 kV以上的高压隔离开关产品必须具有开断和关合母线转换电流的能力。
母线转换电流是负荷从一个母线系统转换到另一个母线系统时，隔离开关必须开断和关合的电流；母线转换电压是隔离开关开断母线转换电流之后或者关合母线转换电流之前，出现在隔离开关端口上的工频电压。为了满足电力部要求，我公司的GW27A-363产品研制时，就专门设计了一套为做母线电流转换试验的装置，我们叫做辅助引弧装置。
下面就逐一介绍：辅助装置的结构；首次试验中出现的故障分析；通过改进设计方案，最后完成试验的过程。
2 实验经过
2.1 产品结构
合闸状态如图1所示，分闸状态如图2所示，辅助引弧装置如图3所示。
图3所示的辅助引弧装置，由装在导电杆端部的引弧板，装在主静触头装配上的消弧圈两部分组成，他们的作用是：当合闸时，在主触头与触指接触前，引弧板提前与消弧圈接触，而当分闸瞬间，引弧板与消弧圈又晚些时候脱开，达到保护主触指不被母线转换电流产生的电弧烧毁的目的。
2.2 实验前准备，试品调试过程及结果
GW27A-363产品在现场的装配完毕情况分别如图4和图5所示。
按照试验要求，产品装配完成和接大线完毕，要反复操作了多次，最终达到：
①合闸后，导电杆两端的动触头同时与两端静触头分别接触；并且使主动触头的轴线与静触头中两排主触指平行，达到上、下静触指与主动触头同时接触且具有相同的压缩量。
②合闸时，引弧板与消弧圈先接触，然后才是主触指和主触头接触；分闸时，主触指和主触头脱离后，引弧板与消弧圈才脱离。
2.3 试验过程现象描述（必要的分析及故障部位的判定）
第一次试验开始后，先远控操作，由分闸状态到合闸，合闸完毕立即分闸。在主触头将分开的瞬间，观察到引弧板与消弧圈之间有一团火球，直径大约半米，主导电杆有短暂的停顿后才向前走，速度快，到分闸位置，没有停止，直到角度分到大约90 °位置撞到墙壁才反弹、停止住。波形图如图6所示，通过波形图，确定燃弧时间为681.5 ms。
分闸后，从安全距离观察产品：主触头刀板变为竖直状态，经过与主管试验员沟通，切断电源，人员上去，将刀板转动到正确位置，继续电动操作，合闸和分闸都正常。随即继续做。第二次也是先合后分：情况跟第一次几乎一样，分出来后，刀板已经变直。再强行合闸时，刀板被导向板挡住，进不去。试验只能停止。第二次燃弧时间为104.5 ms，如图7所示。
2.4 试验结束后处理
试验停止后，将最终状态拍照，又上去仔细观察燃烧情况：上边引弧板烧损严重（两端一样），如图8和图9所示。
试验出现故障后，对试品整体检查：除了上述零件烧坏外，没有发现拉杆、转动座、 操动机构等有异常情况。
3 故障分析
根据消弧圈被烧后粘连的痕迹，初步分析：
由隔离开关本身的操作特性决定，隔离开关分合闸时间一般在12 s左右，这样就说明，隔离开关的主闸刀运动速度较慢，在开合母线转换电流时，产生电弧的燃弧时间较长，而电弧中心的温度可以高达1 000 °C。因此，我们认为造成本次试验失败的原因：主要是消弧圈的材料问题。试验用材料是4板T2Y，此材料低熔点，气化点比较低，当主触指与动触头脱离的瞬间，电流全通过引弧板和消弧圈，引起电弧现象，而电弧产生的超高温将铜板做成的消弧圈融化。融化后的消弧圈和引弧板发生粘连，造成阻力，使主刀不能正常从静触座中出来，此时电动机构仍在继续拉动主刀转动，这样主刀只能在被强行拽开，造成出来后刀板变直，不能正常的再合闸。
综合以上分析：消弧圈的材料问题，应该是试验失败的主要原因。
4 改进方案
找到试验失败的原因后，我们制定了三套方案：
方案一：原结构不变，仅改零件材料：将消弧圈的材料T2Y改为铜钨合金CuW，结构不变。
方案二：结构改变，借鉴GW□-515产品结构：引弧棒（铜钨合金Cu-70） 、软连接、扭簧。
方案三：借鉴我公司252 kV产品的引弧结构：引弧棒材料为铜钨合金CuW-70，引弧板材料为3X30钢带65 MnY。
第一套方案需要投制铜钨合金消弧圈，零件用料多，加工也比较困难，需要找专业厂家。
第二套方案与GW□-515产品结构相同，零件投制周期短，改进成本低，甚至可以直接借用GW□-515产品的有些零件，并且此产品已经顺利通过母线转换电流试验。
第三套方案与GW27-252产品原有的引弧结构相同，这样引弧棒加工技术比较成熟，零件投制周期也会很短。所以，采用第三套方案，试验更有把握通过。
上述三套方案都可行，但考虑实验零部件的组织，以及实验周期，最后我们优选了第一套方案，加工一套铜钨合金CuW材料的消弧圈。
5 重新试验情况
更换新零件后，在沈阳高压试验站重新做了试验：转换电流1 600 A，恢复电压300 V，顺利开断100次的分合闸试验。
6 结 语
试验后，产品的状态完全符合试验要求，隔离开关的机械操作和绝缘特性与试验前的状态相同，辅助触头有烧焦痕迹，但没有熔化点，消弧圈上有斑点和电弧烧过触头材料沉积的灭弧介质，而主导电系统，特别市主触指完好无损。满足产品技术条件的规定，辅助触头的烧损在国标和电力部标准允许的范围内，隔离开关断口间以及相对地水平满足有关标准对隔离开关的要求。
通过本次技术探讨，希望对以后其他隔离开关的此项试验有所借鉴。
参考文献：
[1] GB2900.20，高压开关设备[S].
[2] GB 1985-2004，高压交流隔离开关和接地开关[S].
[3] GB/T 11022-1999，高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求[S].
关键词：隔离开关；母线转换电流；试验；引弧；改进
中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0089-02
1 概 述
变电站常用的三类高压设备是，组合电器（GIS），断路器（GCB），隔离开关（GW）。其中，隔离开关的主要作用是隔离输电线路、建立明显的隔离空气绝缘断口。另外还在母线环路变电站中，隔离开关还用来转换母线，即开合母线转换电流（又称切环流）。根据电力部标准，对252 kV以上的高压隔离开关产品必须具有开断和关合母线转换电流的能力。
母线转换电流是负荷从一个母线系统转换到另一个母线系统时，隔离开关必须开断和关合的电流；母线转换电压是隔离开关开断母线转换电流之后或者关合母线转换电流之前，出现在隔离开关端口上的工频电压。为了满足电力部要求，我公司的GW27A-363产品研制时，就专门设计了一套为做母线电流转换试验的装置，我们叫做辅助引弧装置。
下面就逐一介绍：辅助装置的结构；首次试验中出现的故障分析；通过改进设计方案，最后完成试验的过程。
2 实验经过
2.1 产品结构
合闸状态如图1所示，分闸状态如图2所示，辅助引弧装置如图3所示。
图3所示的辅助引弧装置，由装在导电杆端部的引弧板，装在主静触头装配上的消弧圈两部分组成，他们的作用是：当合闸时，在主触头与触指接触前，引弧板提前与消弧圈接触，而当分闸瞬间，引弧板与消弧圈又晚些时候脱开，达到保护主触指不被母线转换电流产生的电弧烧毁的目的。
2.2 实验前准备，试品调试过程及结果
GW27A-363产品在现场的装配完毕情况分别如图4和图5所示。
按照试验要求，产品装配完成和接大线完毕，要反复操作了多次，最终达到：
①合闸后，导电杆两端的动触头同时与两端静触头分别接触；并且使主动触头的轴线与静触头中两排主触指平行，达到上、下静触指与主动触头同时接触且具有相同的压缩量。
②合闸时，引弧板与消弧圈先接触，然后才是主触指和主触头接触；分闸时，主触指和主触头脱离后，引弧板与消弧圈才脱离。
2.3 试验过程现象描述（必要的分析及故障部位的判定）
第一次试验开始后，先远控操作，由分闸状态到合闸，合闸完毕立即分闸。在主触头将分开的瞬间，观察到引弧板与消弧圈之间有一团火球，直径大约半米，主导电杆有短暂的停顿后才向前走，速度快，到分闸位置，没有停止，直到角度分到大约90 °位置撞到墙壁才反弹、停止住。波形图如图6所示，通过波形图，确定燃弧时间为681.5 ms。
分闸后，从安全距离观察产品：主触头刀板变为竖直状态，经过与主管试验员沟通，切断电源，人员上去，将刀板转动到正确位置，继续电动操作，合闸和分闸都正常。随即继续做。第二次也是先合后分：情况跟第一次几乎一样，分出来后，刀板已经变直。再强行合闸时，刀板被导向板挡住，进不去。试验只能停止。第二次燃弧时间为104.5 ms，如图7所示。
2.4 试验结束后处理
试验停止后，将最终状态拍照，又上去仔细观察燃烧情况：上边引弧板烧损严重（两端一样），如图8和图9所示。
试验出现故障后，对试品整体检查：除了上述零件烧坏外，没有发现拉杆、转动座、 操动机构等有异常情况。
3 故障分析
根据消弧圈被烧后粘连的痕迹，初步分析：
由隔离开关本身的操作特性决定，隔离开关分合闸时间一般在12 s左右，这样就说明，隔离开关的主闸刀运动速度较慢，在开合母线转换电流时，产生电弧的燃弧时间较长，而电弧中心的温度可以高达1 000 °C。因此，我们认为造成本次试验失败的原因：主要是消弧圈的材料问题。试验用材料是4板T2Y，此材料低熔点，气化点比较低，当主触指与动触头脱离的瞬间，电流全通过引弧板和消弧圈，引起电弧现象，而电弧产生的超高温将铜板做成的消弧圈融化。融化后的消弧圈和引弧板发生粘连，造成阻力，使主刀不能正常从静触座中出来，此时电动机构仍在继续拉动主刀转动，这样主刀只能在被强行拽开，造成出来后刀板变直，不能正常的再合闸。
综合以上分析：消弧圈的材料问题，应该是试验失败的主要原因。
4 改进方案
找到试验失败的原因后，我们制定了三套方案：
方案一：原结构不变，仅改零件材料：将消弧圈的材料T2Y改为铜钨合金CuW，结构不变。
方案二：结构改变，借鉴GW□-515产品结构：引弧棒（铜钨合金Cu-70） 、软连接、扭簧。
方案三：借鉴我公司252 kV产品的引弧结构：引弧棒材料为铜钨合金CuW-70，引弧板材料为3X30钢带65 MnY。
第一套方案需要投制铜钨合金消弧圈，零件用料多，加工也比较困难，需要找专业厂家。
第二套方案与GW□-515产品结构相同，零件投制周期短，改进成本低，甚至可以直接借用GW□-515产品的有些零件，并且此产品已经顺利通过母线转换电流试验。
第三套方案与GW27-252产品原有的引弧结构相同，这样引弧棒加工技术比较成熟，零件投制周期也会很短。所以，采用第三套方案，试验更有把握通过。
上述三套方案都可行，但考虑实验零部件的组织，以及实验周期，最后我们优选了第一套方案，加工一套铜钨合金CuW材料的消弧圈。
5 重新试验情况
更换新零件后，在沈阳高压试验站重新做了试验：转换电流1 600 A，恢复电压300 V，顺利开断100次的分合闸试验。
6 结 语
试验后，产品的状态完全符合试验要求，隔离开关的机械操作和绝缘特性与试验前的状态相同，辅助触头有烧焦痕迹，但没有熔化点，消弧圈上有斑点和电弧烧过触头材料沉积的灭弧介质，而主导电系统，特别市主触指完好无损。满足产品技术条件的规定，辅助触头的烧损在国标和电力部标准允许的范围内，隔离开关断口间以及相对地水平满足有关标准对隔离开关的要求。
通过本次技术探讨，希望对以后其他隔离开关的此项试验有所借鉴。
参考文献：
[1] GB2900.20，高压开关设备[S].
[2] GB 1985-2004，高压交流隔离开关和接地开关[S].
[3] GB/T 11022-1999，高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求[S].