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摘 要：由于220 kV变电站供电范围广，一旦停电，影响面大，会造成很大的经济损失，因此，其安全运行是保障供电可靠的重要因素。隔离开关是电网倒闸操作和方式调整中的重要设备之一，近年来由于该设备故障引起的变电站供电问题越来越常见，必须引起关注。文章对隔离开关运行过程常见的异常原因进行分析，并提出处理故障的解决办法。
关键词：220 kV隔离开关；故障分析；故障处理
中图分类号：TM564.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0086-02
1 隔离开关简介
隔离开关（简称刀闸），能在电力系统中实现隔离电源、改变系统运行方式、分合小负荷电流、以及进行倒闸等功能，通过操作隔离开关形成一个明显的电路断开点，确保待检修设备与220 kV系统其他带电部分间完全隔离，进而保证检修维护工作过程人员人身安全。隔离开关由于其结构简单、操作便捷，通常没有严格的大修周期规定，但在长期运行过程中，由于各种原因均可能导致隔离开关发生如拒动、开关触头发热以及瓷绝缘子断裂等诸多故障，给整个220 kV系统的安全运行和工作人员人身安全带来隐患。
2 隔离开关技术条件与操作原则
在220 kV电网系统里，高压交流隔离开关根据分类方式不同可以有多种类型。如按安装地点，可分为户外敞开式和户内封闭式；按运动方式，可分为水平旋转式和垂直旋转式等。220 kV隔离开关在500 kV变电站220 kV部分或者220 kV变电站多采用户外敞开式，根据用途和场地条件，可采用水平旋转或垂直旋转方式。在设计安装、选型更换、大修技改中，均应充分考虑环境、气候等因素，确保隔离开关能够保持较高的稳定可靠工作性能。
隔离开关内部没有灭弧装置，在运行过程不能用来开闭220 kV系统负荷电流，隔离开关必须与断路器配合来改变系统运行方式。因此对隔离开关必须遵守一定的操作原则，分合闸动作要果断、快速，终了时注意不可用力过猛，并目测其动触头位置是否符合要求；不管分闸还是合闸操作，除负荷在隔离开关允许的操作范围之内外，都不应带负荷；如若发生带负荷误操作隔离开关时，误合闸后不得再立即拉开，误分闸后不得立即合上。
3 隔离开关常见故障分析
3.1 拒动和分合不到位
拒动和分合不到位是隔离开关最主要的异常和故障之一。由于元件锈蚀、端子箱进水受潮、润滑干涸、机构卡涩、辅助开关失灵等，都会在不同程度上导致刀闸拒动或者分合闸不正常。故障原因可分为一次和二次，一次包括传动部分故障、操作机构故障；二次包括外部闭锁回路、电机控制回路、电机工作回路等控制回路问题。从我局变电运行实际经验来看，220 kV GW型号隔离开关故障率较高，主要表现为传动部分连杆连接部分出现折断问题；另外，由于GW型号刀闸操作机构密封性不强，受潮引起元件锈蚀、辅助开关、相关继电器失灵等现象，出现卡滞问题，导致隔离开关拒动或者三相分合不到位。除此之外，西门子PR和DR型号也同样出现操作回路、传动连杆断裂出现类似问题。
3.2 隔离开关触头发热
根据温升大小、最热点温度或三相刀闸温度对比可确定隔离开关发热程度、缺陷等级，隔离开关是电流致热型设备，发热容易发生在压紧弹簧或螺丝部位，严重时可使隔离开关退出运行。导电回路接触不良是隔离开关触头发热的元凶，或压紧弹簧或螺丝松动，接触面氧化、接触电阻增大，或是刀片与静触头接触面积减小，导致触头工作环境被破坏。变电站设备投产后、隔离开关定期检修后、过负荷运行或频繁操作不当，易使隔离开关发热问题突出。
3.3 瓷绝缘子断裂
瓷瓶断裂故障对安全运行威胁最大，若220 kV隔离开关在运行或操作时发生绝缘子断裂，首当其冲会损坏相邻正常设备，给操作人员带来严重人身财产损失。在220 kV高压区域发生隔离开关瓷绝缘子断裂，容易造成隔离开关对地闪络放电、带负荷自动分合闸等事故，引起母线短路、变电站大面积失压，造成较大停电事故。
4 现场处置方法
4.1 拒动和分合不到位处理
4.1.1 隔离开关出现拒动
应及时查明原因再进行操作。一次部分检查故障刀闸总体机构外观，通过查看故障刀闸是否有传动部分锈蚀、卡死甚至断裂现象，观察隔离开关触头是否熔焊变形、轴销是否脱落或者瓷件破裂、断裂，判断是否有机械故障。二次回路按以下顺序排查故障：①首先检查刀闸闭锁回路，通过查看控制电源电压、电源空气开关和测量闭锁接点电压，判断闭锁回路是否正常；②其次检查电机控制回路，查看控制把手位置、查阅图纸测量端子排接点电压情况，判断是否热耦继电器、交流接触器、行程开关故障或者接点接触不良有等情况；③最后检查电机工作回路，通过查看电源空气开关、观闻机构箱电机情况和测量电机相间电阻，判断是否有电机电源缺相、电机烧坏等情况。在未查清原因前不应强行操作，否则可能造成设备损坏事故，此时只有改变运行方式并及时向调度申请停电检修，通知检修人员协助处理。
4.1.2 隔离开关分合不到位
应通过现场位置指示牌、实际物理位置、后台机信息（遥信量、电压量、电流量等）和带电显示装置（针对户内GIS和封闭式高压柜设备）等综合判断分合是否到位，处理时根据拉弧情况区别处理。①若没有出现拉弧现象，无论是要将刀闸拉开还是合上，现场人员应尝试进行分闸操作，无论分闸成功与否，都应立即将现场情况汇报调度以及领导，并通知检修人员进行处理。再根据调度的处理意见进行故障处理，并将处理情况及时汇报调度及领导，在问题没有得到妥善处理前，不得再进行合闸操作。②若刀闸出现拉弧现象，在确保人身安全的前提下，必须立即采取措施消除拉弧。应根据刀闸位置，灵活进行相应处置，若在端子箱处电动操作均失效，则在机构箱处依次通过手按接触器、手摇分闸，直至刀闸消弧。若手动分合闸仍不能消弧，应汇报调度及领导，当设备损坏无法自行处理时，再汇报后和检修人员到达现场之前，应先做好安全隔离措施。 补充说明的是，要当故障刀闸为线路侧（主变侧）刀闸时，必须在机构箱处操作前在后台机拉开母线侧刀闸后方可继续。开关两端产生的过电压较高，可能会造成开关均压电容爆炸，因此必须首先在后台远方拉开相邻隔离开关使其熄弧，否则在这种情况下禁止人员在隔离开关持续拉弧时直接在机构箱处操作。
4.2 隔离开关触头发热处理
根据发热程度（缺陷等级）区别处理：发热点温差小于15 K（一般缺陷），应加强监测；热点温度大于90 ℃或相对温差大于80%（严重缺陷），应加强监测，安排相关测试手段确认缺陷性质，并立即采取措施；热点温度大于130℃或相对温差大于95%（紧急缺陷），应立即转移负荷或降负荷，紧急时立即安排停电处理。当具备操作条件时，可以根据不同接线方式分别处理：双母线接线时根据运行方式在允许的条件下，利用母联断路器，采用热倒方式转移负载；带旁路断路器的接线可用旁路断路器代替；单母线接线时必须降低其负载，应尽可能地停止使用或采用降温的方法，以降低其温度。当不具备操作条件时（熔焊黏连），必须立即越级停电处理。
停电处理过热刀闸包括检查与调整弹簧压力，或者更换弹簧；适当采用砂纸清除锄头表面氧化层，打磨接触面，增大接触面，涂上导电膏；或更换容量较大的隔离开关。处理完毕恢复送电，运行人员应在操作后仔细检查触头接触情况，三相分合到位，并在投入运行后继续关注其温升情况，确认故障已排除。
4.3 瓷绝缘子断裂处理
220 kV隔离开关瓷绝缘子出现断裂、破损放电时，容易造成故障刀闸对地闪络放电和带负荷分合闸等严重事故，引起变电站大面积停电。因此，发现该紧急缺陷时，应立即申请停电处理，更换破损绝缘子。更换绝缘子在选型使用时必须结合工程实际情况慎重选用。
5 预防措施
5.1 合理选型应用
设备选型适当与否关系日后运行可靠性，对新建或改造的隔离开关在选型应用时应关注厂家型号技术特征和缺陷史，权衡后期维护消耗与经济效益。选取具有良好性能的选型，作为隔离开关设备招标、订货等技术条件像投标商、制造厂等提出。对于一些条件较为优越的220 kV系统而言，可以通过对隔离开关进行定期大修或全部更换高性能新型隔离开关，来有效解决220 kV系统中隔离开关运行时间久引起传动部件老化等问题。
5.2 把关设计安装
为了确保隔离开关的正常运行，设计布设和安装调整环节必须根据设计图纸与相关规定严格施工。新建或改造的隔离开关各运动部位用润滑脂宜采用性能良好的润滑脂（如锂基润滑脂），应在绝缘子金属法兰与瓷件的胶装部位涂以性能良好的防水密封胶。而在投产验收前，确保隔离开关出厂试验时机械操作试验合格、现场分合操作试验正常和现场耐压试验合格。
5.3 加强运行维护
应加强红外热成像检测技术应用，特别是在日常维护过程、技改大修和投运初期加强红外测温，密切关注温度变化，在操作后应仔细检查触头的接触情况，有效排除触头发热故障；巡视关注机构箱、端子箱内防潮装置工作情况，防止凝露造成箱内零部件锈蚀和二次设备损坏；而瓷绝缘子巡视，目前除了加强日常巡视之外，对于有条件的220 kV电网系统而言，推荐采用在线检测等技术手段，实时监测隔离开关绝缘子的运行工况。另外，应适时对刀闸运行情况进行检查，梳理“三未”设备，有计划结合综合停电计划，进行周期性检查操作。
5.4 推进规范化检修
应加强检修维护力度和规范性，①整合检修资源，提高人员的检修技能；②检修作业计划和实施过程有效开展风险评估及落实管控措施；③依靠外施单位实施A类检修，自主开展B类检修；④规范和加强设备检修作业指导书应用。
6 结 语
220 kV隔离开关是电力系统的关键设备，也是异常故障容易出现的设备之一。运行人员应及时准确掌握隔离开关设备运行工况，加强运行巡视维护力度，发现故障应结合设备运行情况尽快查明故障原因，并采取合理技术措施排除隐患，确保电网系统安全可靠、节能经济的高效稳定运行。
参考文献：
[1] 生2012[71]号，中国南方电网公司反事故措施[S].
[2] 吴启文.220 kV隔离开关常见故障及处理措施探讨[J].科技与企业， 2012，（8）.
关键词：220 kV隔离开关；故障分析；故障处理
中图分类号：TM564.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0086-02
1 隔离开关简介
隔离开关（简称刀闸），能在电力系统中实现隔离电源、改变系统运行方式、分合小负荷电流、以及进行倒闸等功能，通过操作隔离开关形成一个明显的电路断开点，确保待检修设备与220 kV系统其他带电部分间完全隔离，进而保证检修维护工作过程人员人身安全。隔离开关由于其结构简单、操作便捷，通常没有严格的大修周期规定，但在长期运行过程中，由于各种原因均可能导致隔离开关发生如拒动、开关触头发热以及瓷绝缘子断裂等诸多故障，给整个220 kV系统的安全运行和工作人员人身安全带来隐患。
2 隔离开关技术条件与操作原则
在220 kV电网系统里，高压交流隔离开关根据分类方式不同可以有多种类型。如按安装地点，可分为户外敞开式和户内封闭式；按运动方式，可分为水平旋转式和垂直旋转式等。220 kV隔离开关在500 kV变电站220 kV部分或者220 kV变电站多采用户外敞开式，根据用途和场地条件，可采用水平旋转或垂直旋转方式。在设计安装、选型更换、大修技改中，均应充分考虑环境、气候等因素，确保隔离开关能够保持较高的稳定可靠工作性能。
隔离开关内部没有灭弧装置，在运行过程不能用来开闭220 kV系统负荷电流，隔离开关必须与断路器配合来改变系统运行方式。因此对隔离开关必须遵守一定的操作原则，分合闸动作要果断、快速，终了时注意不可用力过猛，并目测其动触头位置是否符合要求；不管分闸还是合闸操作，除负荷在隔离开关允许的操作范围之内外，都不应带负荷；如若发生带负荷误操作隔离开关时，误合闸后不得再立即拉开，误分闸后不得立即合上。
3 隔离开关常见故障分析
3.1 拒动和分合不到位
拒动和分合不到位是隔离开关最主要的异常和故障之一。由于元件锈蚀、端子箱进水受潮、润滑干涸、机构卡涩、辅助开关失灵等，都会在不同程度上导致刀闸拒动或者分合闸不正常。故障原因可分为一次和二次，一次包括传动部分故障、操作机构故障；二次包括外部闭锁回路、电机控制回路、电机工作回路等控制回路问题。从我局变电运行实际经验来看，220 kV GW型号隔离开关故障率较高，主要表现为传动部分连杆连接部分出现折断问题；另外，由于GW型号刀闸操作机构密封性不强，受潮引起元件锈蚀、辅助开关、相关继电器失灵等现象，出现卡滞问题，导致隔离开关拒动或者三相分合不到位。除此之外，西门子PR和DR型号也同样出现操作回路、传动连杆断裂出现类似问题。
3.2 隔离开关触头发热
根据温升大小、最热点温度或三相刀闸温度对比可确定隔离开关发热程度、缺陷等级，隔离开关是电流致热型设备，发热容易发生在压紧弹簧或螺丝部位，严重时可使隔离开关退出运行。导电回路接触不良是隔离开关触头发热的元凶，或压紧弹簧或螺丝松动，接触面氧化、接触电阻增大，或是刀片与静触头接触面积减小，导致触头工作环境被破坏。变电站设备投产后、隔离开关定期检修后、过负荷运行或频繁操作不当，易使隔离开关发热问题突出。
3.3 瓷绝缘子断裂
瓷瓶断裂故障对安全运行威胁最大，若220 kV隔离开关在运行或操作时发生绝缘子断裂，首当其冲会损坏相邻正常设备，给操作人员带来严重人身财产损失。在220 kV高压区域发生隔离开关瓷绝缘子断裂，容易造成隔离开关对地闪络放电、带负荷自动分合闸等事故，引起母线短路、变电站大面积失压，造成较大停电事故。
4 现场处置方法
4.1 拒动和分合不到位处理
4.1.1 隔离开关出现拒动
应及时查明原因再进行操作。一次部分检查故障刀闸总体机构外观，通过查看故障刀闸是否有传动部分锈蚀、卡死甚至断裂现象，观察隔离开关触头是否熔焊变形、轴销是否脱落或者瓷件破裂、断裂，判断是否有机械故障。二次回路按以下顺序排查故障：①首先检查刀闸闭锁回路，通过查看控制电源电压、电源空气开关和测量闭锁接点电压，判断闭锁回路是否正常；②其次检查电机控制回路，查看控制把手位置、查阅图纸测量端子排接点电压情况，判断是否热耦继电器、交流接触器、行程开关故障或者接点接触不良有等情况；③最后检查电机工作回路，通过查看电源空气开关、观闻机构箱电机情况和测量电机相间电阻，判断是否有电机电源缺相、电机烧坏等情况。在未查清原因前不应强行操作，否则可能造成设备损坏事故，此时只有改变运行方式并及时向调度申请停电检修，通知检修人员协助处理。
4.1.2 隔离开关分合不到位
应通过现场位置指示牌、实际物理位置、后台机信息（遥信量、电压量、电流量等）和带电显示装置（针对户内GIS和封闭式高压柜设备）等综合判断分合是否到位，处理时根据拉弧情况区别处理。①若没有出现拉弧现象，无论是要将刀闸拉开还是合上，现场人员应尝试进行分闸操作，无论分闸成功与否，都应立即将现场情况汇报调度以及领导，并通知检修人员进行处理。再根据调度的处理意见进行故障处理，并将处理情况及时汇报调度及领导，在问题没有得到妥善处理前，不得再进行合闸操作。②若刀闸出现拉弧现象，在确保人身安全的前提下，必须立即采取措施消除拉弧。应根据刀闸位置，灵活进行相应处置，若在端子箱处电动操作均失效，则在机构箱处依次通过手按接触器、手摇分闸，直至刀闸消弧。若手动分合闸仍不能消弧，应汇报调度及领导，当设备损坏无法自行处理时，再汇报后和检修人员到达现场之前，应先做好安全隔离措施。 补充说明的是，要当故障刀闸为线路侧（主变侧）刀闸时，必须在机构箱处操作前在后台机拉开母线侧刀闸后方可继续。开关两端产生的过电压较高，可能会造成开关均压电容爆炸，因此必须首先在后台远方拉开相邻隔离开关使其熄弧，否则在这种情况下禁止人员在隔离开关持续拉弧时直接在机构箱处操作。
4.2 隔离开关触头发热处理
根据发热程度（缺陷等级）区别处理：发热点温差小于15 K（一般缺陷），应加强监测；热点温度大于90 ℃或相对温差大于80%（严重缺陷），应加强监测，安排相关测试手段确认缺陷性质，并立即采取措施；热点温度大于130℃或相对温差大于95%（紧急缺陷），应立即转移负荷或降负荷，紧急时立即安排停电处理。当具备操作条件时，可以根据不同接线方式分别处理：双母线接线时根据运行方式在允许的条件下，利用母联断路器，采用热倒方式转移负载；带旁路断路器的接线可用旁路断路器代替；单母线接线时必须降低其负载，应尽可能地停止使用或采用降温的方法，以降低其温度。当不具备操作条件时（熔焊黏连），必须立即越级停电处理。
停电处理过热刀闸包括检查与调整弹簧压力，或者更换弹簧；适当采用砂纸清除锄头表面氧化层，打磨接触面，增大接触面，涂上导电膏；或更换容量较大的隔离开关。处理完毕恢复送电，运行人员应在操作后仔细检查触头接触情况，三相分合到位，并在投入运行后继续关注其温升情况，确认故障已排除。
4.3 瓷绝缘子断裂处理
220 kV隔离开关瓷绝缘子出现断裂、破损放电时，容易造成故障刀闸对地闪络放电和带负荷分合闸等严重事故，引起变电站大面积停电。因此，发现该紧急缺陷时，应立即申请停电处理，更换破损绝缘子。更换绝缘子在选型使用时必须结合工程实际情况慎重选用。
5 预防措施
5.1 合理选型应用
设备选型适当与否关系日后运行可靠性，对新建或改造的隔离开关在选型应用时应关注厂家型号技术特征和缺陷史，权衡后期维护消耗与经济效益。选取具有良好性能的选型，作为隔离开关设备招标、订货等技术条件像投标商、制造厂等提出。对于一些条件较为优越的220 kV系统而言，可以通过对隔离开关进行定期大修或全部更换高性能新型隔离开关，来有效解决220 kV系统中隔离开关运行时间久引起传动部件老化等问题。
5.2 把关设计安装
为了确保隔离开关的正常运行，设计布设和安装调整环节必须根据设计图纸与相关规定严格施工。新建或改造的隔离开关各运动部位用润滑脂宜采用性能良好的润滑脂（如锂基润滑脂），应在绝缘子金属法兰与瓷件的胶装部位涂以性能良好的防水密封胶。而在投产验收前，确保隔离开关出厂试验时机械操作试验合格、现场分合操作试验正常和现场耐压试验合格。
5.3 加强运行维护
应加强红外热成像检测技术应用，特别是在日常维护过程、技改大修和投运初期加强红外测温，密切关注温度变化，在操作后应仔细检查触头的接触情况，有效排除触头发热故障；巡视关注机构箱、端子箱内防潮装置工作情况，防止凝露造成箱内零部件锈蚀和二次设备损坏；而瓷绝缘子巡视，目前除了加强日常巡视之外，对于有条件的220 kV电网系统而言，推荐采用在线检测等技术手段，实时监测隔离开关绝缘子的运行工况。另外，应适时对刀闸运行情况进行检查，梳理“三未”设备，有计划结合综合停电计划，进行周期性检查操作。
5.4 推进规范化检修
应加强检修维护力度和规范性，①整合检修资源，提高人员的检修技能；②检修作业计划和实施过程有效开展风险评估及落实管控措施；③依靠外施单位实施A类检修，自主开展B类检修；④规范和加强设备检修作业指导书应用。
6 结 语
220 kV隔离开关是电力系统的关键设备，也是异常故障容易出现的设备之一。运行人员应及时准确掌握隔离开关设备运行工况，加强运行巡视维护力度，发现故障应结合设备运行情况尽快查明故障原因，并采取合理技术措施排除隐患，确保电网系统安全可靠、节能经济的高效稳定运行。
参考文献：
[1] 生2012[71]号，中国南方电网公司反事故措施[S].
[2] 吴启文.220 kV隔离开关常见故障及处理措施探讨[J].科技与企业， 2012，（8）.