折臂式隔离开关的异常处理与改善

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1、 12012 年度南通检修分部折臂式隔离开关的异常处理江苏省如高高压电器有限公司（226500） 张建摘要：本文简要 2012 年度南通检修分部隔离开关的异常处理，对最主要的分合闸不到位的异常原因进行了较详细的分析，提出了处理方法和改善措施。对此类隔离开关的设计选型、安装调试与检修有一定的参考价值。关键词：隔离开关、异常分析、异常处理、改善一 、引言折臂式隔离开关有垂直断口和水平断口两大类，动作原理完全一样，此类隔离开关有分 闸后不占用相间距离，可节省变电所的占地面积的特点，近年来被广泛采用。国产有 GW10、GW11、GW16、GW17、GW22、GW23 等型号，电压等级从 110kV-5

2、50 kV 均有 使用，尤其以 220kV 电压等级的使用量最大。它们型号不同、电压等级不同其结构基本相 同，在运行过程中出现的异常也相同。本文针对该系列隔离开关最常见的分合闸不到位的 异常原因进行分析，提出处理方法和改善措施。 二 、主要结构和工作原理（仅以垂直断口为例） （一）主要结构（见图 1） 。底座上装有支柱绝缘子和操作绝缘子，还装有连杆与拐臂等，另外在操作极上还装有 主闸刀与接地闸刀间的机械连锁部件，底座上有安装孔，可直接安装在水泥或钢支架基础 上。操作绝缘子的顺时针转动可驱动主闸刀导电管打开、伸直并合闸，逆时针转动则使其合 拢折叠，处于分闸状态。悬挂式静触头固定在母线上。（二）主

3、导电部分的运动原理（见图 2）主导电部分主要运动过程包括两部分：下导电管（以及相应附件）完成伸展运动，上导 电管完成夹紧运动。 a. 折叠运动：铝质底座（1） ，下导电管（5）下端与转动座（4）固定，上端与齿轮箱（6）固定， 可调接头（11） ，导向滚轮（12）共同组成了一个“摆动导杆机构” ，下导电管相当于“导 杆” ，导向滚轮相当于“滑块” 。图 2 中，主闸刀处于合闸位置。当逆时针转动下导电管 时，导向滚轮（12）相当于下导电管产生轴向位移。操作杆（14）上端与齿条（15）固定， 下端与滚轮（12）销联，于是，与齿轮箱销联的齿轮轴在齿条推动下开始转动，上导电管 相对于下导电管的折叠运动便

4、产生了。下导电管的转动是由操作瓷瓶、一对锥齿轮以及由 拐臂、连杆、转动座、铝质底座组成的平面四连杆机构驱动的。 b. 夹紧运动 分闸到合闸的运动过程是分闸状态（合拢折叠）顶杆（上导电管内）被凸轮向前推移，动触片合拢（由“V”形开口变平行）夹紧静触杆（合闸状态）逐渐伸开夹紧弹簧被二次压缩第一步：动触片尚未合拢，呈“V”形开口，此时上导电管逐渐伸直。2第二步：上导电管接近伸直状态，凸轮（项 6 齿轮箱顶端部分）与顶杆（项 19）发生作用， 顶杆位移量约为 10mm 时，动触片刚好完全合拢。外力主要用来克服复位弹簧的反力。 第三步：凸轮继续推顶杆，动触片已钳夹住静触杆，顶杆不可能继续整体地向右推移，

5、于 是夹紧弹簧产生二次压缩量约为 3mm，使得顶杆产生一个较为稳定的，大小合适的推力， 从而使动触片对静触杆保持着非常稳定可靠的夹紧力。 “凸轮”对顶杆的作用仅仅是在上、 下导电管接近伸直时才发生的。顶杆总的移动量包括两部分：一部分用于使动触片合拢， 另一部分使夹紧弹簧产生二次压缩（即用于夹紧） 。 瓷瓶以下部分的传动原理与普通隔离开关一致，这里不再赘述。2.上 上 上 3.上 上 上 上 上 4.上 上 上 上 上 5.上 上 上 6.上 上 上 上 7.上 上 上 上 8.上 上 上 9.上 上 上 上1234567891.上 上 上3109876543212.上 上 上 3.上 上 4.

6、上 上 上 5.上 上 上 上 6.上 上 上 7.上 上 上 8.上 上 上 上 9.上 上 上 上 10.上 上1.上 上 上 上 上 上 上1213141516171819202112.上 上 上 上 13.上 上 上 上 14.上 上 上 上 15.上 上 上 16.上 上 17.上 上 18.上 上 19.上 上 上 上 20.上 上 21.上 上 上 上上 2 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上a bc1111.上 上三、异常原因分析因投运前都通过工程验收，验收合格后方可投入运行，然而在经过一段时间运行以后， 再次进行分合闸操作时出现了分合闸不到

7、位现象，这说明隔离开关某些部位的状态发生了 变化。 笔者认为主要受以下因素的影响。（一）环境条件在高压开关设备中隔离开关传动部分是唯一暴露在大气中的设备，容易受大气中沙尘、 雨水及有害物质的侵蚀，表现为轴套与轴销的配合部位润滑脂流失、挥发或者沾满沙尘形 成油泥；轴销、轴套氧化腐蚀，氧化物充满配合间隙，这些原因都使传动阻力增大。实践 表明，环境因素是分合闸不到位的主要因素。（二）温度变化 不少运行人员反映，夏天分合闸正常的隔离开关，到了冬天就有可能分合闸不到位， 这种现象在北方较普遍，在中部地区也有。显而易见，这是由于温度变化引起的。 从隔离开关的工作原理可知（参见图 2） ，在合闸位置，如果下

8、导电管（项 6 铝质材料） 与操作杆（项 15 钢质材料）的长度变化不一致，就会引起齿轮（项 17）的转动，齿轮转 动了，上导电管就会偏离中心线，即出现上导电管不直的现象。 一般来说，隔离开关的安装调整都在气温较高时进行，现假定为 35C，冬季的温度 假定为-20 C，温差为 55 C左右。铝材的线胀系数为：2410 -6（1/C） ，钢材的线胀 系数为：12.2 10 -6（1/C） 。 在为 55 C温差条件下，GW22-252 下导电铝管长度变化 2.05 mm，导电管内部的传动钢拉杆长度变化 1.04mm，通过计算，上导电管会偏离 1.38。 事实上夏季在阳光的直接照晒下材料表面的温度

9、远大于 35 C，因此，受温度变化的影响 上导电管可能偏离更多一些。 受温差的影响，三相水平连杆也会在低温时收缩，其中有一边相水平连杆的收缩将会使 隔离开关向分闸的方向转动，可以计算相间距离为 3 米的 252kV 隔离开关，在温差 55 C，4上导电管偏离 0.28 润滑脂在冬天也会发稠，阻力也会增大，轴套与轴销的配合间隙也会减小。 以上这几方面因素的共同作用，可使隔离开关发生明显偏移。 （三）安装基础在进行分合闸操作时，如果用一卷尺测量安装隔离开关三相安装柱上端的距离，你会 发现两安装柱的中心距随隔离开关分合闸发生变化，有的能变化几毫米。隔离开关的操作 力矩越大安装柱的中心距变化越大，这个

10、距离的变化说明安装基础的刚性不足，隔离开关 从动拐臂转动角度将减小，分合闸角度发生变化。 在刚安装时，通过拐臂及连杆的调节使其分合闸到位，操作力矩、阻力及安装柱的变 化量处于平衡状态。当隔离开关的阻力因外部原因增加时，操作力矩将增加，破坏了原来 的平衡，安装柱的中心距发生变化，隔离开关就不能分合闸到位了。 在实际中，往往发生分合闸不到位的故障都在非操作相（不带机构的相） ，这一现象 正好说明安装基础对分合闸的影响。 隔离开关安装高度为 2.5 米左右，一相 252kV 的隔离开关的重量不少于 500kg，隔离 开关在分合闸时作用在水平方向上的操作力矩约为 200-300N. m，此力矩作用在安

11、装柱的 上端。在设计该安装基础时往往只计算其强度，却忽视了刚度的要求。（四）隔离开关结构设计 在工程验收时，对这种折臂式隔离开关的要求，往往是要求合闸时上下导电管为一条 直线，从这种隔离开关的结构原理可知，上下导电管为一条直线只有一点，下导电管多转 一点或少转一点，都会偏离直线，即这一点为“临界点” ，是不稳定的点，当受到上述诸因 素的影响时，就有可能合闸不到位。即此类隔离开关合闸不到位是不可避免的设计“缺陷” ！至少说此类隔离开关对运行的条件要求较高。 （五）安装调试 所有户外隔离开关产品，都需要到现场组装、安装，126kV 及以下产品隔离开关本体 一般都制造厂装配好，到现场只需将机构与本体

12、连接，隔离开关本身所需的操作力不大， 所以安装质量的好坏对操作力影响不大。252kV 及以上产品需解体运输，本体需现场组装， 尤其是这种折臂式隔离开关需要的操作力矩本来就比较大，如果操作机构输出轴、垂直操 作管、旋转瓷瓶及上导电部分转轴不在一轴心线上，转动时会产生附加阻力。不但操作力 大，更重要是加重了连杆及基础的负担，变形会加大，更容易使隔离开关分合闸不到位。 四、分合闸不到位异常对安全运行的影响在一般情况下分闸不到位，只要断口距离满足安全距离的要求，对安全运行没有影响。 而合闸不到位除了影响美观外，更主要的是影响动触头的夹紧力。笔者用 YGY-1 型隔离开 关触指压力智能检测仪对 126k

13、V 垂直断口的隔离开关分合闸时触头压力进行实时监控，当 上下导电管一直线时压力最大为 270N，当上下导电管偏移约 2-3时压力下降为 170N, 偏 移约 4-5时压力下降为 50N，此时继续运行触头将会严重发热。 五、处理方法综上所述，这种折臂式隔离开关分合闸不到位的影响因素有多种，为了不影响供电， 首先应进行调整，一般情况下，经过调整是可以满足运行要求的。处理这种故障时，应先将隔离开关操作到合闸位置，判断是上下导电管均不垂直？还 是上导电管不垂直？下面分别介绍这两种故障的处理方法。（一）上下导电管均不垂直 上下导电管均不垂直还有两情况：第一种：在合闸位置时，导电部分铝底座上的双拐臂是否到

14、位？判断的方法：如图 2 所 示，拐臂的销（项 11）与转动座上的销（项 4）的中心连线应与拉杆（项 3）中心重合，5即图中 a、b、c 点应在一条直线上。如果不在一直线上，对于操作相应调主操作拉杆。如 果机构直接与隔离开关操作操作瓷瓶相连，应松开机构输出轴上的夹件，使机构合闸到位 后，a、b、c 点在一直线上。非操作相（边相）只需调整三相之间的拉杆的长度。这样的调整可能需反复几次。调整拉杆后会影响到分闸角度，即有可能分闸不到位，这 时应调整操作拐臂的中心距（如果可调） ，加大分合闸角度。如果拐臂中心距不能调整，只 能先保证合闸到位，分闸后的断口距离如果能满足标准要求，分闸不到位还是可以接受的

15、。 若不能满足要求，隔离开关需要大修。 第二种：在合闸位置时，上述 a、b、c 点已在一条直线上，而上下导电管不垂直，这时 应调整如图 2 中的拉杆（项 3） ，需注意两侧拉杆同时调整。 （二）上导电管不直 在合闸位置时，下导电管垂直，只是上导电管不垂直。这种故障新老隔离开关的调整 方法不一样。2001 年以后，各制造商对调整上导电管垂直度的结构进行了改进，如图 2 所 示，接头（项 12）与可使上导电管转动的齿条相连，接头是由可以改变中心距的正反牙螺 栓和夹叉组成。在合闸位置时，只要用扳手调整接头的正反牙螺栓，就可以方便的调整上 导电管的垂直度。改进之前的调整方法较复杂，需要经过培训后才能操

16、作，这里不作介绍。在调整时可将上导电管向合闸方向多偏移一点，不一定完全垂直，这样可增加合闸到 位的裕度。还有一类异常，如触指分闸后不能复位（张开） ，触指夹紧力不够等，需要大修才能恢 复运行。 六、改善措施上面介绍的故障处理方法，更确切的说是应急处理方法，当外部条件发生改变时，旧 毛病还会重犯。隔离开关的运行条件比较恶劣，这是我们不能改变的。如何使隔离开关适应这种恶劣 环境或减轻环境因素对隔离开关的影响是我们需要研究的课题。 （一）隔离开关的设计改善提高隔离开关的运行可靠性，首先应改善结构设计。上文提到的设计“缺陷” ，已有制 造商意识到这个问题并进行了改进，例如如高高压研发的 GW22B、GW23B 系列，该系列 产品的设计思路是：合闸到位后拐臂过死点，上导电管可以偏移下导电管 2-5，且保持 动静触头夹紧力不变（原结构过合闸和欠合闸触头夹紧力都会减小） 。调整时有意过合闸， 这样在外部条件发生变化时，有 2-5的裕度，保证合闸到位。就是说，合闸到位不是