高压隔离开关故障分析及对策

艾尼瓦尔 ·卡哈尔 王勤鹏 杨文彬

摘要：高压隔离开关已成为变电站内的故障频发设备，严重影响电网安全运行。高压隔离开关要求操动机构具有响应快、输出高的扭矩。现在的电机运行机构大多需要有一系列的减速元件，而电机操动机构控制系统很好地满足了该项要求。高压隔离开关是电力系统最常见的电气设备之一，但目前国内的高压隔离开关的各种测试技术尚在研究阶段，缺少可供选择使用的自动测试装置。本文介绍高压隔离开关概述，对高压隔离开关故障原因分析，并提出相应的对策。

关键词：高压隔离；开关故障

引言

高压隔离开关作为变电站内不可或缺的设备，其主要作用是在检修与带电体之间形成一个明显断开点，保证检修人员的生命安全。多年以来，高压隔离开关已然成为各变电站内故障频发的设备，严重影响了电网安全运行。高压隔离开关是电力系统重要开关电器，可用于隔离电网与检修设备，也可切换无负荷线路和分合小负荷电流。受重复机械操作、环境条件变化与运行电流过大等因素影响，隔离开关在长期运行过程中可能发生过热现象。这不仅会缩短开关使用寿命，还可能导致开关触头烧毁，严重威胁电网安全性。对高压隔离开关运行状态进行实时感知，可有效降低开关高温故障发生的可能性，提升电网运行可靠性与智能化程度。为避免绝缘故障，高压电力元件上的传感器难以通过传统方式供电，故电源技术成为电力监测节点未来发展和应用的核心问题。目前，电力传感器常用供电方式包括电池供电、电流取电和射频取电等。其中，电池供电具有原理简单和实施方便等优势，但需定期更换电池，存在维护与维修不便问题。

1高压隔离开关概述

随着我国经济发展步入新常态，高压开关行业从高速增长逐步转为中低速增长。为了解决该问题，采用车顶高压箱技术，将高压隔离开关、真空主断路器、高压电压互感器、避雷器等安装于高压箱内，避免了高压设备直接与空气中的煤尘接触。由于高压箱容积有限，必须缩小高压设备的体积。为此，研制了小体积的电力机车用新型高压隔离开关。电力机车高压隔离开关是高压电路的重要组成部分，起到连接或分断高压电路的作用。高压隔离开关若发生故障，将直接影响电力机车的正常运行，严重时甚至损毁设备。针对机车运用中高压隔离开关发生带载分断故障进行分析，提出解决措施并验证其效果。

2高压隔离开关故障

2.1接触电阻变化跟踪不及时

为确认接触电阻变化情况跟踪不及时与隔离开关热缺陷返修率之间的关系，对比2年中接触电阻跟踪较好即连续历史数据在5次以上的和未做到连续5次接触电阻测试的隔离开关发热返修率，两者分别是27.19%和43.56%。接触电阻跟踪情况较好的隔离开关，由于对其接触面氧化、劣化情况判断准确，在隔离开关停电检修中，接触面已经提前得到处理，发热返修率较低。对接触电阻未得到连续跟踪5次以上的隔离开关，对比连续3次停电检修做接触电阻测试的隔离开关与未做接触电阻测试的隔离开关，两者返修率分别是34.41%和49.82%，说明对隔离开关接触电阻变化情况及时跟踪可以有效降低热缺陷返修率。因此，接触电阻变化情况跟踪不及时是主要原因。

2.2高压隔离开关过热的原因

电网中使用的高压隔离开关的导电回路主要由动静触头构成的主刀口接触导电杆（片）、导电杆（片）与接线座的过渡接触、引线接线座等组成，因此过热的部位主要是主接触刀口、过渡接触、引出线接线座。高压隔离开关发热的原因主要是：动静触头接触不良，动静触头接触压力不足，动静触头机械变形或机械磨损，动静触头的电磨损，动静触头接触面上存在脏污物、化学尘垢及氧化层，使接触面间的电阻上升。导电杆（片）与接线座间必须采用过渡接触方式，一般采用滚动接触结构、面转动摩擦结构及与主触头相似的接触结构，运行中也常发现该部位过热故障。此外，还有隔离开关固定接触部位过热。

3高压隔离开关对策

3.1电流检测电路的设计

检测电路通常利用了分压电阻方式，这使得检测会随着温差变化出现一定的误差，无法有效保障测量的精确度。外部电路以及控制电路中缺乏对电气的隔离系统，也会容易导致对电路高强度冲击的发生，从而使得系统间运行的安全性得不到保障。针对这一问题，检测电路电流可以采用电气隔离的霍尔电流传感器。运行期间，也可以通过电机绕组产生的交变电流来操作。通过加法器控制传感器输出相应的信号，比例运算后保障电流信号的安全性。

3.2高隔控制信号更改

高隔带载分断前，机车控制系统通过反馈触点的信号判断出高隔的位置，该位置是高隔执行分断命令前的位置，与目标位置刚好相反。机车控制系统判断出高隔当前位置符合操作需求后，允许机车进行后续作业，如升受电弓、合主断路器等。实际上高隔可能仍在执行上一次命令，一旦条件满足后，高隔即进行分断，于是发生了带载分断拉弧的故障。将高隔控制信号由1s脉冲更换为常得电高电平，持续的高电平信号可以避免高隔的目标状态与当前不状态一不致的问题。即使发生前述高隔卡合故障，机车断电重启后，高隔控制信号若为闭合，则可消除机车断电前分高隔的命令。

3.3高压隔离开关过热的处理方法

（1）加强监视在运行中的隔离开关。变电站运行人员每值应对隔离开关进行巡视，重点检查导电回路的发热情况，根据负荷电流及导电回路各部件的状况分析判断是否过热；并且应在导电回路各有关部位贴示温蜡片，经常监视其熔化情况；在有条件的情况下可采用测温仪进行带电测温；在气候突变时应进行特巡。（2）正确操作隔离开关。在操作隔离开关时，开始时应缓慢而谨慎，注意观察隔离开关传动系统及导电杆的运动。合闸时，动静触头刚接触时应迅速果断地将隔离开关合上，分闸时，在动静触头刚离开时，也应迅速拉开，尽量减少燃弧时间，以减少动静触头的电弧烧损。（3）提高检修质量。每年应对隔离开关进行一次检修，重点应检查隔离开关的导电回路接触部位。解体清洗检查动静触头，动静触头应完好。烧损严重、机械磨损大、机械变形较大的动静触头，应予以更换。

3.4分合闸隔离驱动控制电路设计

主要是通过控制功率开关的器件控制好三相绕组电流，在开关轨迹的设定上采取有效措施。控制好瞬态过压和开关器件的能耗，保证元器件处于安全稳定的运行状态。在开关器件关闭的状态下，可以使电容在二极管充电的过程中吸收关闭器件的电流。在开关器件打开的状态下，则通过电阻进行放电处理。在二极管的选择上，必须选用额定电流大于主电路额定电流的快速恢复二极管，为减小线路电感，应当选择高频以及性能较佳的吸收性电容。

结束语

总而言之，随着我国经济的发展越来越快、科学技术不断发展，人们越来越重视安全问题，再加上电力行业与人们的生活密切相关，因此电力工程施工的安全管理工作得到了社会各界的广泛关注。如今，电力工程部门必须采取一些行之有效的科学方法，从最大程度上避免电力工程在施工环节出现的一系列问题，进而为我国电力工程施工环节一系列工作的有效开展奠定良好的基础。

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