GW4-110型刀闸的发热原因及问题处理.doc

GW4-110kV刀闸的发热原因浅析及问题处理

摘要：胜利石油管理局电力管理总公司北区供电公司盐镇变电站现有GW4-110kV刀闸39组，在正常的运行过程中，经常会出现发热的情况，而且温度都较高，严重影响着生产运行安全，也给调度的电网运行方式调整带来很大的麻烦；尤其是作为石油产业的供电系统，就要求保障供电的可靠性，减少停电次数；这样在满足企业安全、效益的同时，也赢得了客户的信任度。本文重点分析GW4-110kV刀闸导电部分的结构，研究了可能造成发热原因的几种因素，通过几种处理方式，降低发热故障的发生率，提高电网的运行可靠水平。

关键字：GW4-110kV刀闸 发热 导电部分的结构

目 录

第1章 前言.......................................... 1
第2章 GW4-110kV刀闸导电部分结构及发热原因浅析...... 2
2.1 刀闸导电部分的结构............................ 2
2.2 刀闸发热原因浅析.............................. 2
2.2.1 操作机构问题.............................3
2.2.2触指和触头的接触面积小的问题.............4
2.2.3弹簧的老化问题............................4
2.2.4检修不细致的问题..........................4
2.2.5触指和触指座的接触问题....................5
第3章 GW4-110kV刀闸发热问题的处理方法................6
3.1 导电膏的组成成分、性能分析及正确使用方法...... 6
3.1.1导电膏的组成成分......................... 6
3.1.2导电膏的技术性能..........................6
3.1.3导电膏的正确使用方法......................7
3.2 刀闸发热问题的处理方法........................ 7
3.2.1技术手段..................................7
3.2.2管理手段. ................................9
第4章 总结.........................................12
参考文献............................................13

第1章 前言

胜利石油管理局电力管理总公司北区供电公司盐镇变电站是一座220kV的枢纽变电站，是胜利电网和山东电网的并网点之一，主要担负着黄河以北的大部分负荷，包括河口、孤岛采油厂的生产用电和人民的生活用电，同时也转供部分滨南采油厂的负荷，位置和作用是十分重要的，对于供电可靠性的要求也是十分严格的。但是运行将近20年的老站，设备老化极其严重，尤其是GW4-110kV的刀闸，经常出现发热的情况，严重影响着人身和电网安全，也给保油上产工作带来了一定的不利因素。结合上述情况，作者提出了自己对刀闸发热的分析原因，并结合实际工作，从管理手段和技术手段出发，提出自己的解决办法，希望能够对设备的安全运行提供一定的保障作用。

第2章 GW4-110kV刀闸导电部分结构及发热原因浅析

2.1 刀闸导电部分的结构
GW4-110kV刀闸的导电部分主要包括触头、触指（触片）、触指座和导电管，参考结构见（图1）；盐镇变电站的刀闸触头形状为圆柱形，触指由两排、每排四片铜片构成，每两片触指之间用销子连接一个弹簧。当刀闸由分到合时，带电的触头经过刀闸的传动机构伸到触指内部，触指由于压缩弹簧而使弹簧产生反作用力，进而将力传递到触指和触头的接触面上，增大接触压力，减小接触电阻，降低发热量。电流通过触头、触指、触指座和导电管接通回路，使线路带电。

图1
2.2 刀闸发热原因浅析
经过长时间的运行判断，结合盐镇变电站的GW4-220型刀闸和110kV系统-1、-2和-3刀闸比较，初步分析发热的原因主要为以下几条：
2.2.1操作机构问题
盐镇变电站的GW4-220型刀闸和GW4-110型刀闸为同一厂家生产，导电部分的材质和结构原理相同，每年检修的处理过程也差不多，但运行情况却决然不同。GW4-220型刀闸通常可以带负荷150MW，电流400-500A之间，但从运行情况看，极少有发热的情况，或者说是根本没有；而GW4-110型刀闸带负荷20MW，电流在80-120A之间时，发热情况较为普遍，尤其是夏季，温度只要超过30°C，就会出现大面积的发热现象，就以2009年、2010年和2011年为例，每年至少因为刀闸发热而调整负荷的情况不下于5,6次，而且都是急需要处理，温度非常高的情况；为什么会出现此种情况，经过多方的查找，并且对比-1、-2刀闸和-3刀闸的不同情况看，认为在合刀闸时，在触头和触指接触的过程中，由于电压等级较高，其间距离较短，就会产生高电场，引发电弧形成，由于电弧的高温灼烧导电面，导致导电面氧化严重，接触电阻增大，发热情况明显。对比电动操作机构和手动操作机构的情况看，电动操作机构合闸速度较快，减少了电弧的灼烧量；而手动操作合闸较慢，由于刀闸操作把手要转过180度的角度，值班员必须分几次用力，而且合上后还要稍作调整，势必造成电弧的灼烧量较大，而且在合的过程中也会较长时间出现只有触指的单边接触情况，接触面积小了，发热量肯定会比较大。
2.2.2触指和触头的接触面积小的问题
根据刀闸的导电原理看，触头和触指之间的接触只是一条线，接触面积较小，而且由于产品的多方面原因和制造工艺问题，有可能会造成触指和触头的表面粗糙、有很多坑洼，这样就使本来较小的接触面更小了，接触电阻变大了，进而会导致发热。
2.2.3弹簧的老化问题
弹簧的主要作用是产生压缩力矩，将压力传递到触指和触头的接触面上，增大接触压力，但由于弹簧本身的性能原因，在常年运行后会出现老化的情况，加上由于发热的原因，会使弹簧的倔强系数变小，尤其是那种可能会利用弹簧分流的刀闸，老化速度更为明显。一些污秽程度较高的地区，在每年的检修过程，都会发现一些弹簧锈蚀断裂的情况，不利于刀闸的正常工作。
2.2.4检修不细致的问题
在每年的检修过程中，检修人员要为刀闸的导电部分涂抹导电膏，为传动机构上润滑剂，检查刀闸的工作性能；但很多检修人员没有正确认识导电膏，不能正确涂抹和使用，势必造成导电膏过厚，不但增大了接触电阻，而且导电膏容易吸引灰尘，使情况变得更加复杂。另外在检修过程中，很少有检修人员能够拆下刀闸，细致检修刀闸的各部分零件，所以势必会造成一部分零件其实已经不能正常使用了，但没有被发现。
2.2.5触指和触指座的接触问题
盐镇变电站的GW4-110型刀闸的触指和触指座的接触，也靠弹簧的反作用力压缩，产生较高的接触压力，降低接触电阻；虽然他们之间的接触面积要比触头和触指之间的接触面积大，但长时间运行弹簧的老化势必也会影响其接触压力，造成接触电阻增大，出现发热的问题，在刀闸发热的测量过程中，也有几次出现过上述现象。

第3章 GW4-110kV刀闸发热问题的处理方法

3.1 导电膏的组成成分、性能分析及正确使用方法
3.1.1导电膏的组成成分
又叫电力复合脂，是一种新型电工材料，可用于电力接头的接触面，降阻防腐、节电效果显著。我国从80年代开始研制生产，至今已有几十个品种型号，其基本性能相同，是以矿物油、合成脂类油、硅油作基础油，加入导电、抗氧、抗腐、抑弧等特殊添加剂，经研磨、分散、改性精制而成的软状膏体。
3.1.2导电膏的技术性能
电气连接导体接触面和触头接触面，不管加工如何光洁，从细微结构来看，都是凹凸不平的，实际有效接触面只占整个接触面的一小部分，各种金属在空气中还会生成一层氧化层，使有效接触面积更小。导电膏中的锌、镍、铬等细粒填充在接触面的缝隙中，等同于增大了导电接触面，金属细粒在压缩力或螺栓紧固力作用下，能破碎接触面上金属氧化层，使接触电阻下降，相应接头温升也降低，使接头寿命延长。
对于不同材质的接头特别是铜-铝接头，由于锌元素的中间介入，使铜铝两者电位差缩小，可减缓铜铝电化腐蚀。所以，承载负荷电流的电力接头，涂敷导电膏，对于降低接触电阻，抗氧化，防腐蚀，延长使用寿命，节省有功电量都是有百利而无一害的，可用来取代传统的搪锡、镀银等工艺，很有推广使用价值。
3.1.3导电膏的正确使用方法
首先用细锉锉去接触面的毛刺，并用砂纸将接触面研磨平整，然后用去油剂除去表面上的油污，用细钢丝刷除去表面氧化膜，再用干净的棉纱蘸酒精将接触面擦拭干净，等表面干燥以后，先预涂0.05~0.1mm厚的导电膏，将导电膏抹平，刚能覆盖接触面为宜，并用铜丝刷轻轻擦拭，然后除去膜层，擦拭表面、重新涂敷0.2mm厚的导电膏。经过专家几年的实践和摸索，接触面必须先认真处理，再涂敷导电膏，这样做的接头较成功，实际运行中效果很好。
值得注意的是，导电膏并非良导体，它在接触面上的导电性是借“隧道效应”实现的，所以导电膏在接触面不可涂得太厚，否则会大大影响效果。
3.2 刀闸发热问题的处理方法
本文主要通过技术方面分析了刀闸发热的原因，但很多手段在现阶段的运行过程中是无法实施的，势必还会存在刀闸发热的情况，但作为调度管理单位和运行管理单位来说，在缺陷存在的情况下还是要通过管理手段来解决处理，达到电网的安全、平稳运行，因此本文主要通过技术手段和管理手段对刀闸发热的情况进行处理。
3.2.1技术手段
①更换为电动操作机构
根据刀闸发热情况的浅析，电动操作机构在分合闸的过程中，速度较快，电弧烧伤的问题较小，对设备有益；但相比手动操作机构，其价格要高出8000元左右，但从长期的运行看，假如设备故障要将线路进行停电，停电损失的效益要远远超出这个价钱，因此是十分有必要的。
②增大触头和触指的接触面积
触头和触指只有一条线的接触面积，接通大电流时，发热情况还是难免的。如何增大接触面积是关键，本文通过一些理论研究和实践经验探索，尤其是现在国家电网公司福建泉州供电局正在推广的经验做法：在触头上加装铜编织带，加大触头和触指的接触面积，分流触头和触指的电流，减少发热量。一个铜编织带的价格在5-10元，还是相当实惠的。
③提高弹簧的工作可靠性
弹簧是导电部分正常工作的重要因素，但其老化和锈蚀是比较严重的，如何让弹簧正常工作，是问题关键。本文主要有三点建议：1、选材和用料。弹簧的用料极其关键，一定要选用不锈钢标号合格的、倔强系数较高的，在有必要的情况下，要采取热镀锌处理的。2、选择合适的弹簧数量。在保证刀闸触头和触指工作压力和水平承载力的前提下，增加弹簧数量，让有限的压力多分布在几个弹簧上，优化弹簧的工作环境。3、及时自查。通过每年检修的时间，认真查看弹簧的情况，发现问题及时更换。
④加强检修的质量管理
上面简单分析了检修中可能存在的问题，包括导电膏的涂抹和弹簧的检查，在本章节中也介绍了导电膏的成分、性能和使用方法，在检修工作中，要加强质量管理，做好设备的质量验收，严格执行检修程序，确保起到应有的效果。
⑤改进触指和触指座的连接问题
GW4-110型刀闸，由于设计、制造等各方面原因，触指和触指座之间也是靠弹簧的弹力压缩进行连接的，势必也会出现像触头和触指之间存在的发热问题。本文改进的地方是在触指座和触指之间卯上软连接的粗导线，在增大接触面积的同时，也减少了对弹簧的依赖性。
3.2.2管理手段
①建立设备测温记录。
对运行单位来说，记录的正确、完备是分析、处理电网事故的重要和关键依据。盐镇变电站根据运行要求，在站内建立了设备测温记录，每天根据巡视检查的要求，分五个点：8:00,12:00,14:00,18:00,22:00为设备进行测温，并且详细记录当天的天气情况、外界温度、负荷情况等。通过长时间的分析对比，查看设备开始发热的温度、开始发热的负荷情况，进而能为调度的电网调整提供依据，也为本站的安全管理提供预见性。
②正确使用测温仪和引进先进的测温设备。
变电站现在通常使用的是红外点测温仪，在白天较难准确把握测温点。为此，盐镇变电站组织职工对测温仪的正确使用进行研究，比较眼睛、测温仪指示标和发热点之间的位置关系，达到在白天看不见红外点测温仪的成像点时也能正确找准发热部位，经过长时间的测温工作看，还是行之有效的。另外，一些先进的自动化测温设备应当被引进，不但减轻了工作量，同时提高了测温准确度，为值班员和调度准确掌握设备情况奠定基础。
③提高倒闸操作的速度和准确度
在接头出现发热的情况下，就需要进行电网的倒闸操作，及时将发热设备进行隔离，以便进行停电检修；但相对220kV变电站来说，操作量相当大，如果临时书写操作票，可能会影响操作时间，使设备接头发热的时间延长，不但对设备不利，对值班员和变电站、电网的安全不利。在这种情况下，盐镇变电站开展了标准化倒闸操作竞赛活动，组织站内的技术骨干，对刀闸的各种发热情况进行分析，提前填写操作票。这样，只要调度一下令，值班员在30秒钟之内就能将操作票找出；但如果临时填写操作票，需要母线停电的话，大概需要15-20分钟，而且在时间紧张的状况下，还容易出现疏忽、考虑不全面的问题，都是潜在的安全隐患。因此通过上述三个管理手段，在技术手段不能解决的情况下，最大程度地保障电网、设备安全。

第4章 总结

本文，主要通过了解刀闸的导电部分结构，分析存在发热现象的原因，加上实际的运行经验，得到上面的浅析和处理办法，由于笔者的水平和能力，应该说还是不够的，包括表层的镀银脱落问题，由于本站设备不存在这种情况，没有进行分析，但也是实实在在存在的突出问题，需要在今后的工作中，继续去发现、去探索、去研究。一些与电力系统息息相关的化学知识，包括导电膏的问题、原电池的结构，没有进行详细说明，只是带过，但是导电膏的涂抹会不会也跟触指和触头的铜质材质形成原电池形式，还需要在今后的工作中去发现、去研究，并提出合理的解决办法。还有像因为退火原因引起的刀闸触指变形，导致接触电阻增大的情况，本文没有进行说明并提出好的解决办法，但作者认为，很多好的工艺还是应该在实际工作中进行推广的。例如：导电杆与触头之间、导电杆与触指座之间均采用铜焊工艺，主导电外露部分均采用紫铜镀银的表面处理工艺，不仅表面光洁、美观、还抗腐蚀能力强、持久耐用。总之，希望本文提出的一些解决办法能够对本行业的单位提供帮助，起到它应有的作用。

参考文献

[1] 陈刚：《机电信息》2010年 第24期
[2]《华北电力技术》2009年第01期.GW4型刀闸的故障检修策略
[3]《自动化博览》2005年第04期
[4]《华通技术》2005年Z2期
[5]《江苏电机工程》2007年第02期. GW4-110型隔离开关检修方法的改进及检修工具的制作

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