吴初明 深圳国创名厨商用设备制造有限公司南海分公司

浅谈高压隔离开关机械故障的分析及诊断技术

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高压隔离开关出现最多的故障类型是机械故障，这种故障的频繁发生，严重威胁电力系统的稳定运行。基于此，本文分析了高压隔离开关机械故障产生的原因，并分别介绍了从支柱瓷绝缘子断裂的故障诊断技术、高压隔离开关操作的故障诊断技术两方面，介绍高压隔离开关机械故障诊断技术，为变电站调试与管理高压隔离开关提供参考。

高压隔离开关 支柱瓷绝缘子 电机电流

前言

变电站中使用量最大的就是高压隔离开关设备，高压隔离开关的结构原理十分简单，但电力系统运行对高压隔离开关的可靠性要求很高，由于高压隔离开关长期暴露于室外恶劣的天气环境下，且相关人员对隔离开关存在管理不足、长期失修的现象，所以隔离开关很容易发生各种机械故障。

一、高压隔离开关机械故障的分析

（一）支柱瓷绝缘管断裂故障

支柱瓷绝缘子断裂，是高压隔离开关在运行中危害性最大的机械故障，调查显示，由于支柱瓷绝缘子断裂导致的高压隔离开关机械故障次数，占到事故总数的81%。支柱瓷绝缘子断裂的原因有以下两点：

1.绝缘子的质量不佳。相关人员对断裂的支柱瓷绝缘子进行观察与分析，发现这些绝缘子的断面全都有黄芯、杂质与裂痕，不具备沥青缓冲层，而且法兰接口锈蚀严重。在烧制支柱瓷绝缘管子时，如果控制方法不当或者法兰胶的装填方法不科学，都会导致绝缘子内部质量不合格，降低绝缘子的机械强度，除此之外，如果选择的绝缘子设计选型不准确，容易导致由于绝缘子机械强度与机械裕度不满足相应规范，造成支柱瓷绝缘子断裂故障。

2.绝缘子老化。支柱瓷绝缘子长期处在恶劣大气环境以及强电磁环境下，支柱会发生老化，在潮湿的环境中，高压直流作用下的电流会腐蚀绝缘子的金属部件，在系统长期的运行过程中，绝缘子外部的绝缘表面也会产生严重的电蚀老化现象，大大降低绝缘子的机械强度，致使绝缘子断裂。

（二）高压隔离开关操作失灵故障

如果隔离开关选择的传动部件配合公差很大，且配件加工的精度不能达到相应标准，就会使隔离开关的合闸操作不稳定。当开关机械部件的材料刚度、硬度及强度达不到最低标准时，这些部件在系统运行中会产生严重变形，进而改变开关的行程特性，使隔离开关合闸操作不到位，引起隔离开关操作失灵。

二、高压隔离开关机械故障诊断技术

（一）支柱瓷绝缘子断裂的故障诊断技术

1.超声波检测技术。该技术通常在绝缘子的法兰接口处发射超声波，然后依据绝缘子内部反射的的信号，对绝缘子的内部与表面的裂纹进行检测。超声波检测技术包括两种检测方法，分别为：爬波检测法、小角度纵波检测法，其中，小角度纵波检测法适于检测绝缘子的内部缺陷，爬波检测法对绝缘子表面缺陷的检测灵敏度较高，在检测绝缘子的缺陷时，往往将两种方法结合使用。但值得注意的是，此种检测技术属于一种局部损伤检测法，它的检测结果受工作人员的经验影响，因此，很有可能会出现误判情况。

2.震动声学法检测技术。此种方法是近年来新兴的检测支柱瓷绝缘子缺陷的方法，工作人员可以通过分析绝缘子对震动声波的谐振频率，了解绝缘子的机械强度，判断支柱瓷绝缘子是否出现了质量问题。震动声学法检测技术可以带电操作，检测的方法简单，检测效率高，适于快速普查支柱瓷绝缘子的运行状态，但是此种方法对支柱瓷绝缘子中细小裂痕的检测灵敏度不高。

3.红外热像检测技术。红外热像法通过检测绝缘子的发热现象，确定绝缘子的缺陷部位。支柱绝缘子在内部存在裂纹或者表面存在缺陷的情况下，水分子极易侵入瓷柱中，水分子在电场的极化作用下，使水分子的温度升高，同时引起支柱绝缘子的温度升高。变电站在使用此种检测方法检测绝缘子是否存在缺陷时，可以根据红外线显示数据，判断绝缘子内部是否存在缺陷，如果一旦发现问题，便可以及时采取相应解决措施，防止支柱瓷绝缘子断裂[2]。

（二）高压隔离开关操作的故障诊断技术

1.操作力矩检测技术。在操作隔离开关时，电机带动输出轴转动，产生转动机构动作与扭矩驱动动作，实现分闸与合闸的操作，在这个过程中，由于输出轴转动产生的扭转应变力大小，与输出力矩成正比，所以，我们在检测隔离开关的操作力矩时，可以测量输出轴的应变力大小，以此得出隔离开关的操作力矩大小。隔离开关在正常工作的状态下，应变幅大小为319.42＊10-6，当隔离开关操作失灵时，应变幅的大小为610.10＊10-6。工作人员可以通过分析隔离开关操作力矩大小，判断隔离开关是否存在操作失灵的故障。

2.驱动电机电流检测技术。高压隔离开关在操作失灵的情况下，隔离开关操作力矩的值会变大，同时驱动电机电流也会超过正常工作的电流值，驱动电机电流大小与隔离开关操作轴扭矩之间存在二次函数关系，因此可以通过检测驱动电机电流大小，判断高压隔离开关是否存在卡涩故障。隔离开关在正常工作时，驱动电机电流的波形十分平稳，电流的最大值为2.38A，当隔离开关处于卡涩状态时，电流的最大值将达到4.41A，峰值的大小不断发生变化，电机电流的波形也会发生畸变。因此，变电站可以选择远程软件系统，实时监控高压隔离开关在合闸与分闸过程中的电机电流波形，检测高压隔离开关操作是否存在障碍。

三、总结

综上所述，支柱瓷绝缘管断裂与高压隔离开关操作失灵，是高压隔离开关常见的机械故障。通过上述对高压隔离开关机械故障诊断技术的介绍，可以保证高压隔离开关安装调试的质量，使工作人员根据电机电流的变化特点诊断开关是否存在卡涩故障，减轻工作人员的工作量，提高检测效率。因此，变电站的工作人员要充分考虑上述高压隔离开关机械故障诊断技术，提高电力系统运行的安全性与稳定性。

[1]邱志斌，阮江军，黄道春，张宇，张恩伟.高压隔离开关机械故障分析及诊断技术综述[J].高压电器，2015，5108:171-179.

[2]林晓辉.高压隔离开关机械故障分析及改进技术[J].科技创新导报，2017，1407:45+47.