國網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司 丁小兵 葉存斌 王震

海島地區(qū)10KV柱上開關(guān)存在問題及對策研究

國網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司 丁小兵 葉存斌 王震

目前在10kV配網(wǎng)線路上廣泛使用的戶外柱上斷路器、隔離開關(guān)是配網(wǎng)調(diào)度核心設(shè)備，本文分析了海島地區(qū)10KV柱上開關(guān)運(yùn)行當(dāng)中容易出現(xiàn)的故障和質(zhì)量問題，并分析提出了相關(guān)對策和改進(jìn)運(yùn)維方案。

海島；柱上開關(guān)；內(nèi)部質(zhì)量；改進(jìn)

一、研究背景

目前在10kV配網(wǎng)線路上廣泛使用戶外柱上斷路器、隔離開關(guān)對線路進(jìn)行控制與保護(hù)，其中柱上斷路器（開關(guān)）按使用作用不同可以分為出線開關(guān)、分段開關(guān)、分支開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)等（示例見圖1）。

柱上開關(guān)可用于配電線路分段投切、控制、保護(hù)，在正常運(yùn)行時(shí)可以通過負(fù)荷電流或者轉(zhuǎn)移所帶負(fù)荷至聯(lián)絡(luò)線路，實(shí)現(xiàn)不同配電線路、不同變電所母線間的聯(lián)絡(luò)，增強(qiáng)配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；在線路故障時(shí)能夠自動(dòng)開斷故障電流，切除故障段負(fù)荷，從而縮小停電范圍，是配網(wǎng)調(diào)度的核心設(shè)備。常見柱上開關(guān)外觀及各部件介紹見圖2、3。

當(dāng)前集中招標(biāo)的采購模式實(shí)現(xiàn)了集約化管理，降低了設(shè)備費(fèi)用，但標(biāo)書中對柱上開關(guān)的材料、工藝、結(jié)構(gòu)等沒有明確規(guī)定，柱上開關(guān)的采購質(zhì)量及入網(wǎng)要求不明確，從而使得大量廠家投機(jī)取巧打“價(jià)格戰(zhàn)”來增強(qiáng)中標(biāo)優(yōu)勢，進(jìn)而導(dǎo)致柱上開關(guān)采購質(zhì)量良莠不齊。且集中采購時(shí)僅考慮大多數(shù)地區(qū)或城市實(shí)際情況，在內(nèi)陸等干燥地區(qū)問題表現(xiàn)可能不太突出，通常表現(xiàn)為可靠性不高，使用年限較短。但舟山四面環(huán)海，受海洋性氣候影響，平均降水天數(shù)較多（2016年月平均降水天數(shù)在12天以上），空氣中濕度大、鹽霧重，柱上斷路器運(yùn)行環(huán)境惡劣，易導(dǎo)致開關(guān)轉(zhuǎn)軸、隔離開關(guān)等部件銹蝕老化，從而更易引發(fā)柱上開關(guān)故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年以來因柱上開關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量問題導(dǎo)致舟山本島共發(fā)生柱上開關(guān)故障32次，其中引發(fā)3起95598用戶投訴，給配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和公司優(yōu)質(zhì)服務(wù)形象帶來了負(fù)面影響。

二、問題剖析

通過查閱調(diào)度日志及班組運(yùn)行日志，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前柱上開關(guān)存在的質(zhì)量問題主要有：

1.柱上斷路器內(nèi)部質(zhì)量原因?qū)е麻_關(guān)不明原因、無故障情況下跳閘，嚴(yán)重者多次跳閘，以舟山公司為例，2016年共發(fā)生未查明原因的10KV柱上斷路器跳閘事件12次，造成了人力、物理資源的浪費(fèi)。

2.作用為分段或分支的柱上斷路器保護(hù)動(dòng)作不靈敏，引起上級(jí)出線開關(guān)或分段開關(guān)誤動(dòng)作，甚至引起變電所內(nèi)10KV出線間隔跳閘，嚴(yán)重者引發(fā)大面積停電。

3.柱上斷路器分合閘（圖3中部件5）操作手柄受海洋性氣候高濕度、高鹽霧氣候侵蝕，導(dǎo)致刀口、刀頭等出現(xiàn)腐蝕，開關(guān)分合操作時(shí)機(jī)構(gòu)卡澀，需多次操作才能分開，部分甚至卡死無法正常分合。對檢修工作產(chǎn)生不利影響。2016年共發(fā)生類似問題的開關(guān)6臺(tái)，導(dǎo)致檢修工作無法正常開展或擴(kuò)大停電范圍。合、分閘指示轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，不能準(zhǔn)確指示開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)。

4.柱上斷路器刀閘位置偏移，導(dǎo)致刀閘無法正常分、合閘；且現(xiàn)有刀閘刀口設(shè)計(jì)為長方形，氧化腐蝕后易出現(xiàn)接觸面積不足、操作卡澀甚至拒動(dòng)的問題。

圖1 柱上開關(guān)作用分類示意圖

5.國網(wǎng)舟山供電公司對10KV柱上開關(guān)保護(hù)變比設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)為：主線開關(guān)（出線開關(guān)、分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)）一般為600/5，支線開關(guān)及用戶開關(guān)根據(jù)所接待的容量設(shè)置為200/5或400/5，在線路改造或配電網(wǎng)完善過程中經(jīng)常出現(xiàn)柱上開關(guān)作用發(fā)生變化，這就需要對保護(hù)變比進(jìn)行調(diào)整。但因電流互感器二次側(cè)開路會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)的高壓電動(dòng)勢，現(xiàn)有柱上開關(guān)無法實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中調(diào)整流變變比，當(dāng)線路負(fù)荷劇增或驟減需要調(diào)整變比時(shí)需斷開上一級(jí)開關(guān)將待調(diào)整開關(guān)停電再進(jìn)行調(diào)整，對用戶滿意度、供電可靠性等產(chǎn)生不利影響。

圖2、柱上開關(guān)外觀圖

圖3、柱上開關(guān)各部件介紹

6.傳統(tǒng)的“三遙”或“兩遙”開關(guān)，僅能實(shí)現(xiàn)斷路器的遙控操作，無法實(shí)現(xiàn)隔離刀閘的遙控操作，故只能改為“熱備用”狀態(tài)，檢修或故障搶修時(shí)仍需人員登桿操作，但在臺(tái)風(fēng)、暴雨等惡劣天氣情況下，根本無法上桿操作，給運(yùn)行帶來了困難。

7.國標(biāo)及行標(biāo)中對柱上斷路器的選型、材料、結(jié)構(gòu)、工藝等未做具體要求，導(dǎo)致部分廠家存在偷工減料嫌疑，所選用材料低劣且相應(yīng)的驗(yàn)收細(xì)則、追究機(jī)制等不完善，存在管理漏洞。

三、對策研究

1.加強(qiáng)驗(yàn)收管理提高入庫設(shè)備

質(zhì)量建立物資人員初驗(yàn)與管控驗(yàn)收小組復(fù)驗(yàn)兩級(jí)驗(yàn)收體系，并建立相應(yīng)考核制度，對產(chǎn)品存在問題驗(yàn)收未發(fā)現(xiàn)的人員予以績效考核。首先由物資管理人員進(jìn)行初驗(yàn)，每批次設(shè)備到貨時(shí)進(jìn)行初步驗(yàn)收，檢查產(chǎn)品有無合格證、產(chǎn)品外觀有無破損、產(chǎn)品附件是否齊全等。初驗(yàn)合格后，抽調(diào)運(yùn)行單位、施工單位等成立人員相對穩(wěn)定的驗(yàn)收小組，記錄設(shè)備編號(hào)、預(yù)安裝位置，對照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)逐條核對打鉤，檢查產(chǎn)品廠家、產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品附件、有無缺陷等，兩級(jí)驗(yàn)收均合格、驗(yàn)收人員全部簽名后存檔備查。同時(shí)增加產(chǎn)品試驗(yàn)檢測，測試產(chǎn)品的絕緣水平、工頻耐受電壓、短路開斷、熔斷電流、操作機(jī)構(gòu)靈活度等試驗(yàn)內(nèi)容。對抽檢中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品工藝等不符合標(biāo)準(zhǔn)的廠商列入警示名單，加強(qiáng)警示名單廠商產(chǎn)品抽查比例和檢驗(yàn)力度，并將質(zhì)量問題上報(bào)省公司運(yùn)檢部、物資部，提交不良廠商目錄，納入技術(shù)監(jiān)督考核范疇，為同類產(chǎn)品采購提供參考。

2.改進(jìn)材料

柱上斷路器暴露在大氣中，冰霜、雨雪、沙塵、潮霧及大氣中的污穢等都會(huì)對開關(guān)各個(gè)部件造成不同程度的損傷，特別是海洋性氣候?qū)﹂_關(guān)的影響更為突出，直接影響開關(guān)的運(yùn)行可靠性，因此需要對柱上斷路器使用的材料進(jìn)行改進(jìn)，提高設(shè)備質(zhì)量和抗氧化水平，主要有：

（1）針對海島地區(qū)鹽霧重的現(xiàn)象，需要提高柱上開關(guān)密封水平，機(jī)箱密封一定要達(dá)到IP55，內(nèi)部盡量配置除潮和散熱裝置；將暴露在戶外的柱上開關(guān)分合閘轉(zhuǎn)軸、指示器及銷軸由不銹鋼材料改為采用304不銹鋼轉(zhuǎn)軸加含油銅套軸承，能有效地解決開關(guān)分合閘轉(zhuǎn)軸容易銹蝕咬死的問題。

（2）刀口導(dǎo)電接觸面的面積和刀片、觸頭的導(dǎo)電截面面積應(yīng)達(dá)到安全載流量要求，均不少于300平方毫米。

（3）暴露于大氣中的刀閘觸頭和刀口的接觸面應(yīng)有抗氧化的鍍鎳層或鍍銀層，鍍層厚度不少于6μm，硬度＞120HV，機(jī)箱內(nèi)機(jī)構(gòu)及其它零件，表面必須鍍鋅鈍化，厚度＞12μm。為保證操作機(jī)構(gòu)不銹蝕，操作機(jī)構(gòu)應(yīng)鍍鋅或作其他防腐處理。

3.結(jié)構(gòu)方面

針對柱上開關(guān)操作機(jī)構(gòu)受氧化、腐蝕后易出現(xiàn)卡澀甚至卡死拒動(dòng)的問題，對柱上開關(guān)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高操作的靈敏性和可靠性，主要有：

（1）為了防止隔離刀閘和斷路器的動(dòng)作順序發(fā)生誤操作，避免出現(xiàn)帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān)，在隔離開關(guān)帶操作手柄的框架上，增加閉鎖掛牌裝置。當(dāng)分閘后需改檢修狀態(tài)進(jìn)行閉鎖掛牌時(shí)，閉鎖裝置會(huì)卡住隔離刀閘轉(zhuǎn)動(dòng)主軸的拐臂，使之不能轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)會(huì)放下“嚴(yán)禁合閘”警示牌，提醒操作人員注意。在需要合閘時(shí)，必須先摘牌解鎖后方可進(jìn)行合閘操作，杜絕了以往檢修時(shí)柱上開關(guān)“誤合閘”的風(fēng)險(xiǎn)；徹底杜絕誤操作導(dǎo)致事故發(fā)生。

（2）動(dòng)、靜刀片在閉合時(shí)位置可能會(huì)出現(xiàn)較大的相對偏差，因此，要減小隔離刀的左右擺動(dòng)間隙，防止超過刀片的開口距離或錯(cuò)位而導(dǎo)致刀閘無法正常關(guān)合隔離開關(guān)。在合分閘動(dòng)作時(shí)，相互接觸的表面相對的滑動(dòng)摩擦以清除表面污垢和氧化物，保證相互間的緊密接觸。

（3）改進(jìn)隔離開關(guān)動(dòng)靜刀頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將刀口和觸頭由原來長方體改成帶有5-10度的上薄下厚的斜坡梯形構(gòu)造，使刀口與刀閘接觸面積更大，操作更輕巧，杜絕刀閘卡澀。與原來平面結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜刀片相比較，減少了合閘和分閘時(shí)的摩擦阻力。這種斜面結(jié)構(gòu)還具有自我清掃氧化物和污垢，自我調(diào)節(jié)互相間適應(yīng)力的功能，更容易合、分閘輕松到位。

（4）分、合閘位置能準(zhǔn)確到位，要求配置分合閘加速彈簧和限位塊，在各種嚴(yán)酷工況下，可以手動(dòng)正常操作，合分閘到位，接觸可靠為保證。

（5）動(dòng)刀片及動(dòng)、靜刀片接觸處有防護(hù)絕緣套，用于標(biāo)注相序及減少冰雪、雨水、灰塵、污穢等對它的影響。

4.工藝方面

針對運(yùn)行中無法調(diào)整流變變比等問題，對柱上開關(guān)的工藝進(jìn)行了改進(jìn)和提高，主要有：

（1）針對開關(guān)接帶的容量變化后，只能停電調(diào)整柱上開關(guān)保護(hù)變比的問題，對柱上開關(guān)二次回路設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，在二次回路并聯(lián)SIDAC硅雙向開關(guān)和限流電阻的保護(hù)電路，工作原理為：當(dāng)開關(guān)保護(hù)變比轉(zhuǎn)換時(shí)開路產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓電動(dòng)勢通過保護(hù)電路的快速連通而迅速降低至通態(tài)電壓（1.5V左右），而當(dāng)切換至另一檔位時(shí)由于電流較低，保護(hù)回路又會(huì)自動(dòng)跳閘，從而不影響柱上開關(guān)的正常運(yùn)行。電流互感器變比在200/5、400/5、600/5、退出保護(hù)四個(gè)檔位靈活可調(diào)，能在不停電情況下，通過絕緣棒在不靠近開關(guān)帶電體的安全距離外進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)變比根據(jù)所帶負(fù)荷的實(shí)時(shí)切換。

（2）傳統(tǒng)的 “三遙”開關(guān)只能實(shí)現(xiàn)斷路器的遙控分合，無法實(shí)現(xiàn)隔離刀閘的遙控分合，新型柱上開關(guān)可通過一對一的遙控器實(shí)現(xiàn)斷路器和隔離刀閘的自動(dòng)聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)機(jī)械閉鎖，在合閘時(shí)隔離刀閘得電后自動(dòng)合閘，1-2秒后斷路器自動(dòng)合閘并立即機(jī)械閉鎖。分閘時(shí)斷路器自動(dòng)先分閘并自動(dòng)打開機(jī)械閉鎖，隨之自動(dòng)分開隔離刀閘，同時(shí)還可手動(dòng)操作、及遠(yuǎn)程信號(hào)操作，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的“三遙”；使得臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣時(shí)也能迅速完成開關(guān)操作。

（3）絕緣柱體應(yīng)清潔光滑，無機(jī)械損傷，無劃痕、裂紋，爬電絕緣距離不少于372毫米,符合國網(wǎng)Ⅳ級(jí)防污穢要求。

5.檢測方面

針對以往驗(yàn)收規(guī)范不明確、不細(xì)化導(dǎo)致的驗(yàn)收流于形式、柱上開關(guān)可靠性、靈敏度無法保障的問題，在驗(yàn)收時(shí)增加了設(shè)備檢測內(nèi)容，主要有：

（1）用回路電阻測試儀檢測處于合閘狀態(tài)的隔離刀閘和斷路器總的接觸電阻不得大于1 5 0 μ Ω （ 該 參 數(shù) 針 對 Z W 3 2型），確保柱上開關(guān)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)不發(fā)熱。

（2）用繼電保護(hù)測試儀檢測開關(guān)的出廠整定值（二次電流）是否為：速斷20A,時(shí)間為0秒；過流5A，0.3秒。