黄瑶毓
上海思源高压开关有限公司 上海 201108
摘要：在电力GIS设备的发展趋势下，GIS内隔离开关得到了广泛应用，其主要优点是小型化、维护简单、安全性高。但是在GIS内隔离开关的长期运行下，因装置自身问题或环境影响，经常会出现故障。基于此，本文首先分析了GIS隔离开关在电力系统中的作用，随后对GIS隔离开关常见的故障类型情况进行总结并提出改善建议，以此来供相关人士交流参考。
关键词：GIS隔离开关；电力系统；故障分析
引言：
气体绝缘金属封闭开关设备(简称GIS)具有占地面积少，维护简单，受环境影响小等优点，其发展非常迅速，在各类变电站中已广泛应用。GIS内隔离开关结构简单紧凑，使用量大，对变电站的设计、建立和安全运行的影响均较大，是电网中重要的开关电器之一。在实际的运行中因为各种因素诸如运行情况、维护情况、操作失误以及开关质量等都会使得GIS隔离开关出现故障，由于GIS全封闭式的结构导致其内部隐患难以直接观察判断，为确保电力系统安全有效地稳定运行，必须仔细分析故障产生的原因，寻求最佳的处理方案以及后续预防措施。
一、电力系统中隔离开关的作用
隔离开关有非常明显的分段间隔，主要用来隔离电源，为电力系统检修提供一个安全的工作环境，也可以通断小电流。高压隔离开关一般都会和断路器结合使用，因此都没有安装灭弧装置。隔离开关在电力系统中主要承担以下工作：一是利用断口间可靠绝缘的能力，能够可靠隔离需要检修或分段的线路与带电线路，必要时附设接地开关，确保人员进行电气设备检修工作时的安全。二是在双母线运行的电路中，利用隔离开关带负荷进行分、合闸操作，可以将线路从一组母线上切换至另外一组母线上，可根据需要更改母线的运行方式。三是利用高压隔离开关连通或是断开小电流电路，诸如励磁电流小于2A的空载变压器、电容电流小于5A的空载路以及避雷器与电压互感器的断开或者连接[1]。可见其在电力系统检修维护工作中的重要性，是电力系统可靠稳定运行的有力保障。
二、GIS隔离开关的常见故障及改善建议
（一）绝缘故障
隔离开关绝缘故障的起因较多，主要包括：内部导体绝缘距离不足、绝缘件自身的缺陷、气室内存在金属异物或者由于多次开合造成的气室污染、过电压等。比如GIS隔离开关在开合母线转换电流时，触头烧损产生的飞溅物会严重污染内部绝缘件表面，影响其绝缘性能。在开合小电容电流时，因为隔离开关速度低且没有灭弧装置，所以在开断过程中容易发生重击穿，会产生很高的操作过电压，即特快速暂态过电压（简称VFTO）［2］，可能导致GIS设备及其相连的设备（如变压器）绝缘损害，并可能产生电磁干扰，影响二次设备［3］。
针对绝缘故障可以采用以下处理措施：一、加强绝缘件的质量管控，产品严格进行出厂绝缘试验。二、在隔离开关设计、制造、运行、检修等各阶段应采取措施，减少金属微屑对隔离开关可靠性的影响。如内部零件螺孔必须倒角，减少微屑掉落；加强工艺控制确保导电接触面金属镀层的结合力，减少镀层脱落；在隔离开关断口正下方设置陷阱，使得陷阱区域的电场强度与普通区域（无陷阱）的电场存在较大差异，差异越大越利于金属微屑的捕获，见图1；GIS安装完毕后, 在投运前应进行预加压除屑（老炼试验）。三、针对电压等级 330 kV 以上的GIS设备可以通过适当提高隔离开关的分合闸速度、改善断口间触头屏蔽层电场强度以及注意设备操作时隔离开关的拉合顺序等措施，尽量降低VFTO过电压［4］。
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图1 隔离开关断口陷阱示意图
（二）发热故障
隔离开关发热故障的起因主要包括：一、导电连接面紧固螺栓松动，导致接触面接触不良，电阻增大，连接处发热。二、动触头镀银质量不好或者镀银层厚度太小，在分合闸操作过程中，镀银层磨损，动触头表面铜露，导致滑动接触电阻增大，接触点发热。三、电接触触头（比如自力型触头、表带触指、弹簧触指等）在长时间分合闸工作后，因疲劳造成弹性减小或丧失，导致接触电阻过大发热。
针对发热故障可以采用以下改善措施：一、导体接触表面清洗干净并涂抹导电脂，采用合适的连接螺钉和紧固力矩。二、提高动触头表面镀银质量及表面粗糙度，选取合适的镀银厚度，一般固定连接面的镀银厚度要求大于8μm，滑动连接面的镀银厚度一般要求大于20μm。三、触指或触指弹簧选择经久耐用，不易变形，压力持久可靠的材料。四、进行隔离开关机械寿命试验，保证寿命前后隔离开关回路电阻变化不大于20%。
（三）机械故障
隔离开关机械故障主要有操作卡滞、拒分拒合以及分合闸不到位。引起机械故障的原因主要包括传动间隙太大分合闸位置不稳定、传动零件因硬度或刚度不足而发生严重磨损变形或断裂、传动零件因锈蚀损坏或卡滞。
针对机械故障可以采用以下改善建议：一、传动零件必须要选择有足够强度及刚度的材质。二、传动零件根据据工作环境或使用条件的不同，选择合适的热处理及表面处理工艺，提高零件强度、表面耐磨性或防腐性能。常见的零件镀覆和化学处理方式见表1。三、传动零件选择合适的公差配合及粗糙度，减小传动误差，减小传动过程中损失。四、户外传动连杆增加防雨罩，外露连接面及螺栓涂抹防水胶。五、产品装配后检测隔离开关本体的操作力矩以及操动机构电机的电机电流。
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（四）SF6气体泄露故障
SF6气体泄露故障的通常是由于密封件质量不良或者密封连接面防水防腐性能不良，外界环境条件下的水分、污秽、紫外线等与密封材料（圈）直接接触，密封材料（圈）老化失效，破坏密封面结构，引起密封功能失效。
针对漏气故障可以采用以下改善措施：一、密封面涂抹防水胶，所有外露的螺栓头涂抹防水胶。二、所有外露零件应进行倒角，因为零件的尖角对表面处理不利。一般法兰面倒角及防水涂胶示意图见图2。三、密封件安装时要保证合适的压缩率和表面粗糙度。四、密封结构所处的位置应避免积水，设计时应考虑导流和排水，零部件装配后不要存在缝隙，以免会发生水、灰尘和盐雾等的沉积。必要时可以增加防雨罩。四、要对气室压力定期巡检，并做好相关的记录工作，定期对气体成分进行分析对比，提前发现可能存在的漏气缺陷。
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图 2 法兰面倒角及涂胶示意图
三、结束语
综上所述，GIS隔离开关对于电路转换，保障停电检修工作安全具有非常重要的作用，是影响电网运行安全的重要因素之一。隔离开关容易受到环境、操作以及质量等因素的影响而产生故障，因此必须要注重对隔离开关的监管维护，使隔离开关能够持续有效稳定发挥其作用，保障电力系统的安全稳定运行。
参考文献:
[1]刘淑琼, 曾祥胜, 陶丽芬. 电力系统常用GW4型隔离开关热故障及处理[J]. 科技创新与应用, 2018, 000(023):149-150.
[2]李云阁.ATP-EMTP及其在电力系统中的应用.北京：中国电力出版社，2016.
[3]徐敏.特高压交流输电的建设及发展意义探寻[J]. 中国市场, 2016（2）, 61-62.
[4]张星海， 张血琴， 吴广宁.500kV变电站并联电容器的过电压分析与保护参数整定 [J]. 电网技术，2005，29（15）：56-60.