隔离开关支柱瓷瓶断裂原因分析

[摘要]通過数起事故，对刀闸材料、参数、结构、制造工艺的分析，找出了瓷瓶断裂的原因，提出了刀闸及瓷瓶的更换改造和检修、运行、维护管理方案，从而避免了断瓶事故的发生，提高了电网的安全运行水平。

[关键词]隔离开关(刀闸)　瓷瓶　断裂

1、前　言

隔离开关广泛应用于变电站，其早期产品由于在设计、制造和运行维护方面存在不同程度的缺陷，事故时有发生，是电力系统安全运行重大的安全隐患。东莞供电局近年来已发生了几起刀闸的支柱瓷瓶断裂事故。我们对此类事故进行了分析，找出解决的办法，对于预防事故有十分积极的意义。支柱瓷瓶作为变电站运行的重要部件，近年来却时常出现因支柱瓷瓶断裂而发生的故障。其不仅可能造成严重的电网事故，影响安全供电，而且还对运行及检修人员的人身安全构成威胁，成为电力系统安全运行的一大隐患。因此，必须认真分析造成断裂的原因，从而采取必要的措施防范此类事故的发生。

2、故障情况简介

近年来，省公司在隔离开关的专业管理、检修管理、事故分析、技术改进等方面做了一定的工作，但由于多年来刀闸的检修管理基本上处于自由状态，没有统一的和法定的检修工艺规程，大多数运行单位都是将刀闸的检修与主设备的检修同步进行，没有自己的检修周期、检修项目和质量要求，所以检修质量无从保证，而瓷瓶的潜在故障也很难通过设备巡视检查出来，因而瓷瓶断裂故障时有发生，如：

(1)2009年11月，11OKV港区站#3主变变低5033刀闸支柱瓷瓶破裂更换抢修工作。经分析断裂原因为：该瓷柱断裂是由于设备运行时间长，瓷件与法兰的浇处所涂的沥青及瓷质老化引起。

(2)2010年2月，220KV元江站专业巡查中，经过认真检查和仔细核对发现了10kV开关柜5502刀闸c相静触头瓷瓶有裂纹出现。裂痕的产生可能会导致5502刀闸无法正常分合闸，严重更甚者最终可能发生瓷瓶断裂导致相间短路和接地短路，产生电弧烧毁开关柜，如果保护动作失灵，可能会引起连锁反应，整个10KV出线高压室发生爆炸。经分析断裂原因为：瓷瓶材质问题，旧刀闸为陶瓷材质，容易脆化断裂，现更换为采用环氧树脂材质的新瓷瓶。

(3)2010年8月，110KV满丰站10KV 5033、5503刀闸瓷瓶破裂更换处理时瓷瓶根部发生断裂，经过现场分析认为刀闸瓷瓶本身已存在裂痕，经过长时间的多次操作转动造成裂痕扩大，导致最终断裂。

(4)2010年9月，110KV金洲站10KV 52甲PT、52乙PT、5242、5244、5002、5502、5020、5022甲、5022乙刀闸瓷瓶破裂更换处理，经过现场分析发现5020刀闸下刀头支柱瓷瓶A、B相导电接头脱落，已更换新的支柱瓷瓶。怀疑是刀闸产品质量问题和安装工艺问题。

3、原因分析

从以上几超瓷瓶断裂故障的分析可以看出，瓷瓶断裂主要由以下4个方面的因素：一是产品质量问题：二是安装运输过程中的不规范操作；三是设备老化、锈蚀；四是运行维护不当。下面分别就这4个方面的问题进行分析：

3.1　产品质量问题

(1)刀闸防护性能较差。近年来大气污染严重，酸雨对设备的腐蚀严重，设备特别容易生锈：而厂家对防腐问题认识不足。例如6W6型隔离开关的所有金属件都暴露在大气中，任由风吹雨打，而金属件表面防腐措施不足，每次检修人员停电检修时，都发现刀闸运动困难，金属部分锈迹斑斑，手动操作非常吃力：另外厂家对隔离开关转动位置选材考虑不足，也导致转动位置容易锈蚀。

(2)刀闸设计刚度裕度不足。由于刀闸各传动部分需要传动的力是比较大的，而在设计时，考虑予留的裕度不足，当安装不良或传动部件生锈，要求的力矩较大时，传动件就发生变形：反过来，又使传动部件承受更大的力矩，这样一个恶性循环的过程致使垂直传动轴、水平拉杆、主拐臂连接器、甚至支柱瓷瓶发生严重变形，从而导致断裂。

(3)设计时三相安装尺寸考虑不周，致使现场安装时无法实现，导致支柱瓷瓶在运行时就已经受力，在系统受到冲击时引发故障。

(4)支柱瓷瓶是高温烧结成的电瓷产品，属于脆性材料，如果瓷瓶材料不够均匀，或加工使用过程中受力不均等，都会造成极为细小的孔洞或裂纹。而在运行中，支柱瓷瓶长期承受机械负荷的作用和外力的冲击，随着时间的增长，当累积效应达到一定程度后，裂纹逐步扩大，最终导致断裂。

3.2　安装运输过程中的不规范操作

运输及安装环节对设备性能的影响是显而易见的，设备在运输过程中的吊装、运输、卸货等环节上是否严格遵守规定(如装、卸设备时和起吊过程中受力点的选择，在运输过程中设备的固定是否符合要求等)，设备在现场安装过程中的吊装、就位、安装调整等环节上是否严格遵守有关规定和工艺标准，都会对设备的状况和性能产生影响，并在以后的运行过程中不可避免地表现出来。

3.3　设备老化、锈蚀

随着设备运行时间的增加，瓷瓶支柱绝缘老化、锈蚀也是造成隔离刀闸的瓷瓶支柱断裂故障的重要原因。

(1)任何物质经过一定的时间都会老化，电力系统中的送变电运行设备在经历风吹、日晒、雨淋、电动力以及其它一些不利因素的影响下，其性能必然会受到影响，甚至被破坏。

(2)支柱瓷瓶的断裂有很大一部分发生在底座金具和瓷瓶支柱的结合部位，因为这个部位受力最大，且由于支柱瓷瓶瓶的工作环境恶劣，受外界影响因素很多，如大风、雨雪、日晒等，如果铸铁座与支柱瓷瓶连接处的浇注物不够严密，使雨水进入后不能及时蒸发，造成金属严重锈蚀，或在气温降低时结冰膨胀，冻坏铸铁座发生裂纹，在受到一定的外力作用时，造成瓷瓶断裂。

3.4　运行维护不当

支柱瓷瓶在检修维护中的不合理受力和运行人员操作不当也是造成断裂的重要原因。

(1)为防止因沙尘和灰尘等因素造成的污闪事故的发生，在每年检修时都要进行设备清洗、擦拭，大多数情况下，都是工作人员身系安全带，侧吊在设备上工作，因而，这些支柱瓷瓶不可避免地要受到弯曲力，而且这个弯曲力随着工作人员用力及侧吊角度而变化，具有一定的冲击力，极易使瓷瓶受到损害。

(2)运行人员操作不当。当遇到机构卡涩时，未采取相应措施，强行操作，由于传动、转动各环节的间隙内缺少润滑油或干桔、锈蚀，使静摩擦力很大，如果运行人员在操作时用超过正常的力来操作容易受损。

4、析建议与对策

4.1　对刀闸进行改造

(1)注意改造更换顺序，首先改造大电流(2000A)的隔离开关。其次按是母线侧、电源侧、线路出线等顺序改进。按轻重缓急排出更换改造和检修计划。

(2)更换动作元件，将传动、转动等动作部件更换，并采用渗锌工艺、不锈钢轴套、密封加油轴套等。

(3)适当调整结构，动静触头间隔、操作机构、传动系统应调整适当，操作灵活。

(4)根据运行经验，要求以后厂家设计刀闸必须采用高强度的新型环氧树脂材质的瓷瓶绝缘套管。对瓷瓶出厂验收把好关。

4.2　加强测温和维护检查。

(1)做好专业巡视。应结合停电对所有该类型刀闸进行检查维修，重点检查合闸是否到位，各部件有无异常和变形，导电部位外观有无发热变色，检查隔离开关的动、静触头瓷套是否有裂纹。

(2)加强变电运行红外测温。如发现整体温度偏高或相间温度偏差较为明显时，应及时分析，并加强跟踪。不具备测温条件的应用手触摸柜体，判断是否存在发热现象，并通过观察窗检查隔离开关是否有异常变色现象。

(3)对刀闸操作时应掌握力度，防止因用力过猛造成瓷套损伤；操作完毕应注意检查三相合闸是否到位。

(4)做好事故预想和抢修准备工作。根据刀闸在运行中发生的此类故障和缺陷的主要特点，做好人身安全及备品备件的相关准备工作。

参考文献

[1]高压开关状态检修导则(广东省电力集团公司发布)

[2]《高压输变电设备的绝缘配合》(GB311.1～1997)

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