广东电网有限责任公司东莞供电局 广东东莞 523000
摘要：GW-16A型隔离开关，结构简单，安装和操作方便，在电力系统中被大量采用。本文针对GW-16A型隔离开关分合不到位、触头发热的典型缺陷进行分析，并提出了对应的技术改造，包括更换刀闸上臂，以及对静触头、罩、缓冲垫、波纹管等少数部件作进一步改进等。该GW-16A型隔离开关改造方案费用低，停电时间短，经济效率良好，改造后隔离开关缺陷率明显下降。
关键词：GW-16A；缺陷；技术改造
引言
GW-16A型隔离开关（俗称刀闸），是供高压线路在无载流情况下进行切换或对被检修的高压电器设备与带电线路进行电气隔离的三极户外高压电器。隔离开关由三个单极组成，极间用水平连杆相连接，每组隔离开关配一台CJ7电动操动机构，正常工作时采用电动机构操动[1]。
GW-16A型刀闸是在GW-16型刀闸基础上的改型产品，GW16A刀闸作为90年代的典型产品，在全国范围内均有运行案例[2]。由于系统供电可靠性的考核，母线侧刀闸难以批准停电进行维护，在欠缺维护的情况下，刀闸机构自身的传动阻力也会逐渐增大，使GW-16A型刀闸更加容易出现合不到位的缺陷；而且该型刀闸的钟罩结构内壁由于刀闸的带电摩擦容易产生碳化情况，积聚到一定程度将阻碍刀闸的上升动作，影响刀闸的合闸到位情况，同时会增大回路电阻，使刀闸发热。而一旦出现刀闸缺陷情况，要进行处理必须停运整段母线，将大大影响供电可靠性。发生过各种类型的故障，由于缺陷故障扩大为重大事故，造成极大的经济损失和严重的社会影响，目前的维护式处理方法只是暂缓之计，并不能彻底处理缺陷。所以对GW16A刀闸进行改造一直是电力系统运行维护关注的热点。
1常见缺陷分析
1.1常见缺陷介绍
GW-16A型刀闸的国内主要生产厂家为河南平高电气股份有限公司和长沙高压开关有限公司。作为90年代的典型产品，其是根据电网要求设备在全生命周期内免大修或延长大修周期而重新设计的产品，目前已被大量应用到电力系统之中。主要改进设计有：1、取消中间触头改为软连接设计（中间触头需3~7年进行大修）；2、将静触头改为钟罩型设计。改进后设计GW-16A型刀闸在延长大修周期及防水性都有了一定的提高，但运行4-5年后就频繁出现合不到位和触头发热等缺陷，表明其新设计还存在一定的不合理性。
表1为南方电网某地市局的GW-16A型刀闸的运维情况，表2为常见缺陷数量统计。从表1、表2可以看出GW-16A型刀闸现已步入运行接近10年的状态，分合闸不到位以及发热的缺陷数量逐年上升，近5年的缺陷率高企。
表1 某局GW-16A型隔离开关运维概况
1.2缺陷原因分析
针对GW-16A型刀闸合不到位和触头发热的常见缺陷，从其改进设计上进行分析，发现存在一定的不合理性，情况如下：
1、静触头设计为钟罩型（图3），合闸时动静触头触指在静触头罩内壁滑行压紧，动静触头滑行摩擦容易造成磨损，并产生较大的摩擦力，由于摩擦造成的阻力使导电臂伸不直，导致刀闸合闸不到位；由于刀闸合闸不到位静触头不能张开，触头之间压力不足，使接触不良，导致发热；
2、钟罩型的静触头在防水上有一定的效果，但其散热性能较差。运行时的热量不能及时散发，导致了发热缺陷；
3、静触头是用硬连接固定在母线上的，可向上移动的行程很少，进一步增加了刀闸向上升的阻力，阻止了动触头向上运动，造成的阻力使导电臂伸不直，造成影响如上1所述；
4、由于动触头在设计上没有引弧装置，分合闸时容性电流产生的电弧会烧伤动触头触子以及静触头的内壁，并且烧伤形成的溶蚀物会附着在动静触头上，更进一步增加了合闸阻力，使动触头在静触头内壁不能顺畅滑动至张开，造成接触不良而发热和合闸不到位，见图4。
5、刀闸上导电管下端顶压脱扣装置的绝缘滚轮由于材料老化产生碎裂，刀闸合闸过程不能顺利张开触子，造成压力不足。最终导致接触不良而发热及刀闸合闸不到位缺陷。
6、根据钟罩型的静触头运行情况，须要在3-5年进行维护或更换，停电机会少，刀闸得不到有效维护，其机构摩擦阻力增大，导致刀闸出现合闸不到位。
图3 钟罩型静触头
图4 动静触头接触部位
另一方面，GW-16A型刀闸存在的主要缺陷很容易造成严重的后果，如下：
1、刀闸由于接触不良造成发热缺陷，在负荷高峰期容易发展成重大或紧急缺陷；
2、由于刀闸导电臂不能伸直，导电臂没有自锁，抗电动力性能不足；
3、在刀闸合闸过程中，导电臂行程受阻，机构继续转动的情况下会产生很大的应力，刀闸的转动瓷瓶承受了所有的应力。这种情况极容易令转动瓷瓶断裂，造成设备、电网或人身事故。
2设备技术改造
2.1上导电臂及静触头改造
针对原GW-16A中实际接触面积不足和触头压力不足两个核心问题，首先在设计上改良刀闸上臂及静触头设计图，把原来的钟罩型静触头改良为夹紧式静触头以增大接触面积：
根据厂家提供的动静触头接触面积计算公式：，
可算出改良前的接触面积。
2.2家族性缺陷改造
根据某局的GW-16A型刀闸运维情况，运行年限达5年以上将会出现部分家族性缺陷，如因动触头防水性能差导致的防雨罩脆化裂口、以及本文1.2中第5点上导电臂绝缘滚轮变形等，同时提高了触头压力不足情况发生的可能性。
针对原GW-16A型刀闸存在的设计、材质上的家族性缺陷进行了以下改进：
1、针对上导电臂下端顶压脱扣装置的绝缘滚轮，因老化等原因在现场有碎裂或变形的情况，把绝缘滚轮换成不锈钢滚轮，并为了防止分流而设置了绝缘件。
图11 硅橡胶罩、缓冲垫、波纹管
3改造情况总结
某局对某220kV变电站共34组110kV GW-16A型刀闸进行改造，改造方案内容包括1.更换整个上导电臂装配；2.更换静触头装配；3.更换刀闸上的定位螺塞和弹性圆柱销；4.检查更换导电带；5.改用硅橡胶材料的罩、缓冲垫、波纹管等；6.滚子更换为不锈钢滚子，并更换相关连接件；7.对锈蚀或轻微锈蚀的零部件进行防腐处理；8.调整刀闸改造进行刀闸参数数据测试，均满足技术要求，如表3所示：
表3 GW-16A型隔离开关改造后本体技术数据
改造一年后对其回路电阻测试及红外测温，均无发现缺陷。
经统计，改造工程每改造一组刀闸耗时5小时，为更换一组刀闸时长的1/6，资金节省8.8万元。经改造后，能根除GW-16A刀闸的家族性缺陷以及大幅降低合闸不到位、触头发热的常见缺陷。
4结论
GW-16A型刀闸虽然是在GW-16型刀闸基础上的改型产品，但运行4-5年后就频繁出现合不到位和触头发热等缺陷，以及一系列的家族性缺陷，表明其新设计还存在一定的不合理性。本文对GW-16A型刀闸的改造不仅根本解决原GW-16A型刀闸的家族型缺陷，同时也是国内首次此类刀闸改造成功的案例。本文提出的改造方案举措及优点包括以下几点：
1、上导电臂及静触头改造，加大导电接触面积，减少合闸阻力，避免合闸不到位的故障发生；
2、钟罩型静触头改为夹紧式静触头，提高散热性能；
3、动触头增加引弧装置，避免电弧烧伤溶蚀物导致合闸阻力增加及发热；
4、绝缘滚轮、防雨罩、缓冲垫、波纹管等材料改进，避免材料老化等家族性缺陷造成合闸动力不足，进而发展成发热及刀闸合闸不到位缺陷；
5、改造费用低、停电时间短，改进后维护周期变长，减少维护压力。
参考文献
[1]董修峰，刘荣才.GW16（17）-252型高压隔离开关完善化改造情况与分析[J].电力技术，2010年05期.
[2]孙亚辉．GW16型隔离开关的改造[J]．华中电力，2011，6（24）：21-25．
作者简介：
蔡宝龙（1990），男，广东东莞人。助理工程师，工学学士，从事变电检修及研究工作。
李志钿（1974），男，广东东莞人。助理工程师，从事变电检修及研究工作。
聂玉英（1978），女，广东连州人。从事变电检修研究及管理工作。
项目编号：GDZC-031920160273
项目名称：隔离开关中间接头拆除专用工具
论文作者:蔡宝龙,李志钿,聂玉英
论文发表刊物:《电力技术》2016年第10期
论文发表时间:2017/1/9
标签：触头论文; 缺陷论文; 不到位论文; 情况论文; 阻力论文; 滚轮论文; 家族论文; 《电力技术》2016年第10期论文;