10kV GN30型大电流刀闸发热综合处理方法研究

摘 要：针对国产10kV GN30型大电流刀闸普遍存在的带上较大负荷后容易出现发热缺陷的问题，文章在对比了传统的三种处理方法后，按照“一改结构、二变材质、三改环境、四强工艺”的四部曲，探讨和总结出了一种综合的、创新的、通用的GN30型大电流刀闸发热缺陷处理办法。

关键词：GN30型刀闸；大电流；发热；综合处理方法

1 刀闸发热问题的案例介绍

1.1 实际案例分析

2012年3月27日上午，运行人员在巡视某110kV变电站10kV高压柜时，发现#1主变501开关柜、CT柜、#2主变552开关柜、CT柜共4面GN30型大电流柜柜体存在烫手现象。借助测温窗，用红外热成像仪测得柜内刀闸最高温度高达110度（环境温度29度）；利用手电筒，透过母线室的观察窗看到5011刀闸上刀口与母线铜排之间的A相分支排上的绝缘护套已整段开裂。初步分析认为该4面柜柜内GN30型大电流刀闸存在严重发热现象。

该4面高压柜柜内大电流刀闸型号为：GN30-12，2009年3月生产，2010年6月投运；刀闸额定电流为3150A，平时运行电流高达2200A左右，负载率：69.84%。

1.2 刀闸发热问题的普遍性

随着负荷的逐年上升，几个110kV变电站就先后出现过不同厂家的10kV GN30型大电流刀闸发热、刀闸熔焊、触指脱落、旋转瓷套开裂等现象，如图2、3所示。

2 常规的三种处理方法及存在的问题

目前国内针对10kV GN30型大电流刀闸发热、熔焊等问题主要采用以下三种处理方法[1]。

2.1 方法1

申请停电检修。更换部分触指、弹簧、锁片等零部件；清洗刀口，涂抹中性凡士林等，并定期开展红外测温。

存在的问题：

该方法只能解一时燃眉之急，无法彻底解决刀闸发热问题；运行一段时间后，在高负荷长期作用下，刀闸发热问题必定会重新出现。

无法解决大电流柜本身散热差的问题。

定期测温工作量大，且封闭柜很难测准实际温度。给运行维护带来不小的压力。

2.2 方法2

将柜内原刀闸更换为更大额定电流的刀闸，或换为同额定电流的GN22型刀闸，并对高压柜通风效果进行改造。

存在的问题：

受现有高压柜的尺寸所限，更大额定电流刀闸或同额定电流GN22型刀闸尺寸较原来大，无法装进原有高压柜或装后无法保证对高压柜柜壁的安全距离。

换为GN22型刀闸后，高压柜无法满足“四室”独立的要求。因GN22型大电流刀闸柜内母线室与开关室无隔板，给检修维护带来一定的风险。并且GN22型大电流刀闸也存在较难判断分合闸是否到位的隐患。

2.3 方法3

更换整面高压柜，柜内加装更大额定电流的刀闸或更换为同额定电流GN22型刀闸；并在柜内加装风机，加强对流散热。

存在的问题：

涉及10kV母线停电，拼接。停电范围大，停电时间长，停电比较困难。

实施工作量大，实施费用高。

较长时间的停电，容易给社会造成较大的不良影响，严重影响企业的形象。

3 综合处理方法探讨

为了寻求针对国内大部分厂家的10kV GN30型大电流刀闸发热问题的综合、创新、通用的处理办法，决定对几种主要厂家的GN30型大电流刀闸及配套高压柜，从“设计结构、材质选择、运行环境、加工工艺”四个方面来加以综合分析。

3.1 设计结构方面

3.1.1 大部分厂家GN30型大电流刀闸静触头基本上都是采用左右各4套独立的触指、螺杆、螺母、锁片、压紧弹簧等多零部件配合的结构。因零部件过多，部件与部件之间因加工精度问题较难完全紧密接触，外加8套触指完全独立，这必将影响动静触头的有效接触面积[2]。

3.1.2 部分厂家的GN30型大电流刀闸传动拐臂无固定座，分合闸过程中容易产生虚位，导致刀闸每次合闸后的接触电阻变化较大。

3.1.3 部分厂家刀闸导电杆内部开6个小孔散热，因孔径加工精度不够，容易导致内部电场不均匀，出现涡热。

3.2 材质选择方面

3.2.1 大部分厂家的GN30型大电流刀闸框架采用A3普通钢板，厚度不够；刀闸夹架采用铸铁材料，具有导磁性，易产生涡流。

3.2.2 大部分厂家的GN30型大电流刀闸触指锁片采用铁片或普通钢，受热后弹性不够。

3.3 运行环境方面

3.3.1 高压柜基本上都采用“四室”独立结构，室与室之间采用钢板隔开，柜内空气对流情况不理想，导致加装在母线室的风扇对开关室、电缆等室的散热起不到多大效果。

3.3.2 高压柜采用全封闭式柜型设计，柜内与柜外空气对流情况不理想，容易导致柜内热量散发不出来。

3.4 加工工艺方面[3]

3.4.1 部分厂家动触头杆由上下两节组成，上下两节在组装时不在一条水平直线上或动触头杆加工外径存在偏差，导致两侧各4套触指很难全部与动触头杆紧密接触，势必增大动静触头的接触电阻。

3.4.2 部分厂家加工的触指、螺杆、螺母、锁片、压紧弹簧等零部件尺寸、工艺精度不高，质量参差不齐，给零部件之间的紧密配合带来一定的难度。

4 综合处理方法的实施

依据上面分析到的引起国内大部分GN30型大电流刀闸发热、熔焊的各方面原因，按照“一改结构、二变材质、三改环境、四强工艺”的四部曲，我所探讨和总结出以下一种综合的、创新的GN30型大电流刀闸发热缺陷处理方法。

4.1 “一改结构”：改进刀闸设计结构[4]

4.1.1 将刀闸原片式、多零部件组合的触指改为U型一体化结构的触指。

4.1.2 将上下两节、6小孔散热的圆柱式动触头改为两个圆柱筒套装、中空、端部开12个小孔散热的动触头。

4.1.3 在刀闸传动拐臂加装固定座，减少刀闸合闸虚位。

4.2 “二变材质”：改换刀闸部件的材质

4.2.1 将刀闸框架由A3普通钢改为不锈钢，并增加其厚度。

4.2.2 将夹架由铸铁材料改为非导磁的铸铝材料。

4.2.3 将动静触头改用导电率高的纯铜做基体，表面镀银处理，降低接触电阻。

4.3 “三改环境”：改善高压柜内外运行环境

4.3.1 在高压柜后门加装风机，加强高压柜柜内与柜外的空气对流。

4.3.2 将高压柜上、下室之间的隔板改为局部带网纱式的通风板，加强高压柜上、下室的通风。

4.3.3 在高压柜操作盘柜内侧加装固定支撑杆，解决高压柜柜体薄弱、不受力导致操作力中途损耗的问题。

4.4 “四强工艺”：提高现场刀闸部件组装工艺

4.4.1 开展刀闸拼装后的温升抽查试验，确认刀闸部件组装良好。

4.4.2 开展刀闸现场组装后的压力测试，确认刀闸合闸后触指与触头接触力量足够。

4.4.3 开展刀闸上下两节动触头杆直线度和加工外径偏差度的检测。

4.4.4 在处理后的大电流刀闸两侧加装无线测温系统，改变传统的人为红外测温手段[5]，实时跟踪被测点的温度变化，并将监测到的数据以无线的方式上传到主控室终端接收仪，通过局域网来查询刀闸实时和历史温度，并实现超温主动报警。

4.5 综合处理方法的成效

依据上述探讨和总结出的综合的、创新的、通用的GN30型大电流刀闸发热缺陷处理方法，彻底解决了该110kV变电站刀闸发热问题，在相同运行负荷和环境下，将刀闸温度由之前测得的110度下将到52度。并将红外测温结果与在线测温数据进行了对比，发现数据相差不大。加装了在线测温装置后，为实时监测刀闸的运行状况，检测刀闸改造后的长时间效果提供了依据。

目前，已将该方法用于另外几个出现GN30型大电流刀闸发热、触指脱落、熔焊、旋转瓷套开裂等缺陷的变电站。效果都比较理想。

5 结束语

随着我国经济的快速发展，各个供电局不少变电站的负荷也屡创新高，这就给变电站内设备的可靠运行带来了不小的挑战，尤其是考验着大电流刀闸的可靠运行。文章探讨和总结出的“一改结构、二变材质、三改环境、四强工艺”的四部曲处理办法，对综合、彻底消除国内大部分GN30型大电流刀闸发热、熔焊等缺陷具有一定的指导意义。

参考文献

[1]变电设备检修（第二册）[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]叶茂泉.GW16型隔离刀闸发热故障分析[J].电力安全技术，2012，14（7）：56-57.

[3]杨德华.10kV旋转式隔离开关易引发的故障原因分析及改造[J].广西电力，2007（5）：48-49.

[4]黄敬侠，刘祥吉，郭湛林，等.对GW4型刀闸发热问题的研究[J].中国高新企业技术 2013（33）：23-24.

[5]金小虎，张睿.隔离刀闸发热缺陷的分析与预防[J].电力安全技术，2011，13（10）：62-63.

作者简介：裴运军（1981-），男，工程师，主要研究高压输变电设备的检修与维护。