Краткое обсуждение модернизации и применения стационарных контактов в наружных высоковольтных разъединителях 220 кВ

Разъединитель является наиболее широко используемым типом высоковольтного коммутационного оборудования. В энергетических системах высоковольтные разъединители представляют собой высоковольтные электрические устройства, используемые в сочетании с высоковольтными выключателями для выполнения коммутационных операций. Они играют ключевую роль при нормальной эксплуатации энергетической системы, коммутационных операциях и техническом обслуживании подстанций. Из-за частого использования и высоких требований к надежности разъединители существенно влияют на проектирование, строительство и безопасную эксплуатацию подстанций и электростанций.

Принцип работы и конструкция разъединителей относительно просты. Их основная особенность заключается в отсутствии способности гасить дугу; они могут открывать или закрывать цепи только при нулевом токе или очень низком токе (обычно < 2 А). Высоковольтные разъединители можно классифицировать по условиям установки на наружные и внутренние. В зависимости от конструкции изоляционных опорных колонн они могут быть одно-, двух- или трехколонковыми разъединителями.

Подстанция 220 кВ на электростанции алюминиевого предприятия представляет собой полностью автоматическую понижающую подстанцию, которая работает уже почти 19 лет. Она主要用于提供直流电给200kA电解槽，并为公司内的其他次级工厂提供生产、辅助和生活用电。户外220kV开关站使用GW7-220型户外交流高压隔离开关——三柱水平开启式，三相50Hz户外高压电气设备。 自1998年投运以来，这些户外交流高压隔离开关能够在无负载条件下实现母线切换，并为停电设备（如检修中的母线和断路器）与带电的高压线路之间提供电气隔离。经过19年的运行，观察到隔离开关触点普遍存在过热现象（红外测温仪读数高达150°C），存在严重的安全隐患。该问题可能导致220kV隔离开关烧毁，引发缺相、触点熔焊或弧光短路——可能造成整个变电站系统的完全停电和瘫痪。 为此，进行了数据收集和根本原因分析，确定了触点过热的主要原因，并实施了有效的改造措施，随后推广应用于更广泛的场合。 **GW7-220户外交流高压隔离开关的结构和工作原理** 这种隔离开关具有三柱水平旋转结构，由底座、绝缘支撑柱、导电系统、接地开关（非接地版本除外）和传动机构组成。底座由槽钢和钢板焊接而成，有三个安装支架：两端固定，中间一个可旋转。在槽钢外壳内有传动连杆和互锁板。底座下方焊接有安装板，以确保牢固地固定在基础上。底座有三种配置：非接地、单接地和双接地。对于接地版本，在底座的一端或两端焊接有接地开关支架，根据电路要求安装相应的接地开关。 导电组件固定在绝缘柱顶部，包括动刀片（导电闸刀）和静触点。闸刀由两个铜管通过两个铜块连接到铝盖上，末端焊接有一个圆柱形接触尖端。静触点采用指状多点接触设计。每个触指都有独立的拉力弹簧，提供足够的插入行程，即使在母线张力作用下也能保持可靠的接触。回位弹簧使静触点稍微倾斜，以确保平稳协调的开合动作。 操作机构包括电动和手动两种选项。电动机构使用异步电机驱动机械减速齿轮，使主轴旋转180°。通过连接钢管将力传递给隔离开关，连杆使中心绝缘柱旋转71°，导致导电棒两端的动触点插入或退出静触点，完成闭合或打开操作。连杆中的机械死点位置提供了行程终点的自锁功能。手动操作可用于调试或电动机构故障时。 **户外高压隔离开关触点过热原因分析** 该铝业企业的220kV户外开关站有24组GW7-220隔离开关，服务于两条220kV进线、整流单元#1-#4以及#1和#2电力变压器，共有144个静触点。在例行检查中，通过观察热气流、变色或接触点温度超过70°C来评估过热情况。统计数据显示，从2014年1月至12月，由于隔离开关触点过热导致了13次计划外停机——平均每月1.08次。 通过对触点动态的反复测试和分析，揭示了以下根本原因：

• Каждый стационарный контакт состоит из шести независимых пальцевых контактов с точечной геометрией, что приводит к недостаточной общей площади контакта и неравномерному распределению тока между пальцами — это конструктивный дефект.

• Наличие нескольких движущихся контактных элементов позволяет току проходить через контактные пружины, вызывая их отжиг, потерю упругости, снижение контактного давления и ухудшение контактного сопротивления, что усиливает нагрев.

• Жесткие внешние условия (солнечный свет, дождь) в сочетании с неоптимальным выбором материалов (стандартная сталь для пружин и контактных штифтов) привели к серьезному коррозированию, старению, усталости пружин, ухудшению механических свойств, недостаточному контактному усилию и чрезмерному циклическому сопротивлению.

• Эрозия дугой вызвала образование ям и серьезное окисление поверхностей контактов, что еще больше увеличивает сопротивление.

Модернизация и предупредительные меры для стационарных контактов

• Соединение первоначально независимых пальцевых контактов гибкими медными полосами для увеличения эффективной площади контакта между движущимися и стационарными контактами.

• Замените и обновите пружины и штифты для увеличения силы пружин и улучшения плотности контакта.

• Нанесите серебряное покрытие на подвижные и неподвижные контактные поверхности.

• Нанесите твердую смазку на контактные поверхности для снижения трения и предотвращения окисления.

• Внедрите инфракрасный мониторинг температуры, особенно в точках соединения контактов, и создайте базу данных температур.

• Проводите регулярное техническое обслуживание, осмотр и очистку разъединителей.

Проверка и результаты применения

Мониторинг после модернизации показывает:

• При одинаковой температуре окружающей среды (17°C) и условиях эксплуатации, температура контактов снизилась с ~23°C (без изменений) до ~19°C (после модернизации).

• Визуальный осмотр во время технического обслуживания выявил значительно меньше повреждений от дуги на модернизированных контактах по сравнению с неизмененными.

На момент написания этого текста модернизировано 5 единиц разъединителей (30 неподвижных контактов). Этот технический подход постепенно внедряется на всех разъединителях GW7-220 в компании на открытом распределительном устройстве 220 кВ.

Заключение

Благодаря системному анализу широко распространенного перегрева контактов в наружных высоковольтных разъединителях переменного тока GW7-220, были успешно разработаны и внедрены целевые изменения в неподвижные контакты. Эта инициатива значительно повысила безопасность электроснабжения и стабильность работы, а также предоставила ценный опыт для будущей эксплуатации, технического обслуживания и ремонта разъединителей GW7-220.