户外高压隔离开关冰害分析及对策探讨

户外高压隔离开关冰害分析及对策探讨■沈阳变压器研究所温波沈阳高压开关有限责任公司钟振蛟1刖罱2008年1月中旬至2月上旬，我国南方地区遭受一场历史罕见的持续低温雨雪冰冻天气袭击，对电网造成极其严重的破坏，湖南、江西、贵州和浙江等省份电网受损尤为严重。

湖北、安徽、云南、广西等地区的电网也发生了冰灾事故。

由于覆冰厚度大面积广，持续时间长，出现大范围的冰闪跳闸、断线倒塔和设备损坏，导致大面积停电和部分电网解列。

几十座500kV、220kV变电站全停或部分停运。

截至2日23日，全国因灾停运电力线路共35722条，停运变电站共2006座，直接导致全国损失用电量260kW·h：E右。

国家电网公司在调研输变电设备受灾情况时发现，在此次南方冰冻灾害中，尽管变电站内设备均受到不同程度的影响，但相对而言，隔离开关产品受灾最为严重。

因此，有必要对户外高压隔离开关如何提高抵御雨雪6012008．9电力系统装备I 摘要分析了2008年初雨雪冰冻灾害中户外高压隔离开关受到损害的原因，针对运行中产品的改造、新购设备的选择及产品设计工艺的不断完善创新，提出了一些提高户外高压隔离开关抵御冰冻灾害能力的措施。

冰冻灾害能力进行专门的探讨。

2南方缘何出现冰冻现象南方发生大面积冰冻，从气象学分析，是雨凇在作祟。

过冷却雨滴或毛毛雨滴在温度低于0oC的物体上冻结，就形成雨凇，俗称“树挂”，也叫冰凌、树凝。

形成雨凇的雨称为冻雨，亦称“桐油凝“，其破坏性极强，极不易铲除。

据专家解析，雨凇的形成需3个特殊条件：一是有利的降水条件；二是地面温度长时间低于0℃：三是有利的逆温层结条件。

大气层自上而下分别为冰晶层、暖层和冷层。

从冰晶层掉下来的雪花通过暧层时融化成雨滴，接着当它进入靠近地面的冷气层时，雨滴便迅速冷却，成为过冷却雨滴，降落在温度低于0℃的地面及树枝、电线等物体上时，便聚集起来布满物体表面，并立即冻结形成雨凇。

与地表水结冰不同，雨凇边降边冻，能立即粘附在裸露物的外表面而不流失，形成越来越厚的坚实冰层，从而使物体负重加大，造成极大的危害。

覆冰厚度与当时大气环流及低温、高湿度的持续时间有关。

此次冻灾中很多地区的电力线路和设备覆冰厚度达到50一70m m，在湖南和贵州有的区域甚至超过100m m，大大超过了设计值，给电力线路和输变电设备造成严重威胁和巨大损害。

以往人们认为，北方冬季气候寒冷，漫天飞雪，滴水成冰，会对电网和电力设备造成危害。

然而，北方冬季气候干燥，雨水少，形成雨凇的冻雨并不常见，电力设施很难覆冰，冬天偶有雾凇出现，覆盖在电力设施上的多数是雪，而不是冰，并且粘附力不强。

而南方往往是雨雪交加，不仅雪霜结冰，而且下雨时边刮风边结冰，冰层越裹越厚，形成密度较大且不易脱落的覆冰。

因此，南方地区的冻雨对电力设施的危害更为严重。

对冬季润湿多雨、水汽充沛的华中华南地区，要更加注意输变电线路和设备防御雨雪冰冻灾害的问题。

3冰灾对户外高压隔离开关的损害情况及原因分析经历2008年初南方冰冻灾害之后，为了了解和掌握雨雪冰冻对输变电设备的破坏和影响，提高输变电设备抗击雨雪冰冻等自然灾害的能力，我国电机工程学会、电工技术学会及电器工业协会所属输变电和高压开关分会，联合组织进行了专题调研。

根据调研报告所公布的材料，对户外高压隔离开关造成的损害，归纳有以下几方面。

3．1融冰过程中隔离开关导电部分烧损为了抗冰保网，湖南电网应用了融冰技术。

在融冰过程中，所通电流比正常运行时的电流要大，一般接近隔离开关的额定电流。

电力部门反映，国产隔离开关实际通流能力小于额定电流，一般在达到额定电流的60％一70％时就会烧损。

导电部分在融冰过程中烧损严重，不得不在融冰后马上进行大修。

分析其原因，属于设备的供货质量问题，涉及到触片的材质、尺寸大小和接触部位的装配质量。

出现这种情况，有可能是这些隔离开关没有经过完善化改造或者完善化改造质量不符合要求。

3．2隔离开关不能顺利操作冰冻期间，当线路需要融冰进行倒闸操作时，往往出现隔离开关合不上、拉不开的故障，导致融冰工作无法开展。

究其原因，一是隔离开关外部覆冰严重，造成传动部件运动受阻，无法驱动：二是有的隔离开关导电管内进水、积水、结冰，影响分合闸运动，造成拒分拒合故障，甚至由此导致设备损坏(如传动销折断、拉杆变形、绝缘子断裂等)。

其中G W l6、G W l7型隔离开关最为严重。

虽然制造厂根据用户要求进行过完善化改造，但是由于该型隔离开关设计上先天不足，导电管的密封以及排水孑L设置等始终存在问题，在雨雪、冰冻、风沙等环境条件下运行状况很差。

由于要进行融冰等工作，隔离开关又不得不操作，在进行电动操作过程中损坏较多。

据湖南省电力公司统计，此次冰冻灾害中，户外隔离开关受损坏情况集中在导电部分、传动系统、操动机构。

其中550kV等级6起、252kV等级55起、126kV等级59起、40．5kV等级50起以上。

输变电设备受损数量占总数量的4％～5％。

3．3隔离开关触头合闸不到位由于隔离开关触头覆冰严重，导致动、静触头合闸不到位，无法正常工作。

按照I E C及国家标准规定，户外隔离开关型式试验“严重冰冻条件下的操作”，其严重覆冰厚度分为10m m、20m m两个等级。

南方冰冻灾害中，覆冰厚度远远超过了20m m，隔离开关的触头难以将如此厚的冰层破除，而造成合闸不到位。

3．4绝缘子冰闪烧伤甚至炸裂绝缘子在严重覆冰情况下，若伞裙被冰凌桥接，加上融冰时沿冰柱表面形成贯通的表面导电水膜，使绝缘子耐受电压降低、爬电距离缩短，极易产生冰闪。

闪络过程中持续电弧灼伤绝缘子表面，导致绝缘子的绝缘强度下降。

冰闪中不均匀受热或风向等因素，引起绝缘子外部不均匀覆冰内部产生应力集中而损坏，典型的破坏方式为炸裂。

湖南省电力公司统计，此次冰灾因冰闪炸裂的隔离开关支柱绝缘子，252kV有1只，126kV有15只，40．5kV有4只。

4户外高压隔离开关应对雨雪冰冻灾害的措施如上所述，户外高压隔离开关在雨雪冰冻灾害中所暴露出来的问题，仍然是多年来经常出现的导电回路过热、操作失灵、绝缘子断裂等老问题，只不过是发生在特殊条件下、表现形式不同而已。

2002年，国家电网公司根据高压隔离开关事故频发、威胁电力系统安全运行的情况，组织开展全国性的隔离开关完善化工作，取得了预期效果，继而要求有组织、有领导、有计划地开展对运行中设备进行完善化改造，并要求从2004年起，对新建、扩建和改建工程中选用的隔离开关，必须是符合完善化要求的产品。

这次南方冰冻灾害中，高压隔离开关出现众多问题，说明完善化改造工作不彻底，也反映出隔离开关抵御严重的雨雪冰冻自然灾害的能力不足，有待加强。

下面结合这次冰冻灾害中发现的问题，对高压隔离开关如何应对冰冻灾害，提出一些对策。

4．1对运行中的产品采取相应补救措施结合大修及设备改造，与制造厂联手，对运行中的隔离开关采取相应补救措施。

对G W l6、G W l7型隔离开关，根据用户的建议，可以采取以下改造措施。

a．防止动触片及连接叉进水。

以往动触片与防雨罩之间用玻璃胶胶合，效果不好，胶合处开裂进水。

建议采用SJG l01常温硅橡胶粘接剂(或氯丁酚醛胶)进行密封。

上导电管接头与波纹管防雨罩接触处，也用SJ G l01常温硅橡胶粘接剂进行密封。

b．在动触头座根部适合位置增加排水孔，以便一进水能从排水孔流出。

c．取消动触头座中操作杆的O型密I电力系统装备2008．9I 61封圈，将复合轴套更换为工程塑料轴套。

d．动触头座及连接叉铣口处，用硅酮密封胶将铣口封住，防止进水。

e．为防止上导电管下部接头部位进水，采用硅酮密封胶将接头内孔填满密封。

最好利用大修机会，把接头更换为实心管状接头。

对全国变电站中大量运行的G W4、G W5、G W7、G W8等型号的隔离开关，因为供货的厂家众多，完善化改进的版本不尽相同，质量上有差异，在此次冰灾中的实际表现也不一样。

应侧重在导电系统、传动系统、对地绝缘、破冰性能等方面进行完善化改进，或者以同类新型产品替换。

4．2新购设备注意选用抗冰性能好的产品a．目前国内巳有多家制造厂生产363kV、550kV与G W l6、G W l7型结构型式功能相同的产品，如G W23B 型、G W28、G W29型、G W35、G W36型等。

这些产品的防水抗冰冻性能较好，其触头为喇叭形插入式，无论在分闸或合闸位置，动、静触头都完全封闭，可有效防止雨雪、冰冻、沙尘及大气污染对触头的影响，适合在恶劣的环境条件下运行。

另如G W22B一126—550系列单柱垂直单臂伸缩式隔离开关，其触头座与上导电管为焊接结构，没有夹头铣口进水的问题；触头座与拉杆之间不用O型密封圈或复合轴套，而是采用特殊的密封结构，不进水，不积水。

b．根据调查及用户反映，认为大剪刀式隔离开关(即单柱垂直双臂伸缩式)，传动系统封闭，导电系统简单，没有因导电管积水而影响操作的弊端，且触头钳夹范围大，适合在大风雨雪冰冻条件下使用。

6212008．9电力系统装备lc．对双柱水平伸缩式隔离开关，动触头由钳夹式改为鸭嘴形插入式，具有自清扫能力，防水抗冰性能较好。

如G W l1—252、363型，G W l2A一252～800型，G W23B一126、252型。

4．3制造厂家加强产品结构研究和改进创新a．单臂伸缩式结构的隔离开关，一般其传动元件及弹簧等均放置在导电管内，优点是外形简洁、防腐性能好，但是必须要有可靠的防进水措施。

要解决导电管内部积水问题，一是堵，设法避免雨水进入；二是疏，一旦雨水进入要能够排出去。

在“堵”与“疏”的关系上，“堵”是第一位的，“疏”只是补救措施。

首先要堵住，过于依赖泄排的做法是不可靠的。

而且排水孔位置的确定也比较困难，合闸位置的排水孔，在分闸位置时有可能成为进水孔，并且排水孔在运行中可能被沙尘、虫泥堵死，失去作用。

b．隔离开关的触头部位，尤其是触头弹簧要加防护罩，以防止雨雪冰冻直接侵害。

杜绝触指弹簧分流是防止融冰时触指烧损的有效措施。

采用自力型触指，不用弹簧，则没有了弹簧分流所引起的相关问题。

c．加强隔离开关传动元件的强度和刚度，传动元件之间或运动区域内避免存在窄缝，以免冰层堵塞阻碍运动。

如能将传动系统采取封闭、半封闭或保护措施，将可提高在雨雪冰冻条件下的传动可靠性。

d．电动操动机构的输出功率要有必要裕度，以适应冰冻条件下运动阻力增加时能顺利操作。

e．两步动作的触头系统或自清扫能力强的触头结构，其抗冰冻的性能较好。

f．防止绝缘子发生冰闪。

防止发生冰闪最简单的办法是增大爬电距离，要采用大小伞的绝缘子。

大小伞与等径伞在相同条件下，前者可以延缓冰凌的桥接，有利于防止冰闪：在瓷绝缘子伞裙之间用有机复合伞裙“插花”，不仅起到增加爬距的作用，也有效阻隔了冰凌桥接，起到预防冰闪的作用。