GG1A型开关柜的检修方法改进的探讨

关于GG1A型高压开关柜常见故障的分析与改进检

修方法的探讨

铁煤集团供电部 胡宝东

论文摘要：铁能集团供电部所辖变电所自六十年代建成到现在，其高压配电开关柜已经运行了几十年，虽然近年来改造了几座自动化变电站，但其运行主体仍然是以GG1A开关柜为主。随着运行年限的不断增长，设备各部件也在不断的老化，加之近年来矿区用电负荷的不断加大，开关柜的故障频率也有所增加，影响了用户的安全用电，原有的一些检修模式已经不能满足设备安全运行的需要。为了保证变电所的持续稳定运行、安全可靠供电，本文就GG1A开关柜运行中出现的实际问题、产生原因、改进后的检修方法进行了分析和论述，这些改进方法都是根据实际工作中的经验进行总结提炼而来，采用科学的检修方法和精准的技术数据对检修后的设备进行技术鉴定，科学性和可操作性强，在实际中具有广泛的应用前景。

关键词：GG1A开关柜；检修方法；接触电阻；滴点；导电脂；操作机构； 接头过热 ；二硫化钼

引 言

在供电部变电工区的11个变电站中，共有GG1A型开关柜278 台。每年的春季和秋季都要对这些开关柜进行定期预防性检修，在以往的检修和维护中，是以紧固检查为主，随着设备运行年限的增长和矿井负荷的不断增加，这种粗放的检修方法所带来的弊病已经愈发显露出来，经常会在运行当中出现接头过热现象和开关机构的拒合拒分，从而影响了安全运行，给矿山供电带来极大的隐患，因此提高这些开关柜的检修质量和运行稳定性就至关重要。针对这种情况，我们对以往检修工作中存在的问题进行了总结和分析，并根据多年积累的实践经验提炼出一些新的开关柜检修方法。

下面我将对开关柜中比较常见的设备各元件连接端子的接头部分和操作机构的常见故障原因和检修方法加以重点阐述。

1.GG1A开关柜在实际运行当中出现的故障对安全运行的影响。

GG1A型开关柜在铁法煤业集团供电部最长的已经运行有50多年的历史，经常容易出现的故常类型主要有两个方面：一个是一次设备导体接头过热，另一个是开关机构的拒分和拒合。这两种故障的频发直接影响到了矿区供电的可靠性。

这些现象的发生都直接导致了用户的停电，影响到了矿井的安全生产，尤其是对矿井的经济效益有很大的损失。下面的表格是历年来因为接头过热事故和机构拒分和拒合导致的故障情况统计表。

在没有改进检修方法之前出现的一些常见故障统计表 故障发生地发生时间 产生原因 点 小青变电所 06年1月10配出34＃B相下引流接头过热处理 日 大兴变电所 晓明变电所 大隆变电所 晓南变电所 立井变电所 晓明变电所 晓明变电所 06年3月21日 06年3月23日 06年4月17日 06年6月15日 06年6月23日 06年7月17日 06年7月19日 06年7月19日 06年7月27日 06年10月30日 06年11月8日 配出11＃、12＃井下电抗器刀闸过热换成母线直接联接 2#主受CT ，B相导电杆过热处理 5#井下CT下侧B相接头过热处理 15#电抗器负荷侧设备线夹和入井电缆处过热处理 1＃主受上刀闸至母线引流A相过热处理 2#电抗器母线排接头处过热处理。 影响用户的用电时间 5小时 6个小时 3个小时 2个小时 4个小时 4个小时 2个小时 6KV配出22＃开关柜甲刀闸，18＃开关3个小时 柜乙刀闸过热处理。 配出20＃开关柜机构跳跃，刀闸有烧伤痕迹。 14＃大明上刀闸A相静触头与上引流处接头过热 4个小时 施荒地所 立井变电所 小青变电所 机厂变电所 9#母联GN22型隔离开关A相过热处理。 3个小时 29＃开关柜1＃主受631刀闸B相过热处4个小时 理。 晓明变电所 大隆变电所 大兴变电所 大兴变电所 06年12月20日 06年12月22日 07年1月15日 2007年2月7日 2#主受632刀闸C相上侧过热处理。 3个小时 5#电抗器电源侧引线B相接头过热处理。 4个小时 15＃电抗器负荷侧B相过热处理。 大兴变电所1#主受开关柜机构误动作造成变电所全停电事故 3个小时 3个小时 表一

2.产生故障原因的分析 故障现象和影响用电的范围

开关柜主回路导体接头过热故障和发生的部位： 开关柜主母线之间的接头部位的过热需要母线全停电、 主母线与分支母线间的接头过热需要母线停电、

开关柜隔离开关动静触头、导电杆和刀闸的连接部位过热需要故障开关柜停电、

电流互感器LI、L2与母线的接头过热需要故障开关柜停电、 一些其它部位，如GN22型开关的触刀固定螺栓部位过热等。 开关拒分拒合的具体现象：

机构在合闸时跳跃导致开关柜不能正常送电、

机构在合闸时上滚架不到位脱落导致开关柜不能正常送电、

合闸铁芯卡劲导致开关柜不能正常送电、 分闸铁芯卡劲导致不能分闸或者发生越级事故。 2.1接头过热故障原因的分析

电气触头是通过导体连接而成并起导流作用，但是在电气触头处会存在一定的接触电阻，电流流过触头时会消耗一部分电能，这部分电能转化成热能而引起触头发热，触头温度随之升高直到发热量与散热量达到平衡。触头相对环境温度的温升取决于发热量的大小和散热条件的好坏，在散热条件一定情况下，触头接触电阻越大发热量越大，温升就越高，接触面氧化程度也越大，接触面受到的损害程度就越严重，当触头的温度超过最高允许温度时甚至更高时，触头会在短时

间内严重受损出现绝缘破坏、烧损断裂直至引起中断供电事故。

导体接触电阻大小取决于两导体之间的连接情况，包括接触面积的大小，接触压力的大小，导体接触面的平整度，导体接触面的大小与有效载流面积之间按导体接触面的连接规定有一定的比例关系。

2.1.1因导电接触面积减小而导致的过热现象的分析 我们拿60*6的铝母线的接头连接规定为例进行说明： 接照一次线装配工艺守则规定，60*6铝母线连接情况如下：

图1

如图1所示，两段母线之间的接触面积为60*60=3600平方毫米，母线的截面积为60*6=360平方毫米。所以，接触面积与导线的截面积之间的比例关系为：3600/360=10，即比例系数K=导体接触面积/实际导体截面积=10。

正常情况下，按上述规定施工，导体连接后满足实际负荷的载流能力。但实际工作中往往并不是这样，因为安装和检修施方法不当等原因，造成接头处的导电接触面积不同程度的下降，因而导致电气触头的有效载流面积的下降。

第一接触面的连接螺栓的紧固力有一定的规定要求，实际的检修工作中检修人员并没有按照规定要求进行紧固，往往怕接头接触不良，加大了紧固力，但这

样紧固后往往事得其反，紧固力增大后，靠近螺栓处接触面接触压力增大，引起接触面的导体变形，接触面越远离螺栓处压力反而减小，直至接触面的边缘处出现缝隙，这变导致了实际有效载流面积的减小。

例如实际工作中，我们经常发现用0.05*10塞尺可以插入6毫米以上（规范规定小于6mm），但塞不进去的部分也会因为两个接触面的变形原因，部分接触面积接触压力减小，导致载流能力的下降。

第二在实际工作中检修人员对螺栓的紧固力不够，导体的面接触实际上仍是点接触概念，如果压力不够，在微观上看有效的点接触数量减少，导致实际的有效载流面积的减小。

2.1.2因接触面氧化导致的接触电阻增加造成接头处过热

（1）凡士林对接头接触电阻的影响

铜铝母线在接触空气的短暂时间里都会与氧气产生化学方应而氧化，为了避免接头处氧化都会在导电连接部位涂抹一层中型凡士林。实践表明，中性凡士林无任何导电作用，只能起到防止水分渗入和隔离空气的作用，并且凡士林的滴点仅为54℃。当运行温度高于54℃时，凡士林就会慢慢渗化流失而干涸，空气的有害介质沿接触表面空隙侵入，使接头表面氧化腐蚀。另外即便是温度没有达到凡士林的滴点，由于GG1A开关柜不是全封闭的，母线和刀闸的接头都裸露在环境中，受到矿区环境灰尘较大的影响，接头处的凡士林粘性作用粘附了大量灰尘颗粒，造成了接触面的脏污，增加了接触面的接触电阻，导致接头过热。

（2） 铜铝接头连接过渡不良对接触电阻的影响

不同材质接头接触表面的微电池腐蚀效应。据有关试验文献资料表明，铜的标准电势为+0.34V，铝的标准电势为-1.28V，铜铝之间的电势差为＋1.62V。由于两极直接接触，便会有微弱的电流流动，在电解液的作用下，使接触表面逐渐腐蚀，对接触面的有效接触点的导电特性产生了一定影响，引起接触电阻增大而发热。

2.1.3接触面平整度不够及接触面光滑度不够而引起的接头过热

检修人员在导体连接工作中，之前对接触面平整不好，导致接触面平整度

不够，使有效接触面积减小，在对接触面的打磨处理过程中，规范要求应使用120目以上的砂纸，但有时使用的砂纸型号不对，将会使接触面比较粗糙，导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热；另外由于一味的为了考虑接触面的光滑和平整度，使用锉刀和砂布锉削和打磨铜铝接触面减少了母线的导电截面积，降低了导体的载流能力，而导致接头过热。

2.1.4对一些设备的熟悉认知程度不够，技术力量薄弱导致的错误检修。 例如在GG1A开关柜大负荷配出柜上应用较多的GN22型隔离开关，它的工艺较复杂，工作原理与GN6和GN8型隔离开关有很大区别，它们的动静触头间锁紧方式不同。GN6、GN8刀闸是靠调整夹紧触刀的弹簧压力和磁环压紧装置。GN22刀闸合闸全过程为90度转角，在前80度过程中完成由分闸位置到合闸位置，这个过程中动触刀与静触头之间没有机械摩擦力产生，因而操作时非常省力，在完成这个80度的转角后余下的10度转动过程是锁块的锁紧运动过程，锁紧滑动带动顶杆将磁锁板向外运动，磁锁板通过杠杆作用使上下动触头刀片锁紧在静触头上。这个过程是一个由刀闸本身所自带的锁紧机构在动静触头间增加接触压力的过程。由于一些检修人员业务不熟练在检修过程中没有调整好锁块和磁锁板的配合，磁锁板的杠杆作用没有调整到最佳状态，从而减小了动静触头间的接触压力，导致了接头发热。

2.1.5螺栓处产生涡流对接头的影响

由于接头处的连接螺栓一般为钢材质的，当螺栓处于强磁场中将产生涡流，螺栓本身发热，严重时可能烧损螺栓。

2.2开关拒合拒分的原因分析

我们现在GG1A型开关柜内普遍使用的开关为ZN28型真空断路器，配用的操作机构是CD10型。在多年的使用过程当中发现除了有少部分因控制电源和二次线的断路等原因以外，机构调整不当是开关拒合拒分的主要因素。

2.2.1机构在合闸时产生跳跃的原因分析

在机构合闸时经常会发生机构跳跃现象，其原因就是机构滚轮没有可靠上架，造成机构又重新返回分闸位置。而产生滚轮不能上架的原因是线圈带电时间

短，合闸铁芯贮存的动能，无法保证合闸铁芯克服铁芯本身向上所需的势能及机构所需的动能，当合闸铁芯速度为零时所上升的高度没有达到超过滚架的一定超程，分析原因就是合闸线圈过早断电，往往断电点都是发生在铁芯顶端距离滚架2。5毫米以上情况下，所以过早断电导致铁芯贮存动能不够，行程过小，一般铁芯在满足其顶端超过滚架2毫米情况能可靠合闸，也就是在线圈在断电后铁芯要满足4。5毫米的行程，所以在调整机构和合闸控制回路时，机构辅助接点所控制的合闸回路必须满足要求，不能过早断电，一般控制在铁芯顶端距滚架2毫米的点位为最佳状态，就可以完全消除机构跳跃现象的发生。

CD10型电磁操动机构实物图

图2

2.2.2机构由于传动部分卡劲造成的拒合拒分原因分析

以往检修时我们为了保证机柜内个传动部分转动灵活可靠，在连接部位的轴销间注入液体润滑油和黄甘油等润滑物质。由于长时间的运行大量灰尘进入到机构的连接部位与润滑油混合在一起，严重的影响到了润滑效果，甚至由于灰尘内含有许多固体颗粒，这样时间久了导致传动部位不能可靠转动增加了分合闸时的阻力，从而导致机构拒合拒分。

3.以往的检修方法存在的弊端 3.1接触部位的检修弊端

以往的检修当中，对于母线的接头处我们通常是采取螺栓紧固的方法来检查接

头是否松动，对于刀闸处的接触状况检查通常是调节动触头的压紧弹簧压力以使接头处获得足够的压力，使接触面接触可靠。但是这样的检修方法不能够准确的检查出接触部位的接触电阻是否合格，以至于刀闸接触处很紧，有时运行人员已经拉合很费力的情况下还会出现接头过热现象的发生。另外由于我们对于所有接头部位的紧固一年一年的进行，导致螺栓的平垫和弹簧垫圈都失去应有的机械应力而变形不能起到很好的紧固效果，有的平垫甚至已经进入到了母线的平面里去，使得接触面周边隆起变形，严重减小了接触部位的载流能力，给安全运行带来重大隐患。

3.2机构检修方法存在的弊端

以往的检修机构方法为：用毛刷清扫机构内灰尘，用螺丝刀检查紧固二次线，用液体润滑油对传动部位注油增加灵活性。这样的检修方法的弊端是：不能够检查出机构与制回路之间的配合情况，无法保证开关在事故状态能否能够可靠跳闸。另外由于液体润滑油和黄甘油的使用对机构传动部位的影响我在前面已经做了分析说明，这些不确定因素都有可能给运行的可靠性带来影响。

4.检修方法的改进

4.1设备接头处的检修方法

针对接头存在的问题，我们采用回路电阻测试仪对其进行接触电阻测试，以检验接触面的接触情况，根据测量数据指导检修工作。经过5年来的检修实测数据及运行情况跟踪，最终确定了6kV设备各部接头检修接触电阻标准，见表2 表2 接头部位 允许的最大值（微欧） 主受和母联开关柜及主母线的每个接20 头 负荷在300A以上开关柜每个接触面 负荷在300A以下开关柜每个接触面 GN6/GN8型隔离开关的回路电阻 40 70 200 GN22型隔离开关的触头间每个接触20 电阻 4.1.1GN6/GN8型隔离开关的检修

针对刀闸片污物增大接触面电阻情况，我们改变了原来的检修方法，即严格采用细砂布（04#、240目）进行打磨处理，而后迅速涂抹导电脂进行氧化防护，最后用干净棉布将导电脂擦拭掉（实际上尽管擦拭干净，但从微观角度对接触面的防氧化作用没有改变），这样检修后，大大的降低了接触面因导电脂对灰尘的吸附作用而产生的对导电面的影响，又保证了刀闸接触面的润滑效果和导电性能。 4.1.2GN22型隔离开关的检修

对于它的回路电阻测试我们采取的是单相单个共四个接触点位分别测量的方法。因为在以往的检修时我们测试的是单相的动静触头间的回路电阻，但是发现在回

路电阻合格的情况下依然将刀闸的固定刀片的穿芯螺栓烧毁，分析后发现由于刀闸的上下触头间的四个接触面的接触电阻不是一样大，虽然整个回路电阻在合格范围内但是由于这四个接触面的电阻偏差而使两个触刀之间有环流形成，继而使本不应该导电的固定刀片的螺栓导电过热，因此烧损刀闸导致停电事故。因此我们在仔细检修刀闸本身的锁紧机构外，还要求每个刀片的接触面的接触电阻都不大于20微欧，并且每个面的偏差不大于5微欧。

4.1.3电流互感器L1和L2接线端与连接母线间接触面的检修

由于这些使用GG1A开关柜的大多数变电站都是30年前设计的，因此随着近几年矿井用电负荷的不断加大，母线的载流量已经接近满负荷，对于接头部位来说更近似于过负荷运行，那么怎么来解决像我在2.1里说明的因为接触面不够而造成的接头过热现象呢？首先我们在不更换母线的情况下，为了增加互感器接头处的导电面积，我们在互感器的一次母线接头处加装了一段200mm长与原来母线截面积相同的母线，我们称之为“备板”采取了这个办法后，L接线端的电流就被“备板”分流了，L接线端由单面导电变成了两面导电，还是以60×6的接触面积为例：增加的有效接触面积为60×60=3600平方毫米，折算成有效的横截面积为360平方毫米。这样就能够足以抵消掉因检修时用力不当、接触面氧化、母线材质不良等原因对接头处的过热因素影响。其次我们在保留原来弹簧垫圈和平垫圈的基础上，在L1、L2接线端子的连接螺栓处加装了一个35mm直径大的平垫圈，以一个平垫圈对比原来的普通平垫圈而言实际增加的接触压力面积为：S1-S2=3.14×（35÷2）130=830mm。这样两个螺丝处各加一个平垫圈有效的增加了1660mm的对L1、L2接线端的接触压力面积，使互感器的接头处的接触压

，

2-2

2

力效果大大增强，同样这样的方法也可以适用于其它因母线接触面小而导致接头过热的设备上。

4.2CD10型电磁操动机构的检修 4.2.1易出现卡涩现象部位润滑物选择

合闸铁芯和分闸铁芯因与其外护铜套的摩擦系数增加而导致的拒合拒分出现，我们采取了用固体润滑物二硫化钼代替原来的单一用砂布打磨的方法，有效的解决

了分合闸铁芯的卡涩现象。同样我们也用二硫化钼取代了原来的液体润滑油及凡士林和黄甘油等润滑物，使用在了机构的其它连接部分很传动轴销部位。因为二硫化钼为金属粉末吸附在各传部位，不受滴点的影响，因此不会因为温度变化而影响润滑效果。

4.2.2机构跳跃的检修方法

合闸时辅助接点和合闸脉冲时间与机构的机械传动时间配合的调整。以往在合闸时经常会出现机构跳跃现象，在前面我已经做了分析。解决这个问题我们采取的方法是：用手动合闸的办法慢慢操作合闸铁芯向上带动机构滚轮向托架上方运动，当发现滚轮的下切线距离托架还有2mm左右时，这时开关柜的绿灯刚好熄灭，也就是合闸回路的辅助触点刚好断开。如果有不符合这个现象的机构，那我们就通过调整辅助触点的连杆长短来满足这个要求。它的作用就是保证机构能让合闸线圈使合闸铁芯在合闸回路电源断电后有足够的速度满足铁芯向上运动4.5毫米左右，从而使托架有时间可靠的拖住四连杆机构保持在稳定的机械状态，让断路器在合闸后的位置，不再发生跳跃现象。 4.2.3辅助触点接触不良的检修

分合回路的辅助触点密封在触点盒内，接触的是否良好不能够观察到，以往只有在分不开或者合不上的时候才会选择更换辅助开关。但是我们通过测量辅助触点的回路电阻来分析触点的接触状况从而避免了因接点烧毁而引起的延误送电时间事故的发生。正常的接点回路电阻在1-2欧姆之间。如果发现有的回路电阻达到了它的几倍甚至几十倍，那么就要将辅助触点解体检修，以防拒分拒合。 4.2.4低电压跳闸试验

为了避免跳闸线圈的阻值增加或者分闸回路里端子排接触电阻的增加而导致的事故情况下机构拒动造成越级事故发生，我们根据CD10型机构的操作规程要求，对分闸回路做低电压跳闸试验，110V的电源我们选择71.5V，220V的电源我们选择143V进行低电压跳闸试验，具体的方法是在机构合闸以后在控制电源的负荷侧加以选择好的65%额定电压，然后进行电动分闸，这样不直接加在跳闸线圈两端的目的是能够检验整个分闸回路接触情况是否良好，当发现不能够可靠

分闸时，再继续将电源向跳闸线圈方向转移，直到检查出哪段回路电阻大时，再进行处理。这样就可以避免在事故状态下因为系统的电压降过大而导致直流电源电压低于额定电压时能够使电磁机构可靠动作而避免越级事故的发生。

5结论

以上为近年来我们在GG1A型开关柜检修过程中积累的一些检修经验和改进方法。可以从为改进检修方法之前的故障统计表中看出，自2007年以后改进检修方法以来这些问题得到了有效解决。这些改进方法在我们实际工作中已经得到了广泛的推广和应用，并且已经在实际工作中指导检修队伍施工作业，得了良好的效果，有效地避免了因检修不当而造成的设备缺陷和隐患，提高了检修质量，减少了因设备故障多发而造成的频繁检修停电，延长了GG1A型开关柜的使用寿命，减少了设备的维护费用，保障了变电所设备运行的可靠性。

由于本人的水平有限，在本文对开关柜检修过程中改进方法的论述还存在不足之处，请大家批评指正。相信有在使用这种开关柜的用户和单位如果还有哪些实际经验可以借鉴和参考我本人愿意与大家一起分享和探讨。在今后的工作中我还要继续努力学习，吸纳新的知识，拓展知识面，加强理论和实践相结合，钻研变电设备运行和检修中的新课题，不断的把变电运行和检修工作中遇见的新问题、掌握的新经验和大家一起交流。我的这篇论文在写作过程中得到了孙鑫淼书记对我的支持、鼓励、帮助，同时我的论文也得到了供电部副总工程师崔玉伟的大力指导，在这里一并表示感谢。

作者简介：

姓名：胡宝东：男，出生于1976年4月1日 籍贯：盖县 毕业于辽宁科技学院

机电一体化专业。 学历：大专 工作单位：铁能集团供电部变电工区 职务：变电工区副科长

参考文献：

1、耿旭明，赵泽民.电气运行与检修1000问.中国电力出版社.2004年7月 2、山西电力工业局，电气设备运行技术.水利电力出版社.1984年12月 3、陈景惠，发电厂及变电站二次接线.水利电力出版社.1991年11月

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