（云南电网有限责任公司昆明供电局云南省昆明650000）
摘要：隔离开关的故障频发，严重威胁电网安全的稳定运行，机械故障是户外隔离开关出现最多的故障类型。分析了支柱瓷绝缘子断裂、操作失灵、锈蚀等隔离开关典型机械故障发生的原因，在此基础上，提出了隔离开关机械故障综合诊断建议，可为户外变电站隔离开关安装调试及运行维护管理提供参考。
关键词：隔离开关；支柱瓷绝缘子；机械故障诊断；
1前言
隔离开关是变电站中使用量最大的开关设备，其原理结构简单，但工作可靠性要求高，由于长期暴露在户外恶劣大气环境中工作，且在运行过程中普遍存在管理不足、长期失修的现象，隔离开关容易暴露出各种缺陷。当前，隔离开关故障频发，成为电力系统安全运行的重要矛盾之一。针对隔离开关导电回路过热故障，国内外已经开展了大量研究工作，研制开发了红外测温、触头温度在线监测系统、触指压力检测技术等检测方法以及触头带电磨光装置等维护设备，并提出了触头材料及结构改善方案。文中对支柱瓷绝缘子断裂、操作失灵、锈蚀等隔离开关典型机械故障进行了分析，综述了各类故障发生的原因及各种隔离开关机械故障诊断方法研究现状；采用电阻应变测量技术和驱动电机电流信号分析检测了隔离开关传动或转动机构卡涩故障信号，并对试验结果进行了初步分析。
2隔离开关机械故障分析
2.1支柱瓷绝缘子断裂
隔离开关在运行中或操作时发生支柱瓷绝缘子断裂是危害性最大的故障。国家电网公司曾对支柱瓷绝缘子断裂事故进行了调查统计，涉及隔离开关的事故比例高达81%。随着隔离开关完善化改造及支柱瓷绝缘子生产工艺的改进，近年来，有关绝缘子断裂事故的报道大幅减少，但仍时有发生。图1为2010年4月25日张家口市万全变电站GW5-35DW型隔离开关在分闸时发生支柱瓷绝缘子断裂，导致引线与静触头掉落。
隔离开关支柱瓷绝缘子断裂原因可归纳为以下几点：①绝缘子质量问题及设计选型不当。根据断裂支柱瓷绝缘子样品分析，绝缘子断面多具有裂纹、黄芯、杂质、胶装质量差、无沥青缓冲层、法兰锈蚀严重等外观特点。由于电瓷烧结过程控制不当或法兰胶装工艺不合理，瓷件内部及法兰接口存
2.2操作失灵
隔离开关操作失灵、拒分拒合、分合闸不到位以及机械部件损坏变形是其最常见的故障，约占故障总数的一半，其中，合闸不到位又会引起动静触头接触不良，接触电阻增大，进而诱发导电回路过热，图2为某变电站GW22-252型隔离开关因动触头夹紧力不足造成动触指松脱，导致合闸不到位。
造成隔离开关操作失灵的原因如下：①机构设计不合理及选材不当。隔离开关传动部件配合公差大，部件加工精度低，造成分合闸操作不稳定，机械部件材料强度、硬度或刚度不足而发生损坏变形，使开关行程特性改变而导致分合闸不到位。
2.3锈蚀
隔离开关长期暴露在户外大气环境中工作，风霜雨雪等恶劣气候条件以及近年来严重的雾霾天气均会对隔离开关机械部件造成损害，导致其发生锈蚀或腐蚀。锈蚀问题会引起隔离开关传动及转动部件卡涩、机械强度降低甚至损坏变形而导致操作不灵活、分合闸不到位等故障，还会造成导电回路接触不良而引起过热，同时可能由于操作力矩增大造成支柱瓷绝缘子损伤甚至断裂。
造成隔离开关机械部件锈蚀的原因主要包括外部环境因素和隔离开关自身设计、材料性能及表面防护措施等内部因素：①外部环境因素。金属部件在大气环境中发生受潮、氧化而生锈，大气中的沙尘、盐雾、二氧化硫等污染性固体颗粒及气体成分与雨水、潮气反应生成电解质溶液，附着在隔离开关金属部件表面，加速了其电化学腐蚀；②内部因素。隔离开关转动轴承、传动机构箱、导电管等机械部件设计不当造成密封不可靠、积水，金属材料选择不合理，耐腐蚀性差，加工工艺不当，金属表面防护不足或涂敷工艺不合理，长期缺乏检修维护等均会造成隔离开关机械部件发生锈蚀。
3隔离开关机械故障诊断技术
3.1红外法
温度是表征复合绝缘子缺陷的有效特征。复合绝缘子的发热来源主要有极化损耗、局部放电、泄漏电流等。前两者都源于缺陷引起的电场过分集中；泄漏电流发热多见于绝缘子伞面发生劣化的情况，泄漏电流集中在劣化部分，与周围出现明显的温差。通常气隙、碳化通道的端部由于局部放电情况的存在将成为“热点”，而碳化通道中间部分由于电场较弱，往往温度较低。
红外法的优点是检测距离远，大大减轻了工作量，提升了操作安全度，其缺点是易受环境因素及污秽等能引起绝缘子表面温度急剧变化因素的影响，且存在一定检测盲区。
3.2紫外法
复合绝缘子的表面缺陷引起电晕时，利用紫外成像仪可对电晕实现观测，因此紫外法可用于检测能引起复合绝缘子外表面稳定放电的缺陷，比如碳化通道和蚀损。
紫外法的优点是检测距离远，对电晕的检测灵敏度高，利于尽早发现缺陷，对导通性缺陷的检测灵敏度高于红外法。紫外法的缺点是能检测的缺陷类型较受限，并非所有缺陷都产生稳定电晕，比如芯棒表面的裂纹只有受潮后才会产生电晕，但此时污秽绝缘子的干燥带及凝露处可能产生电弧，给缺陷的判断造成困难。
3.3光纤传感器法
复合绝缘子出现损伤后其芯棒上的应力、温度分布将发生变化，因此可以通过检测芯棒应力和温度实现对复合绝缘子缺陷的带电监测。在复合绝缘子芯棒基体内植入布拉格光栅，利用其反射光的特征波长受温度、应力影响的特性，实现对温度和应力的带电检测。
光纤传感器法的优势是能直接获取绝缘子芯棒内部的应力和温度，并且有希望成为研究芯棒劣化规律的手段。芯棒内部温度对缺陷的指示作用强于表面温度，因此光纤传感器法灵敏度高于红外法。另外，内部应力的检测有利于防止脆断的发生，因此该方法值得进行深入研究。但光纤传感器法应力检测的不足是容易受风偏、覆冰的干扰。
4隔离开关机械故障综合诊断方法
1）从上文分析可知，在实际的变电站工程应用中，应根据特定的工作环境，选择不同诊断方法的组合以实现互补，从而提高故障检出的有效性。为此，对户外隔离开关机械故障的综合诊断提出如下建议：
在支柱绝缘子入网前，可采用超声波检测其表面或内部是否存在裂纹缺陷；
2）在隔离开关运行过程中，采用红外热像法在线检测导电回路及支柱瓷绝缘子是否存在过热现象，若存在局部发热，应根据过热缺陷严重程度并按照设备缺陷管理流程采取措施消缺；
3）在进行隔离开关检修维护后，应采取电阻应变测量技术测试支柱瓷绝缘子是否存在异常受力，电动操动机构输出力矩是否过大，同时采用电机电流测量系统检测驱动电机电流信号是否正常，确认均无异常情况后方能继续投入运行。
5结束语
针对隔离开关典型机械故障，文中分析了支柱瓷绝缘子断裂、操作失灵、锈蚀问题的原因，综述了隔离开关机械故障诊断技术研究现状，提出了隔离开关机械故障综合诊断建议，可得出以下结论：
1）为了保障隔离开关安装调试质量，防止存在操作力矩大、传动不灵活的先天性缺陷，有必要在投运前采用电阻应变测量技术对隔离开关操作力矩及支柱瓷绝缘子受力情况进行测量。
2）通过测量并分析驱动电机工作电流信号，根据电流时间特性及峰值大小可判断隔离开关传动或转动机构是否存在卡涩缺陷及其严重程度。在隔离开关的日常运行维护管理中，可使用电机电流测量系统对其进行机械故障诊断与预警。
3）基于红外热像法、超声波探伤技术、振动声学法、应力应变测试、电机电流测试的隔离开关综合故障诊断方法可为变电站隔离开关安装调试及运行维护管理提供参考。
参考文献：
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本文章由“支柱绝缘子机械强度振动检测评估技术研究与应用”科技项目资助。