高压隔离开关电触头性能改善方法分析

高压隔离开关电触头性能改善方法分析

董锁珍

（临汾电力高级技工学校山西临汾041000）

摘要：在电力系统中，高压隔离开关是一个关键设备，一方面其能够对线路和设备起到隔离作用，另一方面能够在无负荷条件下完成切换线路动作，在电力系统中发挥重要作用。随着高压输电线路建设规模的扩大，电力系统对高压隔离开关电触头性能提出了更高要求。本文分析了高压隔离开关电触头故障及原因，并提出了性能改善方法。

关键词：高压隔离开关；电触头；性能；改善方法

随着社会经济的发展，我国电力事业逐渐走向繁荣，高压线路在电网中占据着越来越重要的位置。隔离开关的性能会对高压线路稳定性产生重要影响，而其运行环境大多数都是比较恶劣，相当一部分组件都裸露在外，触头容易被氧化，再加上隔离开关的操作次数非常频繁，容易出现锈蚀或者裂纹等问题，导致局部电阻过大，影响整个电网的安全性，如何改善高压隔离开关的触头性能是所有电力企业需要思考的问题。

1高压隔离开关电触头故障及原因分析

1.1故障类型

隔离开关大多数都裸露在户外，因此其在运行过程中比较容易受到户外环境的影响，使用一段时间后会发现电触头性能明显下降，容易出现故障。统计研究表明，高压隔离开关缺陷中，大多数都是发热缺陷，而大多数触头故障都是由触头过热或者是触指银层脱落引起的，具体体现在以下几方面：触头银层耐磨性比较差，使用一段时间以后动静触头就会被严重磨损，导致接触电阻增加，于是使用频率越高，触头发热现象就会越明显，最终导致回路过热，超出线路承受范围以后，就会引发故障，严重者还会导致整个线路瘫痪。由于我国在高压隔离开关这方面研究起步较晚，因此与国外产品相比，同等产品在相同环境下明显存在明显劣势，一些金属零部件的防腐性能不能满足实际需要[1]。

1.2故障原因分析

触头运行故障主要是过热、磨损以及变黑等，比较严重时还会出现触头烧结现象，引发这些故障的原因主要有以下几方面：第一，由于隔离开关中的大部分组件都裸露在外界环境中，空气将触头表面氧化以后，电阻就会明显增大，出现接触不良问题，导致触头发热。而接触电阻增大以后，两边电阻大小就会产生明显差距，运行电流中就会被触头弹簧分离出一部分，弹簧的性能因此减弱，触指的接触压力就会因此减小，接触不良问题就会进一步加剧，形成一种恶性循环；第二，由于自身功能的特殊性，隔离开关的操作次数非常频繁，开合过程中触头被频繁冲击，在应力的作用下触头镀层会被严重磨损，导致触指镀层出现裂缝甚至镀层被剥落，触头出现发热问题，造成电流突变；第三，触头弹簧工作强度比较大，而同类金属之间存在一种吸引性，镀银层因此出现撕裂现象；第四，由于触头长时间接触，表面产生了一层污垢层，原本的面接触慢慢变成了点接触，导致接触不良，电阻因此增大，形成一种恶性循环[2]。

2高压隔离开关电触头性能改善方法

2.1常见的触头性能改善方法

随着电力产业的发展，国内外对隔离开关触头性能方面的研究已经步入了新阶段，总结起来主要有以下几种常见的性能改善方法。1）超声波场中压制--浸渍法，具体做法如下：在模具中加入合金粉末（要求混合均匀），并将其置于超声波场中，合金粉末在超声波的作用下会变得均匀致密，将其烧结成型以后就得到了密度较高的零部件，耐磨性明显提升。2）真空熔炼法，将合金块体置于真空电弧炉中加热，在高温下对其进行真空熔炼，为了防止金属气体挥发，熔炼的过程中要在其中注入氩气，对融化后的材料进行保温，之后对其进行水冷快速凝固。真空熔炼法可以使触头合金材料的分布更加均匀，耐压强度明显提升。3）纳米复合技术，使用该种技术以后，混合相之间的界面明显增大，使材料产生新的性能。如果使用这种方法来制作触头材料，触头的物理性能就会明显提升。从上面的分析中我们可以看出，无论是使用哪种方法来制作隔离开关触头，都需要将金属混合材料置于高温下处理，改变表层元素的相位和结合度，从而改善其各类性能。总结来说以上制作工艺有以下缺点：首先，流程中都有高温处理环节，因此需要消耗较大能量，退火过程中如果处理不当还容易产生材料变形问题；其次，受到固溶度的限制，合金中的元素不能随意组合[3]。

2.2离子注入法

2.2.1原理分析

离子注入法是改善材料表面性能的一种方法，就是在材料表层强行打入加速离子，材料表层的化学成分和组织结构产生变化，具体如下：注入的例子元素包括以下几种类型：一是金属蒸汽，二是气体，三是非金属，需要将这些元素通入离子室内，将这些离子电离为正离子。之后将电磁线圈套在电离室外，这样磁场就被引入到了放电室内，电离放电现象加强。将正极端直接加在放电室的顶端，负电极从一个孔径中引出，孔径大小在1mm至2mm之间，离子从引出孔中出来以后，直接进入到离子汇聚透镜中，完成聚集和加速过程，经过加速后的离子还需要经过磁铁分析，完成离子纯净化过程。最后纯净的高速离子会直接射向材料表面，这些离子与材料表面原有原子发生碰撞，形成了新的组织结构。人们可以根据实际需要来控制离子注入量，注入量的控制主要通过两种形式实现，一种是控制对束流强度，另一种是控制注入时间，二者可以独立设置，不会相互影响。

2.2.2特征分析

离子注入法属于一种表面合金化方法，总结起来其具有以下几点特征：第一，对注入的元素几乎没有限制，相互不溶的元素也完全可以注入，形成全新的合金相，这是一般的热处理工艺无法做到的。新的表面合金不会受到传统合金化规则的影响，人们可以根据需要自由选择注入元素。第二，注入离子以后，原本金属表面的晶格发生畸变，表面上形成了错位网格，性能因此得到强化。第三，离子注入金属表面以后，会与内部原子直接混合，成分均匀，基体材料和注入层之间基本混合在一起，没有明显的界限，因此不必担心注入层疏松或者是脱落问题。第四，处理过程要求是高真空环境，温度可以自由控制，选择在低温室或者是常温条件下注入离子，材料尺寸也不会发生变化。注入离子的过程中材料基体不会大量升温，因此也不会产生变形问题，处理后的材料表面光洁度很好。第五，这种方式所消耗的能量比较少，节约能源，同时不会对环境造成破坏[4]。

3结论

高压隔断开关电触头性能会对电力系统的安全性和稳定性产生直接影响，因此应该深入研究电触头性能的改善方法。本文阐述了几种常见的改善方法，分析了这些方法的各自特征，着重探究了离子注入法的原理及优势。

参考文献：

[1]王富勇，方瑞明.户外高压隔离开关电触头发热及其在线监测[J].宁夏工程技术，2011，12（14）：135-139.

[2]王富勇，陈华桂.基于电热场影响的户外隔离开关触头发热分析[J].高压电器，2011，13（15）：81-86.

[3]王磊，严浩军.户外高压隔离开关电触头温升机理研究[J].广东电力，2014，14（16）：92-95，117.

[4]邱志斌，阮江军.高压隔离开关机械故障分析及诊断技术综述[J].高压电器，2015，11（13）：171-179.