GW系列隔离开关严重冰冻条件下的操作试验总结

宁波阿鲁亚德胜隔离开关有限公司

    摘要 详细介绍了GW系列五个型号的高压隔离开关的严重冰冻条件下的操作试验的试验过程，提出了不同的试验操作方法，指出试验中发现的问题，对试验进行总结。

    关键词 高压隔离开关 喷淋 覆冰

    GB 1985-2004中6.103 条指出：冰的形成可能使电力系统的运行发生困难，在某种大气条件下，冰的沉积有时能达到使户外开关设备难以操作的厚度。

    根据标准及电力部门的要求，及我公司市场发展需要，我们邀请西安高压电器研究所对我公司五种型号的产品进行了严重冰冻条件下的操作的型式试验。由我公司提供场地并负责对产品喷水覆冰。

    GB/T 11022 2.1.2 e）规定了三个覆冰等级，我们所做的是20级（覆冰20mm）。共五种型号、三种型式的高压隔离开关。双柱平开式中心断口两台：GW41-126D/J1250-40，GW41-252D/J2000-50；三柱平开式双断口一台：GW42-252D/J2000-50；垂直折臂式两台：GW44-126DW/J3150-50，GW44-252D/J2500-50。

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    国标中写出的，使得整个隔离开关或接地开关上覆盖的冰层厚度以大约6mm/h的速率增加。实际操作中我们发现冰层厚度每小时增加6mm是很难的。我们使用的制冷设备是一个约500m2的冷库，其温度在-15℃~ -25℃，虽然不能按照国标中规定的温度变化，但它的温度足以使冰层的硬度超过国标中的规定。隔离开关从零部件的安装就是在-15℃的环境下进行的。

    五台隔离开关在零下20左右的环境中我们10名工人，加班加点安装大约用了3天半时间。在五台开关装好后，各个传动部分及轴中的润滑脂已经变得粘稠，对传动及转动产生了很大的阻力。宁波阿鲁亚德胜隔离开关有限公司目前所用的润滑脂及油主要有三种，二硫化钼锂基脂、德国进口S.K.D3602、美孚滑脂。这些润滑脂耐高温能力都比较强，但在零下20多℃时都变得比较粘稠，几乎失去润滑作用。

    安装完成后，室内温度在零下16℃左右，根据国标中提供的方法，我们把0~3℃水用喷头均匀的从隔离开关上方喷洒。由于隔离开关已经在零下20℃左右的环境中放置了3天半，各个部分已经完全冷却且温度一致。所以第一次喷洒到3分钟时在表面结成1.5mm左右厚的冰，但继续喷洒较长一段时间后发现冰层厚度没有变化。这时候我们决定改变喷淋方法，缩短喷淋时间，逐渐延长喷水的时间间隔。停止喷水30分钟，再喷水2~3分钟左右。按这样的方法第一个小时能结约2.5mm的冰层，而且非常结实，但越到后来结冰的速度会越慢。我们从下午两点左右开始喷水，在喷了五遍水后，停止喷水1小时以上，再继续喷水，直到晚上10点左右时结冰厚度只有8mm左右。这时候再次停止喷水。这时候室内的温度在零下22℃左右，保持这个室温9个多小时（夜间冷库关闭，冷气开放）。

    第二天继续按上面的步骤喷淋：喷水2~3分钟，冷却30分钟，反复3~5遍；喷水2~3分钟，冷却1个小时左右，1~2遍。再循环次过程。

    我们发现，物体经过长时间（30分钟以上）的冰冻后，都是第一次喷水迅速结冰，再次喷水结冰速度减慢厚度降低。且越到后来结冰的速度越慢。特别注意的是，喷洒的水一定要冷却到接近0℃，尤其是在保持室温在零下22℃左右超过4个小时后。这时如果喷洒的水的温度不够低的话，喷上去的水不但不会结冰，还会使开始冻上的冰发生开裂，甚至脱落。所以再次喷洒时只要不结成影响喷淋的冰，水是越凉越好。

    经过反复喷洒、冷却，直到第二天晚上11点左右，隔离开关的覆冰平均厚度才达到20mm以上。整个喷水过程历时约40个小时。

    如图 1所示，图 1为部分产品覆冰后的照片

   

    图 1

    国标中6.103.3 e）中 为了便于测量冰的厚度，试验期间，应当在能接受到和受试开关设备大致相同降雨量的地方，水平放置一根长为1m、直径为30mm的铜棒或铜管。按照上述喷水方法，我们属于国标中的采用短时喷淋和较长时间冷冻交替的方法。铜棒也已在零下20℃左右的环境中放置了较长的时间，但喷淋时发现铜棒比隔离开关更难结冰。在隔离开关的许多部位冰层厚度超过20mm时，铜棒表面的冰层厚度才达到规定值。

    在试品的覆冰厚度达到20mm以上后，保持在室温零下22℃左右又放置了9个小时（夜间冷库关闭，冷气开放）。操作机构箱中的加热器从安装完毕后一直处于加热状态，但对于零下20℃左右的温度，加热器发出的热量是杯水车薪，对于电气元件、电动机及二次回路的其他设备没有任何作用。所以在这种环境下，对我们产品的操作机构箱也是一个考验。

    第三天早上8点多时开始进行的试验。试验过程中发现每种产品的表现是不同的。

    对于垂直折臂式，主刀从分闸位置到合闸位置时，启动较为艰难。但由于我们选用的电动机功率为550W，属较大功率电机，所以在合闸开始的时候较为缓慢，启动以后整个合闸过程还较为顺利。分闸情况明显好于合闸。无论是合闸还是分闸后，触头部位的积冰都被破掉。

    对于双柱中心断口式，主刀的分合闸都较为顺利，这种结构是我们生产的几种隔离开关中，在严重冰冻条件下操作最为轻松的一种结构。

    对于三柱平开式，主刀的分合闸是最为困难的一种结构。从分闸到合闸位置的启动极为艰难。由于三柱式本身为双断口结构，在正常分合闸时就比其它结构的阻力大。

    这次试验的所有产品的地刀均为手动结构，在设计时我们即考虑到防雨、防冰，在地刀的触头上都设计有防护罩，且地刀在手动操作时的力矩是可以变化的。所以地刀在分、合闸加大操作力的情况下，都能够破掉其表面覆冰，一次分、合到位。在地刀合闸位置时动、静触头接触良好。

    总的来说，五种型号的隔离开关主刀在分、合闸过程中，虽然不同程度的遇到了阻力，有的产品单相出现了短暂的停顿，但都最终一次分闸或合闸到位，并在合闸到位时动、静触头接触良好。最后试验获得了成功。

   

    图 2

    如图 2所示，图 2为部分产品试验后的照片

    首先需要指出的是，我们在按照 GB1985-2004 6.103.4 的试验程序操作了一段时间后发现结冰的速度非常缓慢，并且操作起来有一定的困难。因为受条件限制，我们无法在短时间内提供很大量冷却到0~3℃的水。即使用0~3℃的水连续喷淋了较长时间后，发现也不能连续结冰。所以我们改变了喷淋方法。

    通过这次试验我们得到启发，如果隔离开关操作机构在启动时电动机有一个空行程，会更好的进行分闸或合闸。因为电动机在刚刚启动时所受的力矩最大，一但运转起来就会变得比较容易。特别是在轴、传动部分及触头被厚厚的冰层粘住的情况下，启动所需的力会更大。这时候我们给它一个空行程，也就是在启动时产生了一个冲击力，会使启动变得相对容易。

    在严重冰冻的条件下，我们比较了三种润滑脂：二硫化钼锂基脂、德国进口S.K.D3602、美孚滑脂，这三种润滑脂在零下20℃左右的环境中放置了24小时后都不同程度的发生了变化，润滑脂都变的很粘稠，润滑作用大大降低。其中变化最严重的是二硫化钼锂基脂，变化最轻的是美孚滑脂。所以如果高压隔离开关使用在这种环境，建议使用具有防冻能力的润滑脂，最好在买来后隔离开关厂家自己做一下冷冻试验。

    具我们所知，全国做严重冰冻条件下的操作的试验的厂家很少，西安高压电器研究所也是第一次做此类试验，所以我们委托西安高压电器研究所做严重冰冻条件下的操作的试验在全国还是第一家。

    万事开头难，由于试验场地、设备所限及经验的缺乏，我们整个试验过程走了些弯路。在这里把试验经过及发现的问题写出来，只在为后来者做一定的参考，希望对同行业企业有一定的帮助。也希望向有这方面经验的研究部门、厂家学习交流，为以后新产品的严重冰冻条件下的操作试验积累经验。

    作者简介

    杨乐，（1980-），工程师，宁波阿鲁亚德胜隔离开关有限公司技术开发部，从事高压隔离开关的技术、试验工作。