李 毅 吳 鋒 徐近龍 吳 強

（蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215004）

開關(guān)柜作為一種常見的變電設(shè)備在電力系統(tǒng)中被大量采用[1]。隨著20kV 開關(guān)柜的不斷推廣，其生產(chǎn)廠家也與日俱增。由于其較多廠家此電壓等級開關(guān)柜為其新推產(chǎn)品，其運行可靠性尚有待總結(jié)及提高[2]。本文介紹了一起蘇州供電公司發(fā)生的20kV 開關(guān)柜活門故障的分析及改進措施。

1 故障現(xiàn)象

2010年11月13日蘇州110kV 旺港變在操作214新澤線從“試驗”位置搖至“工作”位置時因機械故障未完成。檢查發(fā)現(xiàn)，開關(guān)柜內(nèi)手車推動開關(guān)靜觸頭活門的支撐塑料板出現(xiàn)了物理性的損壞，動用備用倉更換后送電；該開關(guān)柜為廈門ABB 開關(guān)有限公司ZS1 產(chǎn)品，所配斷路器為VD4 產(chǎn)品，2009年1月份出廠，2009年11月份投運。

2011年2月22日10 時30 分，運行人員發(fā)現(xiàn)110kV 旺港變2K2#2 電容器斷路器從“工作”改為“試驗”位置的操作過程中因機械故障未完成該操作，檢查原因為柜內(nèi)活門整體脫落，手車推進連板斷裂故障（見圖1）。

2 檢查情況

2011年3月12日對20VⅡ段母線進行停電處理，并對Ⅱ段母線所有開關(guān)柜進行檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)221 若水＃1 線活門驅(qū)動器同樣損壞。后來運行人員在操作位于20kVⅠ段母線的201＃1 主變開關(guān)時，也發(fā)現(xiàn)有異響，檢查發(fā)現(xiàn)201 開關(guān)柜活門右側(cè)導(dǎo)向桿已斷裂，下活門有三相放電痕跡，同時檢查斷路器下導(dǎo)電臂三相均有明顯放電痕跡（見圖2和圖3）。

圖1

圖2

圖3

為防止其余出線開關(guān)柜均存在類似缺陷，蘇州供電公司隨即將Ⅰ段母線也進行停電，對開關(guān)柜進行系統(tǒng)檢查。3月29日對旺港變20kVⅠ段母線進行停電處理時又發(fā)現(xiàn)之前處理過手車活門驅(qū)動器的214 新澤線開關(guān)柜下活門三相均由不同程度的撞擊痕跡，2301 母聯(lián)刀閘開關(guān)柜活門整體坍塌，活門驅(qū)動器損壞，同時A 相有嚴重的放電痕跡。檢查當(dāng)中發(fā)現(xiàn)活門驅(qū)動器損壞較多，其中絕大多數(shù)為壓接活門滾輪一端整體斷裂，僅201 左側(cè)活門驅(qū)動器為沿固定螺栓孔位置斷裂，其損壞情況見圖4。

圖4

表1 旺港變20kV 開關(guān)柜檢查情況匯總表

通過表1可以看出，目前旺港變在已檢查的16臺開關(guān)柜中已有5 臺出現(xiàn)不同程度的損壞，故障率高達31%，其中還發(fā)現(xiàn)2 起嚴重放電現(xiàn)象，已對設(shè)備安全運行造成了重大隱患。

3 原因分析

開關(guān)柜活門的正常工作原理為：斷路器在搖入的過程中，隨著斷路器手車的進入，活門機構(gòu)在驅(qū)動下積極啟動，并保證其開啟的距離和速度均大于斷路器的行程，保證活門與斷路器運動行程的良好配合，既不過早開啟、回落，也不碰觸斷路器，保證絕緣距離。

對于該型號開關(guān)柜活門動作設(shè)計配合的關(guān)鍵點是當(dāng)斷路器在工作位置時，柜體剪刀叉上輪到到導(dǎo)柜的距離理論設(shè)計是198mm，即斷路器的活門驅(qū)動器上運動面到手車的在導(dǎo)軌上運動輪子的距離為198mm。而現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)因現(xiàn)場安裝誤差,活門驅(qū)動器到底盤實測尺寸為195.5mm，剪刀叉同水平隔板干涉,導(dǎo)致對剪刀叉對斷路器的活門驅(qū)動器產(chǎn)生反作用力，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示[3]。

圖5

因其開關(guān)柜內(nèi)活門驅(qū)動器損壞較多，為檢驗其材質(zhì)是否合格，我們對其試樣活門驅(qū)動板進行了模擬抗拉抗壓試驗。具體試驗過程如圖6和圖7所示。

圖6 活門驅(qū)動板壓力試驗

如圖6所示，將活門驅(qū)動板采用螺栓固定在一塊厚度為5mm 的不銹鋼板上，在驅(qū)動板的工作面上施加一個軸向垂直的壓力，模擬活門驅(qū)動板的工作受力情況來獲得其發(fā)生開裂時的最大力值。試驗結(jié)果見表2所示。

試樣 開裂形貌 試驗結(jié)果 新試樣脆性斷裂 斷裂時力值：4290N 備注：受壓過程中，試樣發(fā)生了明顯的扭曲變形

由于現(xiàn)場也出現(xiàn)了驅(qū)動板工作邊斷裂的情況，在工作狀態(tài)下，驅(qū)動板工作邊的內(nèi)側(cè)承受向外的力，遂設(shè)計了圖7所示的方法對驅(qū)動板工作邊受拉力的情況進行試驗。

表3 活門驅(qū)動板拉力試驗結(jié)果

通過試驗可知其活門驅(qū)動板抗拉抗壓值均為大于4kN，其結(jié)果遠大約廠家出廠1kN 的標準，故可排除其活門驅(qū)動器材質(zhì)原因?qū)е缕鋼p壞。經(jīng)進一步分析得知因為ABB 公司20kV ZS1 開關(guān)柜為其08年引進國內(nèi)的產(chǎn)品，由于國內(nèi)耐壓水平要求65kV高于國外，為達到國內(nèi)工頻耐壓要求，ABB 公司在其開關(guān)柜活門上多噴涂了絕緣漆，導(dǎo)致的活門重量增加，但其相應(yīng)驅(qū)動及支撐件未同步進行更換，導(dǎo)致其受力過大，強度不夠，從而出現(xiàn)大量損壞。如柜體活門導(dǎo)桿斷裂，檢查發(fā)現(xiàn)斷裂處均為導(dǎo)桿開孔處，其導(dǎo)桿上兩處開孔原設(shè)計用來加掛鎖鎖住活門，不讓活門隨意打開，如圖8所示。而活門驅(qū)動器的損壞還是因為安裝公差過大導(dǎo)致剪刀叉對斷路器的活門驅(qū)動器產(chǎn)生反作用力，在人為手動搖進時由于其反作用力過大導(dǎo)致其損壞。

圖8

對于110kV 旺港變201＃1 主變斷路器、2301分段隔離柜放電應(yīng)為上次操作時下活門未到位，斷路器下導(dǎo)電臂與下活門長時間接觸運行，最終導(dǎo)致放電痕跡嚴重。

4 對策及建議

1）督促廠家優(yōu)化開關(guān)柜剪刀叉結(jié)構(gòu)的設(shè)計及工藝，將柜體剪刀叉的安裝螺母更換為防松螺母，保證該開關(guān)柜斷路器的活門驅(qū)動器到運動輪的距離為198±1mm。

2）經(jīng)ABB 公司從新進行了模擬計算，對于800mm 柜寬的開關(guān)柜更換活門導(dǎo)桿及彈簧，（更換其活門導(dǎo)桿為實心桿，取消活門導(dǎo)桿沒有用的掛鎖孔，并更改其材料增加其抗彎強度；更換彈簧的直徑,減少剪刀叉承受彈簧的反作用力），對于1m 柜寬的開關(guān)柜更換包括活門及整套驅(qū)動機構(gòu)。

3）在開關(guān)柜制作過程中，因嚴格控制其制作及安裝的精度，防止其對設(shè)備安全運行帶來隱患。

4）在開關(guān)柜驗收過程中，特別注意對手車進出情況進行檢查，防止活門開啟關(guān)閉不正?，F(xiàn)象。

5 結(jié)論

隨著20kV 電壓等級應(yīng)用范圍的不斷推廣，其變電設(shè)備生產(chǎn)廠家也不斷增加。通過此次開關(guān)柜活門的故障原因分析，可以得出這是一起典型的因設(shè)計及裝配工藝質(zhì)量引起的故障。開關(guān)柜設(shè)備內(nèi)每個零部件的設(shè)計及裝配將直接關(guān)系到其安全穩(wěn)定運行，故制造廠家應(yīng)特別加強對新引進和開發(fā)的產(chǎn)品設(shè)計及裝配工藝控制、管理，防止類似故障再次發(fā)生。

另外，檢修、運行人員也應(yīng)在開關(guān)柜投運驗收時加大對其驗收力度，保證其多次進出無故障，盡可能在設(shè)備投運前發(fā)現(xiàn)故障并處理。

[1] 徐國政,張節(jié)容,錢家驪,等.高壓斷路器原理和應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[2] 肖勻.一起24kV 開關(guān)柜運行故障分析[J].高壓開關(guān),2010(10): 27-5.

[3] ABB 公司網(wǎng)站.ABB公司高壓開關(guān)柜制造商的ZS1/VD4真空斷路器產(chǎn)品說明書.廈門ABB 開關(guān)有限公司.