馬虎濤，黃章強(qiáng)

(中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司，貴州 興義 562400)

1 前言

高壓斷路器不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)繼電器保護(hù)裝置的作用，切斷過(guò)負(fù)荷電流和短路電流，它具有相當(dāng)完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力。而當(dāng)斷路器本身故障失去應(yīng)有切斷電流的能力，將可能造成其他電力設(shè)備損害或者給電力系統(tǒng)穩(wěn)定造成威脅。

某換流站某個(gè)LW6－220型斷路器B相在斷路器處于分閘狀態(tài)下仍然帶額定電壓，對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)B相在分閘、合閘狀態(tài)下回路電阻均為50 μΩ左右，說(shuō)明斷路器B相在分閘操作后并沒(méi)有實(shí)際可靠分開，主回路仍然處于正常導(dǎo)通狀態(tài)。進(jìn)行解剖后發(fā)現(xiàn)為絕緣拉桿脫落。

2 LW6－220型斷路器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

2.1 LW6－220型斷路器總體結(jié)構(gòu)

LW6－220型斷路器每相主要由滅弧室、均壓電容器、三聯(lián)箱、支柱、聯(lián)接座、密度繼電器、動(dòng)力單元等部分組成 (見圖1)。每組斷路器有一個(gè)集中的操作機(jī)構(gòu)，內(nèi)有控制閥、油壓開關(guān)、電動(dòng)油泵、手力泵、防震容器、輔助貯壓器、信號(hào)缸、輔助開關(guān)、主油箱等元件，完成打壓及分、合閘命令。

2.2 絕緣拉桿與觸頭連接結(jié)構(gòu)

LW6－220型斷路器支柱內(nèi)有一根直徑約5厘米的絕緣拉桿，其頂端與三聯(lián)箱下方“上連桿”延伸至支柱內(nèi)的鋁接頭通過(guò)S型彈簧，再填充環(huán)氧樹脂作為連接媒介進(jìn)行連接。S型彈簧共6圈，鋼絲直徑約4 mm。

圖1 LW6－220型斷路器外形圖

3 原因分析

3.1 材料原因

絕緣拉桿和上連桿之間通過(guò)填充環(huán)氧樹脂進(jìn)行固化。環(huán)氧樹脂的老化脫落導(dǎo)致絕緣拉桿無(wú)法與上連桿穩(wěn)定固定，在斷路器動(dòng)作過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)絕緣拉桿脫落現(xiàn)象。環(huán)氧樹脂作為固化劑本身是一種化學(xué)物質(zhì)，化學(xué)物質(zhì)在特定的環(huán)境下會(huì)老化，影響固化的環(huán)氧樹脂老化的因素主要有以下四方面:

1)斷路器操作的高強(qiáng)度機(jī)械應(yīng)力影響，斷路器在分合過(guò)程中絕緣拉桿受到上下的機(jī)械應(yīng)力:LW6－220型斷路器運(yùn)行額定壓力P=32.8 MPa，工作缸活塞直徑d1=60 mm，工作缸活塞桿直徑d2=22 mm，S型彈簧共有6圈。

絕緣分閘時(shí)拉桿所受力:

式中:F:分閘絕緣拉桿所受的力kN

P:液壓油壓力328 kg/cm2

d1:工作缸活塞直徑cm

d2:工作缸活塞桿直徑cm

S型彈簧總共有6圈，每一圈所受的力為F/6=13.3 kN，相當(dāng)于1噸多的重量瞬時(shí)施加在每一圈的彈簧上，S型彈簧將力施加在環(huán)氧樹脂上，雖然絕緣拉桿和上連桿上有螺紋，但是在環(huán)氧樹脂完好時(shí)，這些力完全施加在環(huán)氧樹脂上，這就加速了環(huán)氧樹脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致其加速老化。

2)斷路器的高電場(chǎng)環(huán)境影響，LW6－220型斷路器運(yùn)行電壓為220 kV，上連桿帶有220 kV電壓，環(huán)氧樹脂長(zhǎng)時(shí)間在此種電場(chǎng)環(huán)境下其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)會(huì)物理變化，改變其原有的物理特性。

3)高溫影響，天生橋換流站所屬亞熱帶高山氣候，年平均氣溫16℃，夏季地面直射溫度常常在40℃以上，高溫環(huán)境促使環(huán)氧樹脂老化。

4)斷路器內(nèi)SF6分解產(chǎn)物的影響［1］，LW6－220型斷路器的三聯(lián)箱和滅弧室正常情況不聯(lián)通，但是通過(guò)絕緣拉桿的縫隙有微量的SF6氣體能夠互相流動(dòng)，滅弧室內(nèi)SF6分解產(chǎn)物進(jìn)入三聯(lián)箱，SF6分解產(chǎn)物主要是硫化物，對(duì)環(huán)氧樹脂具有極強(qiáng)的腐蝕性，雖然環(huán)氧樹脂的抗腐蝕能力很強(qiáng)，但是在長(zhǎng)期腐蝕作用下也會(huì)加速環(huán)氧樹脂老化。

綜合上述分析，環(huán)氧樹脂在高強(qiáng)度機(jī)械應(yīng)力、高電場(chǎng)環(huán)境、高溫、斷路器內(nèi)SF6分解產(chǎn)物的影響下會(huì)加速老化，環(huán)氧樹脂老化后就不能起到絕緣拉桿和上連桿的固定連接作用，從圖3中可以看出，故障的絕緣拉桿和上連桿之間填充的環(huán)氧樹脂早已經(jīng)粉化脫落，在斷路器分合閘過(guò)程中絕緣拉桿旋轉(zhuǎn)脫落。所以環(huán)氧樹脂作為絕緣拉桿和上連桿連接的固化材料是導(dǎo)致絕緣拉桿松脫的重要原因

3.2 工藝原因

通過(guò)LW6－220型斷路器結(jié)構(gòu)可以分析出，絕緣拉桿和上連桿之間的連接是模擬螺柱和螺帽的原理，同時(shí)給S型彈簧里面填充環(huán)氧樹脂進(jìn)行固化。在進(jìn)行填充環(huán)氧樹脂時(shí)使用機(jī)器熱填充，而填充的空間是一個(gè)密閉空間，在填充的時(shí)候只有一個(gè)環(huán)氧樹脂進(jìn)口，沒(méi)有排氣口，這樣就需要工作人員的素質(zhì)和水平很高，所以在一般填充過(guò)程中或多或少都會(huì)有氣泡夾雜在環(huán)氧樹脂里面，這樣就會(huì)導(dǎo)致環(huán)氧樹脂不能充分填充，使連接部位強(qiáng)度不夠。

雖然環(huán)氧樹脂內(nèi)夾雜了氣泡，機(jī)械強(qiáng)度不夠，但是在一定時(shí)期內(nèi)不會(huì)影響斷路器的正常運(yùn)行，只是達(dá)不到運(yùn)行年限，所以在斷路器運(yùn)行很多年后才會(huì)發(fā)生由于這一工藝原因引起的缺陷。由于受當(dāng)時(shí)工藝水平的限制，這一缺陷被隱藏，工藝水平是導(dǎo)致絕緣拉桿松動(dòng)的另一重要原因。

3.3 結(jié)構(gòu)原因

LW6－220型斷路器機(jī)構(gòu)為液壓機(jī)構(gòu)，絕緣拉桿和活塞桿相連接，活塞桿是靠液壓油的傳動(dòng)進(jìn)行動(dòng)作，液壓油屬于液體在活塞內(nèi)的流動(dòng)具有任意性，不只有橫向的推力，還會(huì)產(chǎn)生縱向的旋轉(zhuǎn)力，旋轉(zhuǎn)力的方向不定，這樣液壓油會(huì)對(duì)絕緣拉桿產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，

LW6－220型斷路器絕緣拉桿和上連桿之間的連接主要靠S型彈簧和厭氧膠的固定，此型號(hào)的產(chǎn)品主要仿制法國(guó)MG公司產(chǎn)品，MG公司原型號(hào)斷路器絕緣拉桿是在端頭膠裝部位加有定位銷［2］，加裝定位銷是防止絕緣拉桿自由轉(zhuǎn)動(dòng)，由于LW6－220型結(jié)構(gòu)上的缺陷導(dǎo)致在長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)下，隨著環(huán)氧樹脂老化，固化作用的減弱，絕緣拉桿受旋轉(zhuǎn)力的作用，又沒(méi)有其他定位方法的情況下發(fā)生絕緣拉桿松脫現(xiàn)象。

在LW6－220型斷路器絕緣拉桿和上連桿連接部分本身存在材料、工藝、結(jié)構(gòu)缺陷的情況下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行 (大概10年)后陸續(xù)出現(xiàn)絕緣拉桿脫落現(xiàn)象。

4 預(yù)防措施

4.1 絕緣拉桿松動(dòng)的直接檢查

絕緣拉桿之所以能夠松動(dòng)還是由于拉桿有轉(zhuǎn)動(dòng)，拉桿有轉(zhuǎn)動(dòng)只有在斷路器動(dòng)作的時(shí)候，所以每次停電或者斷路器動(dòng)作的時(shí)候都應(yīng)該對(duì)絕緣拉桿進(jìn)行檢查確保LW6－220型斷路器的可靠運(yùn)行，這里檢查分為兩種:一種為停電檢查，另一種為不停電檢查。

1)停電檢查:進(jìn)行絕緣拉桿松動(dòng)檢查，檢查方法為:首先將斷路器操作至檢修狀態(tài)，并將斷路器液壓系統(tǒng)壓力釋放，再將該類型的斷路器分合閘指示牌觀測(cè)窗打開，使用22 mm的開口或者梅花扳手，將扳手套在絕緣拉桿和下連桿連接的法蘭螺絲上，從下往上看順時(shí)針扳動(dòng)扳手根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況判斷絕緣拉桿松動(dòng)情況，只要絕緣拉桿有松動(dòng)一般都認(rèn)為此斷路器處于故障狀態(tài)不能夠再投入使用。

2)不停電檢查:在重合閘或者在斷路器操作后不停電的情況下，對(duì)該型斷路器絕緣拉桿進(jìn)行標(biāo)識(shí)檢查，檢查絕緣拉桿是否松動(dòng)。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，因?yàn)榻^緣拉桿松脫，斷路器的合閘行程變短，分閘行程變長(zhǎng)，因此，合閘時(shí)間小于正常相值，分閘時(shí)間大于正常相值。將絕緣拉桿恢復(fù)到位后，動(dòng)作時(shí)間于正常相相差不大，三相動(dòng)作一致。同時(shí)可以看出，松脫越多，動(dòng)作時(shí)間的變化量越大。因此，預(yù)防性試驗(yàn)測(cè)量斷路器動(dòng)作時(shí)間時(shí)，應(yīng)與交接試驗(yàn)值進(jìn)行比較，當(dāng)動(dòng)作時(shí)間超過(guò)1 s以上時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢查，提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。

5 結(jié)束語(yǔ)

LW6－220型斷路器現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行十幾年，該型號(hào)的絕緣拉桿松動(dòng)正處在高發(fā)期，分析LW6－220型斷路器絕緣拉桿松動(dòng)原因，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，才能保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行，才能保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)我們介紹的檢測(cè)方法，一旦發(fā)現(xiàn)絕緣拉桿松動(dòng)，根據(jù)應(yīng)急方案采取措施，立即對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行處理，做到早發(fā)現(xiàn)、早處理、早運(yùn)行。但是最好的措施是對(duì)現(xiàn)在有的LW6－220型設(shè)備進(jìn)行全面處理 (大修或更換)才能使絕緣拉桿松動(dòng)隱患徹底排除。

［1］丁著明，吳良義，等.環(huán)氧樹脂的穩(wěn)定化 (Ⅰ)環(huán)氧樹脂的老化研究進(jìn)展 ［J］.熱固性樹脂，2001，16(5):34－36

［2］郭若穎，潘富國(guó)，侯恩華.LW6－220型開關(guān)絕緣拉桿脫落分析［J］.山西焦煤科技，2005，6:47－48