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(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041；2. 西安工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710021；3. 四川科銳得實(shí)業(yè)集團(tuán)公司，四川 成都 610041)

0 引 言

高壓斷路器作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，起著控制和保護(hù)的雙重作用，其性能對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及供電的可靠性有直接影響[1-4]。LW6-220型斷路器作為中國(guó)早期自主研發(fā)的主流SF6斷路器之一，在四川電網(wǎng)使用較多。近年來，隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷發(fā)展，該型設(shè)備故障頻發(fā)，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來較大威脅[5-10]。

下面以某220 kV變電站的一起LW6-220型斷路器絕緣拉桿松動(dòng)事故為例，通過試驗(yàn)研究及解體分析，找出發(fā)生故障的主要原因；最后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)該型斷路器的運(yùn)行維護(hù)提出了預(yù)防性的措施和建議[8-10]。

1 故障概況

1.1 故障前變電站的運(yùn)行方式

2016年1月28日20：55：54，某220 kV變電站橋棉線261斷路器B相發(fā)生拉桿松脫故障。故障前該220 kV變電站220 kVⅠ、Ⅱ母并列運(yùn)行，旁母熱備用；220 kV橋棉線261號(hào)斷路器、棉竹線270號(hào)斷路器、棉漢一線268號(hào)斷路器、1號(hào)主變壓器201斷路器運(yùn)行于220 kV Ⅰ母；220 kV棉漢二線266號(hào)斷路器、壩棉線267號(hào)斷路器、南棉線262號(hào)斷路器、2號(hào)主變202斷路器運(yùn)行于220 kV Ⅱ母；110 kV松棉線運(yùn)行于110kV Ⅲ母。運(yùn)行方式如圖1所示。

圖1 某200 kV 變電站主接線

1.2 故障情況

2016年1月28日20：55：54，220 kV橋棉線B相發(fā)生接地故障，約20 ms，站側(cè)1號(hào)保護(hù)縱聯(lián)差動(dòng)，2號(hào)保護(hù)縱聯(lián)零序、縱聯(lián)距離保護(hù)動(dòng)作出口，B相斷路器單相跳閘不成功；同時(shí)，對(duì)應(yīng)電廠側(cè)1號(hào)保護(hù)縱聯(lián)差動(dòng)、2號(hào)保護(hù)縱聯(lián)距離保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘。

橋棉線斷路器B相單相跳閘失敗后，溝通三相跳閘啟動(dòng)，170 ms后三相跳閘，A、C相跳閘成功，B相未跳開。約330 ms，母差失靈保護(hù)動(dòng)作，420 ms后220 kVⅠ母所有斷路器間隔(橋棉線、棉竹線、棉漢一線、1號(hào)主變壓器201斷路器)及母聯(lián)212斷路器跳閘(橋棉線斷路器跳閘不成功)，所有電源全部消失，故障切除。同時(shí)，因母差失靈保護(hù)動(dòng)作切除220 kV棉漢一線，站安控裝置動(dòng)作，切除220 kV壩棉線及110 kV松棉線。

故障發(fā)生后，值班員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：220 kV橋棉線261、棉竹線270、棉漢一線268、壩棉線267、母聯(lián)212、1號(hào)主變壓器201和110 kV松棉線153等斷路器均位于分閘位置。結(jié)合故障錄波分析，可以初步推斷出橋棉線261斷路器B相故障時(shí)并未分閘到位。

1.3 故障斷路器信息

該220 kV變電站共有7臺(tái)LW6-220型SF6斷路器，出廠日期均為1999年7月，投運(yùn)日期均為2001年4月，額定電流為3150 A，額定短路開斷電流為40 kA。

LW6-220型斷路器主要由滅弧室、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，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 LW6-220型斷路器單極剖面

2 試驗(yàn)檢查

為了分析故障原因，對(duì)橋棉線261斷路器進(jìn)行試驗(yàn)檢查，測(cè)試三相分閘時(shí)間、合閘時(shí)間、回路電阻、斷口絕緣數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 橋棉線261斷路器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可得，斷路器合閘時(shí)三相回路電阻值均屬于正常范圍，說明斷路器三相合閘均到位；斷路器分閘時(shí)斷口間絕緣電阻值屬于正常范圍，說明斷路器三相均已分閘；B相分、合閘時(shí)間均比其他兩相明顯偏小，分、合閘相間不同期均嚴(yán)重超過“≤2 ms”的標(biāo)準(zhǔn)要求；B相總行程比標(biāo)準(zhǔn)值150 mm小了20 mm，說明該相可能出現(xiàn)了分閘不到位。

3 解體檢查

為進(jìn)一步確定故障原因，對(duì)橋棉線261斷路器B相本體進(jìn)行了返廠解體檢查。解體后發(fā)現(xiàn)，橋棉線261斷路器B相絕緣拉桿下部與金屬拉桿的螺紋連接處彈簧退絲嚴(yán)重，達(dá)到一圈半左右(如圖3所示)，折合拉桿豎直方向移動(dòng)距離20 mm，相當(dāng)于絕緣拉桿被加長(zhǎng)，同時(shí)螺紋連接處的粘接材料硬化脫落。

圖3 絕緣拉桿下部與金屬拉桿的螺紋連接處彈簧退絲情況

從圖4和圖5可以看出，兩個(gè)斷口的靜主觸頭、屏蔽罩、動(dòng)主觸頭、壓氣缸及絕緣噴嘴均存在明顯的電弧燒灼痕跡。

圖4 靜主觸頭及屏蔽罩燒灼情況

圖5 動(dòng)主觸頭、壓氣缸及絕緣噴嘴燒灼情況

兩個(gè)斷口動(dòng)弧觸頭的觸指瓣明顯脹大，被完全頂松，靜弧觸頭插入后兩者不能緊密接觸,具體情況如圖6所示。此外，由主觸頭接觸痕跡可得，兩個(gè)斷口動(dòng)靜觸頭的對(duì)中性良好。

圖6 動(dòng)弧觸頭瓣明顯脹大情況

4 故障原因分析

橋棉線261斷路器B相絕緣拉桿與金屬拉桿間是靠螺紋來傳遞操作動(dòng)力的。但是，由于存在絕緣拉桿無定位銷、粘接材料老化的缺陷，絕緣拉桿在斷路器操作過程中受到相當(dāng)大的沖擊力，造成粘接破壞而出現(xiàn)拉桿松動(dòng)，絕緣拉桿下部與金屬拉桿的螺紋連接處出現(xiàn)退絲現(xiàn)象。退絲過程隨著操作的次數(shù)增加而不斷累積，特別是液壓機(jī)構(gòu)在操作的時(shí)候，其活塞往往存在著一定的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而加劇了拉桿的退絲過程。

橋棉線261斷路器的絕緣拉桿與金屬拉桿僅采用螺紋連接，并未采取定位銷等更加可靠的連接方式。斷路器解體發(fā)現(xiàn)拉桿已經(jīng)退絲一圈半左右，折合拉桿豎直方向的移動(dòng)距離為20 mm，相當(dāng)于絕緣拉桿被加長(zhǎng)，同時(shí)螺紋連接處的粘接材料硬化脫落。合閘時(shí)絕緣拉桿帶動(dòng)動(dòng)觸頭向上伸，使得斷路器的開距減小，接觸行程增大。隨著接觸行程的加大，導(dǎo)致靜弧觸頭插入動(dòng)弧觸頭的深度增加。當(dāng)接觸行程增加12 mm以上時(shí)，靜弧觸頭就會(huì)頂?shù)絼?dòng)弧觸頭的根部，動(dòng)弧觸頭的觸指瓣被明顯脹大且完全頂松，導(dǎo)致靜弧觸頭與動(dòng)弧觸頭實(shí)際接觸不可靠，造成分閘時(shí)弧觸頭先分離，主觸頭后于弧觸頭分離，電弧電流始終流過主觸頭而無法熄弧。由于故障電流無法切除，繼而引起220 kV 1號(hào)母差失靈保護(hù)和安控先后動(dòng)作，事故發(fā)生。

5 防范措施

目前，LW6-220型斷路器絕緣拉桿松動(dòng)問題

已在國(guó)內(nèi)造成數(shù)起事故，所以應(yīng)對(duì)絕緣拉桿的機(jī)械強(qiáng)度、連接可靠性及防范措施給予足夠的重視。

1) 高壓斷路器絕緣拉桿與動(dòng)觸頭裝配連桿的連接是否牢固，對(duì)提高斷路器動(dòng)作可靠性和確保電網(wǎng)安全運(yùn)行至關(guān)重要，制造廠家要特別重視這個(gè)部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件加工和裝配工藝。

2) 鑒于目前對(duì)絕緣拉桿松動(dòng)尚無直接的檢測(cè)手段，建議對(duì)斷路器的正常分合閘的位置進(jìn)行標(biāo)記，并在日常運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)該型斷路器的監(jiān)視；同時(shí)，在斷路器分合閘到位后，應(yīng)檢查監(jiān)控和保護(hù)裝置的動(dòng)作信息情況，并檢查斷路器操作后一次回路電流、電壓是否正常。

3) 建議對(duì)此類絕緣拉桿結(jié)構(gòu)的LW6-220斷路器及時(shí)進(jìn)行更換，對(duì)于無法更換的斷路器，除在絕緣拉桿旋接部位增加膠粘外，還應(yīng)再采取安裝定位銷等可靠的防松動(dòng)措施。

6 結(jié) 論

LW6-220型斷路器現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行十幾年，其絕緣拉桿松動(dòng)正處在高發(fā)期，而絕緣拉桿松動(dòng)是由材料、工藝、結(jié)構(gòu)以及使用時(shí)間引起，必須采取相應(yīng)的預(yù)防措施確保設(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。