(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

0 引 言

四川某500 kV變電站某主變壓器年檢完成后，運(yùn)行維護(hù)人員開(kāi)始進(jìn)行該主變壓器送電操作。運(yùn)行維護(hù)人員首先對(duì)與該主變壓器500 kV側(cè)電氣相連的某500 kV組合電器斷路器及隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)始倒閘操作。送電操作時(shí)，運(yùn)行維護(hù)人員將該組合電器斷路器兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)合閘后，在該斷路器三相機(jī)械顯示尚處于分閘狀態(tài)(即該斷路器尚未進(jìn)行合閘操作)的情況下，與該斷路器電氣相連的主變壓器突發(fā)空載勵(lì)磁異響，主變壓器500 kV側(cè)引流線、CVT、避雷器表面都有明顯的電暈放電現(xiàn)象；同時(shí)，主變壓器及該組合電器斷路器保護(hù)裝置發(fā)出交流PT斷線告警，監(jiān)控后臺(tái)顯示：該組合電器斷路器C相存在交流電壓波形，主變壓器高壓側(cè)C相存在60 V左右的相電壓。將該組合電器斷路器兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)分閘后，以上現(xiàn)象消失。

1 斷路器故障的初步分析

在該組合電器斷路器機(jī)械顯示尚處于分閘狀態(tài)(見(jiàn)圖1)的情況下，僅將其兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)合閘后，就出現(xiàn)以上現(xiàn)象，這說(shuō)明該組合電器斷路器C相內(nèi)部出現(xiàn)了顯而易見(jiàn)的缺陷。出現(xiàn)缺陷的可能原因有：一是該組合電器斷路器C相內(nèi)部出現(xiàn)絕緣擊穿現(xiàn)象，導(dǎo)致兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)合上后主變壓器就帶電；二是該斷路器C相內(nèi)部存在分閘不到位的故障，該斷路器實(shí)際上并不是處于分閘狀態(tài)，而是處于合閘狀態(tài)，或者說(shuō)該斷路器C相的分合閘機(jī)械顯示并不真實(shí)，盡管顯示的是分閘狀態(tài)，但內(nèi)部可能處于合閘狀態(tài)。為判斷第一種原因是否成立，應(yīng)開(kāi)展SF6氣體試驗(yàn)[1-15]；而為判斷第二種原因是否成立，應(yīng)對(duì)該組合電器斷路器動(dòng)靜觸頭狀態(tài)開(kāi)展X光檢測(cè)[16-20]。

圖1 組合電器斷路器C相機(jī)械顯示(分閘狀態(tài))

2 斷路器故障的診斷試驗(yàn)

2.1 SF6氣體試驗(yàn)及分析

為驗(yàn)證第1種導(dǎo)致缺陷的可能原因是否成立，在事故發(fā)生后，立即對(duì)該組合電器C相斷路器、隔離開(kāi)關(guān)氣室開(kāi)展了SF6氣體試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)異常。

在故障發(fā)生24 h后，再次對(duì)該組合電器C相斷路器、隔離開(kāi)關(guān)氣室開(kāi)展了SF6氣體試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)依然無(wú)異常。

兩次氣體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 故障組合電器斷路器C相SF6氣體試驗(yàn)結(jié)果

氣體分解產(chǎn)物試驗(yàn)無(wú)異常說(shuō)明該斷路器C相在主變壓器送電操作時(shí)滅弧室內(nèi)部應(yīng)當(dāng)沒(méi)有大電弧現(xiàn)象，也沒(méi)有發(fā)生內(nèi)部放電現(xiàn)象、閃絡(luò)現(xiàn)象、絕緣擊穿現(xiàn)象。如果該組合電器斷路器內(nèi)部發(fā)生了放電故障，在放電的作用下，內(nèi)部SF6氣體將會(huì)發(fā)生分解，放電的主要分解產(chǎn)物是SOF2(氟化亞硫酰)，SOF2水解生成SO2和HF[1-15]。SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)具有受外界環(huán)境干擾小、靈敏度高、準(zhǔn)確性好等優(yōu)點(diǎn)[1-15]，然而兩次SF6氣體試驗(yàn)都沒(méi)有檢測(cè)到任何SO2分解產(chǎn)物成分，這說(shuō)明該組合電器斷路器內(nèi)部沒(méi)有發(fā)生任何放電故障，如此就排除了在運(yùn)行維護(hù)人員倒閘操作合兩側(cè)倒閘過(guò)程中該組合電器斷路器內(nèi)部放電擊穿導(dǎo)致主變壓器帶電的可能。

2.2 X光檢測(cè)

為驗(yàn)證第2種導(dǎo)致缺陷的可能原因是否成立，對(duì)該故障組合電器斷路器動(dòng)靜觸頭狀態(tài)開(kāi)展X光檢測(cè)。

組合電器斷路器的外殼使用的是鋁合金材料，通過(guò)X光檢測(cè)透過(guò)鋁合金外殼材料探知組合電器內(nèi)部狀態(tài)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種帶電檢測(cè)手段[16-20]，可以在不拆卸、不解體、不破壞組合電器斷路器的情況下高效、準(zhǔn)確地檢測(cè)其內(nèi)部狀態(tài)。

1895年倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，后來(lái)X射線技術(shù)得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用[16-20]。20世紀(jì)70 年代以來(lái)開(kāi)始了對(duì) X 射線數(shù)字化成像的研究；20世紀(jì)70 年代末至 80 年代中期開(kāi)發(fā)了X射線計(jì)算機(jī)數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)(X-ray computed radiography，X-CR)；20世紀(jì)90 年代中期，出現(xiàn)了直接數(shù)字 X 射線攝影技術(shù)(X-ray digital radiography,X-DR)[16-20]。CR 與 DR 成像技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的兩種技術(shù)，其原理如圖2所示[16-20]。

X-CR技術(shù)是將 X 射線透過(guò)工件后的殘留量透照在成像板上，成像板會(huì)記錄下來(lái)，再通過(guò)掃描裝置讀取，最后由計(jì)算機(jī)生成數(shù)值化圖像的技術(shù)[16-20]。而在X-CR 技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的X-DR 技術(shù)是利用電子技術(shù)將 X 射線透過(guò)工件后的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化電子載體的 X 射線成像方法[16-20]。本次X光檢測(cè)采用的就是X-DR 技術(shù)。

圖2 X射線CR及DR檢測(cè)技術(shù)[16-20]

通過(guò)X光檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的三相滅弧室動(dòng)靜觸頭狀態(tài)對(duì)比如圖3。通過(guò)圖3的X光檢測(cè)圖像對(duì)比分析，可以清晰地發(fā)現(xiàn)，該故障斷路器C相滅弧室動(dòng)靜觸頭實(shí)際上處于合閘狀態(tài)，這與分合閘機(jī)械指示完全不符，或者說(shuō)出現(xiàn)了分閘不到位的缺陷。而該斷路器A相、B相滅弧室動(dòng)靜觸頭如圖3所示都處于分閘狀態(tài)，與分合閘機(jī)械指示相符。

圖3 故障斷路器三相滅弧室動(dòng)靜觸頭狀態(tài)對(duì)比

3 故障斷路器解體檢查

初步判斷C相故障斷路器絕緣拉桿與連接臂之間發(fā)生了脫口或斷裂現(xiàn)象。將該故障斷路器返廠進(jìn)行解體。將故障斷路器滅弧室從罐體內(nèi)部整體取出，發(fā)現(xiàn)斷路器滅弧室連接臂端頭連接孔部位斷裂，如圖4所示。

將滅弧室進(jìn)一步解體，將連接臂取出，取出的連接臂斷裂狀態(tài)如圖5所示。然后將連接臂斷裂部分進(jìn)行拼接，拼接狀態(tài)見(jiàn)圖6。斷裂的連接臂與完好的連接臂對(duì)比如圖7所示，在圖7中，左側(cè)的是完好的連接臂，右側(cè)的是斷裂的連接臂。

與該斷裂連接臂相連的斷路器主傳動(dòng)桿如圖8所示，正是該主傳動(dòng)桿連接著斷路器主絕緣拉桿和兩個(gè)斷口間的分絕緣拉桿。對(duì)于正常的斷路器而言，該連接臂被裝配入主傳動(dòng)桿上部的金屬空心部分，并將二者孔洞對(duì)準(zhǔn)，通過(guò)插入二者孔洞的金屬銷子固定連接在一起。然而該連接臂的斷裂直接導(dǎo)致主傳動(dòng)桿脫落，從而造成絕緣拉桿脫落及分閘不到位。

圖4 連接臂裝配狀態(tài)

圖5 斷裂的連接臂

圖6 斷裂的連接臂碎片拼接

圖7 完好連接臂與斷裂連接臂對(duì)比情況

圖8 與故障連接臂相連的主傳動(dòng)桿

4 連接臂金屬的檢測(cè)情況

解體后，委托第三方對(duì)斷裂的連接臂金屬進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括：成分分析、金相及顯微分析、斷口分析。通過(guò)這三項(xiàng)檢測(cè)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何金屬材質(zhì)質(zhì)量缺陷，這說(shuō)明造成該故障的根本原因不是金屬材質(zhì)質(zhì)量缺陷。

4.1 成分分析

通過(guò)成分檢測(cè)，樣品組成為：基體Al，中量Si，少量Mg、Fe，微量Cu、Mn、Zn，質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比情況為：Si 9.18%、Mg 0.26%、Fe 0.23%、Cu 0.019%、Mn 0.030%、Zn 0.023%。連接臂成分及比例符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 斷口分析

通過(guò)對(duì)樣品斷口進(jìn)行微觀形貌查看，顯示該連接臂斷口組織細(xì)密，無(wú)低倍組織缺陷，均為韌窩斷口及少量解理斷口，為正常鑄硅鋁合金斷口。

4.3 金相組織纖維分析

對(duì)樣品金相組織顯微查看，檢測(cè)結(jié)果如下：

變質(zhì)顯微組織特征顯示α枝晶與共晶體分布均勻，共晶硅為點(diǎn)狀或蠕蟲(chóng)狀，變質(zhì)正常，如圖9。

過(guò)燒顯微組織特征顯示共晶硅邊角已圓滑，但不聚集長(zhǎng)大，為正常組織，如圖10。

5 連接臂斷裂的根本原因分析

對(duì)斷裂的連接臂送交第三方檢測(cè)，連接臂成分、斷口、金相檢測(cè)結(jié)果正常，這說(shuō)明連接臂自身金屬材質(zhì)無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，連接臂斷裂故障的根本原因不是金屬材質(zhì)缺陷。

圖9 變質(zhì)顯微組織檢測(cè)結(jié)果

圖10 過(guò)燒顯微組織檢測(cè)結(jié)果

圖11 連接臂連接孔斷裂位置凸楞

對(duì)故障斷路器解體檢查中發(fā)現(xiàn)滅弧室連接臂端頭部位斷裂部位的連接孔表面(斷裂位置)有一條明顯的凸楞，如圖11所示，凸楞表面已擠壓摩擦變亮。而同類結(jié)構(gòu)的連接臂連接孔表面圓滑，無(wú)凸楞現(xiàn)象。

綜合分析該連接臂斷裂的根本原因?yàn)椋哼B接臂在生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)存在加工工藝質(zhì)量缺陷，使得連接臂連接孔局部殘存有一條凸起的楞。連接臂組裝到產(chǎn)品上后，隨著斷路器廠內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)分合閘操作，連接臂凸楞部位受到很強(qiáng)的擠壓應(yīng)力作用，使連接臂受力嚴(yán)重不均，最終造成連接臂斷裂，從而導(dǎo)致主傳動(dòng)桿、絕緣拉桿無(wú)法傳動(dòng)以及斷路器失去分合閘功能，最終發(fā)生斷路器分閘不到位的故障。

6 結(jié) 語(yǔ)

在某主變壓器本體及三側(cè)年檢完成后進(jìn)行送電操作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了與該主變壓器直接電氣相連的組合電器斷路器C相分閘不到位的缺陷。故障發(fā)生后對(duì)該斷路器C相進(jìn)行了氣體試驗(yàn)、X光試驗(yàn)。通過(guò)X光檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該斷路器C相出現(xiàn)了分閘不到位的缺陷，其滅弧室動(dòng)靜觸頭實(shí)際處于合閘狀態(tài)，這與分合閘機(jī)械指示完全不符。正因?yàn)槠涮幱诤祥l狀態(tài)，所以僅將該斷路器兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)合閘后，就會(huì)立即出現(xiàn)主變壓器帶電的情形。由于斷路器內(nèi)部沒(méi)有電弧現(xiàn)象、放電現(xiàn)象，斷路器內(nèi)部氣體也就沒(méi)有分解物產(chǎn)生，SF6分解產(chǎn)物測(cè)試結(jié)果為合格。

后對(duì)該故障斷路器進(jìn)行返廠解體，發(fā)現(xiàn)連接斷路器主傳動(dòng)桿的連接臂金屬斷裂。綜合對(duì)連接臂金屬的各種檢測(cè)分析(包括成分分析、金相及顯微分析、斷口分析)結(jié)果以及對(duì)連接臂金屬臂斷裂部分的外觀檢查，綜合分析認(rèn)為由加工工藝質(zhì)量缺陷產(chǎn)生連接臂連接孔位置的凸楞是造成本次缺陷的根本原因。

為了避免今后類似故障再次發(fā)生，建議制造廠應(yīng)從源頭做好產(chǎn)品質(zhì)量把控，具體措施為：

1)在連接臂生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，加強(qiáng)連接臂機(jī)加工后的質(zhì)量管控，將連接臂連接孔的檢查列為其中的一個(gè)檢查項(xiàng)目，防止缺陷產(chǎn)品流入后續(xù)；

2)在產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)，將連接臂的連接孔檢查列為產(chǎn)品裝配環(huán)節(jié)的一個(gè)檢查項(xiàng)目，在連接臂裝配前逐件檢查連接臂連接孔的尺寸及內(nèi)孔質(zhì)量，防止問(wèn)題零部件流入到產(chǎn)品上。